Übersetzung von Datenstrukturen
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- Gerd Buchholz
- vor 6 Jahren
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1 Übersetzung von Datenstrukturen bisher: Übersetzung von Mini-Java-Exp: Datenkeller zur Auswertung arithm. Ausdrücke Mini-Java: Sprünge zur Simulation von Kontrollstrukturen Mini-Java-FunProc: rekursive Funktionen und Prozeduren jetzt: Mini-Java-DS: Erweiterung von Mini-Java um statische Datenstrukturen Felder: konst. Anzahl von Daten gleichen Typs Strukturen: konst. Anzahl von Daten verschiedenen Typs dynamische Datenstrukturen Zeiger (Referenzen) üblicherweise: Verschachtelung der DS -> dafür jedoch auch: Typdefinitionen hier nicht FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Compilerbau Prof. Dr. H. Faßbender Datenstrukturen 21. Januar
2 Syntax statische Strukturen müssen in Typ-Def. angegeben werden Felder statisch type arrt = int[3]; Strukturen statisch type strt = struct { int anfang, ende }; Pointer dynamisch direkt in Deklaration Deklarationen int i, arrt a, strt s, int* p; für a 3 int-speicherplätze initialisiert mit 0 für s 2 int-speicherplätze initialisiert mit 0 für p 1 int-speicherplatz initialisiert mit null FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Compilerbau Prof. Dr. H. Faßbender Datenstrukturen 21. Januar
3 Zugriff auf Variablen Felder a[0], a[1], a[2] Strukturen s.anfang s.ende Pointer *p p = new int[1] FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Compilerbau Prof. Dr. H. Faßbender Datenstrukturen 21. Januar
4 Codebeispiel type arrt = int[3]; type strt = struct { int anfang, ende }; int i, arrt a, strt s, int* p; { i = 0; s.anfang = i; p = new int[1]; *p = 42; while i < 3 { a[i] = *p * i; i = i + 1; } s.ende = i; } Semantik? var sig(rho(var)) i 3 a[0] 0 a[1] 42 a[2] 84 s.anfang 0 s.ende 3 *p 42 FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Compilerbau Prof. Dr. H. Faßbender Datenstrukturen 21. Januar
5 Symboltabellenerweiterung bisher [c1/(const,5), v1/(var,1), v2/(var,2),... ] jetzt neu: Typdefinitionen [arrt/(type,array,3), strt/(type,struct,anfang,0,ende,1,2)] jetzt neu: Typinformation für jede Variable [ i/(var,int,1), a/(var,arrt,2), s/(var,strt,5), p/(var,int*,7)] brauchen in update Parameter, der nächsten zu vergebenden Speicherplatz adressiert FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Compilerbau Prof. Dr. H. Faßbender Datenstrukturen 21. Januar
6 Symboltabelle für Array-Typ Bsp.: [..., arrt/(type,array,3),...] Komponenten: arrt : Name des Typs type array 3 : Schlüsselwort für Typ-Definition : Schlüsselwort für Array : Speicherbedarf des Arrays entspricht: type arrt = int[3]; Festhalten des Speicherbedarfs zur späteren Adressberechnung FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Compilerbau Prof. Dr. H. Faßbender Datenstrukturen 21. Januar
7 Symboltabelle für Arrayvariable Bsp.: [..., a/(var,arrt,2),...] Komponenten: a : Name der Variable var arrt 2 entspricht: arrt a; : Schlüsselwort für Variablendefinition : Typ der Variable : Startadresse der Variable a[0] a[1] Typeintrag war: [.., arrt/(type,array,3),...] a[2] adr. 2 adr. 3 adr FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Compilerbau Prof. Dr. H. Faßbender Datenstrukturen 21. Januar
8 Symboltabelle für Struct-Typ Bsp.: [...,strt/(type,struct,anfang,0,ende,1,2),...] Komponenten: strt : Name des Typs type : Schlüsselwort für Typ-Definition struct : Schlüsselwort für Struct anfang, ende : Name der 1. bzw. 2. Komponente 0, 1 2 : Offset der 1. bzw. 2. Komponente : Speicherbedarf der Struktur entspricht der Typdefinition: type strt = struct { int anfang, ende }; Festhalten des Speicherbedarfs zur späteren Adressberechnung FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Compilerbau Prof. Dr. H. Faßbender Datenstrukturen 21. Januar
9 Symboltabelle für Struct-Variable Bsp.: [..., s/(var,strt,5),...] Komponenten: s : Name der Variable var strt 5 entspricht: strt s; Typeintrag war: : Schlüsselwort für Variablendefinition : Typ der Variable : Startadresse der Variable s.anfang s.ende adr. 5 adr. 6 [...,strt/(type,struct,anfang,0,ende,1,2),...] FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Compilerbau Prof. Dr. H. Faßbender Datenstrukturen 21. Januar
10 Symboltabelle für Pointer-Variable Bsp.: [..., p/(var,int*,7),...] Komponenten: p : Name der Variable var : Schlüsselwort für Variablendefinition int* : Typ der Variable 7 entspricht: int* p; : Startadresse der Variable Typeintrag nicht explizit p... null... adr. 7 FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Compilerbau Prof. Dr. H. Faßbender Datenstrukturen 21. Januar
11 Neue Befehle für Z Idee: Berechne Hauptspeicher-Adressen auf DK und verwende indirektes Laden und indirektes Speichern Indirektes Laden C (LODI) (m, a:d, h) = (m+1, h(a):d, h) DK adr. 1 adr. 2 adr. 3 FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Compilerbau Prof. Dr. H. Faßbender Datenstrukturen 21. Januar
12 Neue Befehle für Z 2 Indirektes Speichern C (STOI) (m, z a:d, h) = (m+1, d, h[a/z]) adr DK adr. 2 adr. 3 Überprüfung der Arraygrenzen C (AC n) (m, i:d, h) = if 0 <= i < n then (m+1, i:d, h) else throw Exception FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Compilerbau Prof. Dr. H. Faßbender Datenstrukturen 21. Januar
13 Erweiterung von exptrans indirekte Adressierung nach Speicherplatzauswertung auf DK exptrans (ide[exp], st) = if st(ide) = (var,typ,start) && st(typ) = (type,array,n) then LIT start; //Array-Basis auf DK exptrans(exp,st); //Werte Index aus AC n; //ArrayIndexOutOfBounds? ADD; //Adresse des Array-Elements LODI; //indirektes Laden exptrans (ide.el, st) = if st(ide) = (var,typ,start) && st(typ) = (type,struct,...,el,n,...) then LIT start; //Struct-Basis auf DK LIT n; //Offset auf DK ADD; //Adresse der Struct-Komponente LODI; //indirektes Laden FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Compilerbau Prof. Dr. H. Faßbender Datenstrukturen 21. Januar
14 Erweiterung von cmdtrans cmdtrans (ide[exp1] = exp2;, st) = if st(ide) = (var,typ,start) && st(typ) = (type,array,n) then LIT start; //Array-Basis auf DK exptrans(exp1,st); //Werte Index aus AC n; //ArrayIndexOutOfBounds? ADD; //Adresse des Array-Elements exptrans(exp2,st); //Werte rechte Seite aus STOI; //indirektes Speichern cmdtrans (ide.el = exp;, st) = if st(ide) = (var,typ,start) && st(typ) = (type,struct,...,el,n,...) then LIT start; //Struct-Basis auf DK LIT n; //Offset auf DK ADD; //Adresse der Struct-Komponente exptrans(exp,st); //Werte rechte Seite aus STOI; //indirektes Speichern FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Compilerbau Prof. Dr. H. Faßbender Datenstrukturen 21. Januar
15 Übersetzung von Pointern in Symboltabelle Adresse des Pointers: [..., p/(var,int*,7),...] Umgang mit Pointern Stack reicht nicht mehr -> Heap Heap im HS realisiert Heap-Zeiger an Adresse 0 im HS nach Var-Dekl. Heap-Zeiger initialisiert auf 1. freien Platz in HS Allokation zur Laufzeit Weitere Indirektionsstufe -> Dereferenzieren FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Compilerbau Prof. Dr. H. Faßbender Datenstrukturen 21. Januar
16 Dynamische Speicherallokation Bei Pointer in HS: Adressen des Heaps Bsp. für: [..., p/(var,int*,7),...] Heapzeiger Heap adr adr. 8 adr adr adr. 7 8 HS FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Compilerbau Prof. Dr. H. Faßbender Datenstrukturen 21. Januar
17 Erweiterung von cmdtrans cmdtrans (p = new int[1];, st) = if st(p) = (var,int*,n) then LIT n; //Pointer-Adresse aus HS auf DK LOD 0; STOI; LOD 0; LIT 1; ADD; STO 0; //Heap-Zeiger auf DK //Heap-Zeiger -> Pointer-Adresse //nochmal Heap-Zeiger auf DK //1 auf DK //Heap-Zeiger um 1 erhöhen //neuen Heap-Zeiger abspeichern FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Compilerbau Prof. Dr. H. Faßbender Datenstrukturen 21. Januar
18 Beispiel für dyn. Speicherallokation cmdtrans (p = new int[1];, st): (st =[p/(var,int*,7)]) LIT 7; LOD 0; 7 adr STOI; LOD 0; LIT 1; adr adr ADD; STO 0; 18 adr. 7 null 8 89 DK FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Compilerbau Prof. Dr. H. Faßbender Datenstrukturen 21. Januar
19 Erweiterung von exptrans - exptrans (*p, st) = if st(p) = (var,int*,n) then LOD n; LODI; adr adr. 8 LOD 7; LODI; adr adr. 9 adr DK FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Compilerbau Prof. Dr. H. Faßbender Datenstrukturen 21. Januar
20 Erweiterung von cmdtrans - cmdtrans (*p = exp, st) = if st(p) = (var,int*,n) then LOD n; exptrans(exp,st) STOI; //Adresse vom Heap auf DK //Werte rechte Seite aus //Speicher auf Heap ab FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Compilerbau Prof. Dr. H. Faßbender Datenstrukturen 21. Januar
21 Zusätze für Praxis in Praxis üblicherweise geschachtelte DS müssten Definitionen erweitern auf Verschachtelung -> komplexere Berechnungen für Symboltabelle mit rekursiven Definitionen jedoch unproblematisch Semantik-Definition analog FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Compilerbau Prof. Dr. H. Faßbender Datenstrukturen 21. Januar
22 Beispielübersetzung für Programm auf Folie 4 & Symboltabelle auf Folie 5 nur für neue Statements s.anfang = i; p= new int[1]; *p = 42; a[i] = *p * i; s.ende = i; -> 3: LIT 5; 4: LIT 0; 5: ADD; 6: LOD 1; 7: STOI; -> 8: LIT 7; 9: LOD 0; 10: STOI; 11: LOD 0; 12: LIT 1; 13: ADD; 14: STO 0; -> 15: LOD 7; 16: LIT 42; 17: STOI; -> 22: LIT 2; 23: LOD 1; 24: AC 3; 25: ADD; 26: LOD 7; 27: LODI; 28: LOD 1; 29: MULT; 30: STOI; -> 36: LIT 5; 37: LIT 1; 38: ADD; 39: LOD 1; 40: STOI; FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Compilerbau Prof. Dr. H. Faßbender Datenstrukturen 21. Januar
23 Beispielübersetzung komplett 1: LIT 0; 11: LOD 0; 21: JMC 36; 31: LOD 1; 2: STO 1; 12: LIT 1; 22: LIT 2; 32: LIT 1; 3: LIT 5; 13: ADD; 23: LOD 1; 33: ADD; 4: LIT 0; 14: STO 0; 24: AC 3; 34: STO 1; 5: ADD; 15: LOD 7; 25: ADD; 35: JMP 18; 6: LOD 1; 16: LIT 42; 26: LOD 7; 36: LIT 5; 7: STOI; 17: STOI; 27: LODI; 37: LIT 1; 8: LIT 7; 18: LOD 1; 28: LOD 1; 38: ADD; 9: LOD 0; 19: LIT 3; 29: MULT; 39: LOD 1; 10: STOI; 20: LT; 30: STOI; 40: STOI; FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Compilerbau Prof. Dr. H. Faßbender Datenstrukturen 21. Januar
24 Beispiel-Rechnung (1,, [0/8,1/0,2/0,3/0,4/0,5/0,6/0,7/0]) //LIT 0 (2, 0, [0/8,1/0,2/0,3/0,4/0,5/0,6/0,7/0]) //STO 1 (3,, [0/8,1/0,2/0,3/0,4/0,5/0,6/0,7/0]) //LIT 5 (4, 5, [0/8,1/0,2/0,3/0,4/0,5/0,6/0,7/0]) //LIT 0 (5, 0 5, [0/8,1/0,2/0,3/0,4/0,5/0,6/0,7/0]) //ADD (6, 5, [0/8,1/0,2/0,3/0,4/0,5/0,6/0,7/0]) //LOD 1 (7, 0 5, [0/8,1/0,2/0,3/0,4/0,5/0,6/0,7/0]) //STOI (8,, [0/8,1/0,2/0,3/0,4/0,5/0,6/0,7/0]) //LIT 7 (9, 7, [0/8,1/0,2/0,3/0,4/0,5/0,6/0,7/0]) //LOD 0 (10, 8 7, [0/8,1/0,2/0,3/0,4/0,5/0,6/0,7/0]) //STOI (11,, [0/8,1/0,2/0,3/0,4/0,5/0,6/0,7/8,8/0]) //LOD 0 (12, 8, [0/8,1/0,2/0,3/0,4/0,5/0,6/0,7/8,8/0]) //LIT 1 (13, 1 8, [0/8,1/0,2/0,3/0,4/0,5/0,6/0,7/8,8/0]) //ADD (14, 9, [0/8,1/0,2/0,3/0,4/0,5/0,6/0,7/8,8/0]) //STO 0 FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Compilerbau Prof. Dr. H. Faßbender Datenstrukturen 21. Januar
25 Beispiel-Rechnung 2 (15,, [0/9,1/0,2/0,3/0,4/0,5/0,6/0,7/8,8/0]) //LOD 7 (16, 8, [0/9,1/0,2/0,3/0,4/0,5/0,6/0,7/8,8/0]) //LIT 42 (17, 42 8, [0/9,1/0,2/0,3/0,4/0,5/0,6/0,7/8,8/0]) //STOI (18,, [0/9,1/0,2/0,3/0,4/0,5/0,6/0,7/8,8/42]) //LOD 1 (19, 0, [0/9,1/0,2/0,3/0,4/0,5/0,6/0,7/8,8/42]) //LIT 3 (20, 3 0, [0/9,1/0,2/0,3/0,4/0,5/0,6/0,7/8,8/42]) //LT (21, 1, [0/9,1/0,2/0,3/0,4/0,5/0,6/0,7/8,8/42]) //JMC 36 (22,, [0/9,1/0,2/0,3/0,4/0,5/0,6/0,7/8,8/42]) //LIT 2 (23, 2, [0/9,1/0,2/0,3/0,4/0,5/0,6/0,7/8,8/42]) //LOD 1 (24, 0 2, [0/9,1/0,2/0,3/0,4/0,5/0,6/0,7/8,8/42]) //AC 3 (25, 0 2, [0/9,1/0,2/0,3/0,4/0,5/0,6/0,7/8,8/42]) //ADD (26, 2, [0/9,1/0,2/0,3/0,4/0,5/0,6/0,7/8,8/42]) //LOD 7 (27, 8 2, [0/9,1/0,2/0,3/0,4/0,5/0,6/0,7/8,8/42]) //LODI (28, 42 2, [0/9,1/0,2/0,3/0,4/0,5/0,6/0,7/8,8/42]) //LOD 1 FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Compilerbau Prof. Dr. H. Faßbender Datenstrukturen 21. Januar
26 Beispiel-Rechnung 3 (29, , [0/9,1/0,2/0,3/0,4/0,5/0,6/0,7/8,8/42]) //MULT (30, 0 2, [0/9,1/0,2/0,3/0,4/0,5/0,6/0,7/8,8/42]) //STOI (31,, [0/9,1/0,2/0,3/0,4/0,5/0,6/0,7/8,8/42]) //LOD 1 (32, 0, [0/9,1/0,2/0,3/0,4/0,5/0,6/0,7/8,8/42]) //LIT 1 (33, 1 0, [0/9,1/0,2/0,3/0,4/0,5/0,6/0,7/8,8/42]) //ADD (34, 1, [0/9,1/0,2/0,3/0,4/0,5/0,6/0,7/8,8/42]) //STO 1 (35,, [0/9,1/1,2/0,3/0,4/0,5/0,6/0,7/8,8/42]) //JMP 18 (18,, [0/9,1/1,2/0,3/0,4/0,5/0,6/0,7/8,8/42]) //LOD 1 (19, 1, [0/9,1/1,2/0,3/0,4/0,5/0,6/0,7/8,8/42]) //LIT 3 (20, 3 1, [0/9,1/1,2/0,3/0,4/0,5/0,6/0,7/8,8/42]) //LT (21, 1, [0/9,1/1,2/0,3/0,4/0,5/0,6/0,7/8,8/42]) //JMC 36 (22,, [0/9,1/1,2/0,3/0,4/0,5/0,6/0,7/8,8/42]) //LIT 2 (23, 2, [0/9,1/1,2/0,3/0,4/0,5/0,6/0,7/8,8/42]) //LOD 1 (24, 1 2, [0/9,1/1,2/0,3/0,4/0,5/0,6/0,7/8,8/42]) //AC 3 FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Compilerbau Prof. Dr. H. Faßbender Datenstrukturen 21. Januar
27 Beispiel-Rechnung 4 (25, 1 2, [0/9,1/1,2/0,3/0,4/0,5/0,6/0,7/8,8/42]) //ADD (26, 3, [0/9,1/1,2/0,3/0,4/0,5/0,6/0,7/8,8/42]) //LOD 7 (27, 8 3, [0/9,1/1,2/0,3/0,4/0,5/0,6/0,7/8,8/42]) //LODI (28, 42 3, [0/9,1/1,2/0,3/0,4/0,5/0,6/0,7/8,8/42]) //LOD 1 (29, , [0/9,1/1,2/0,3/0,4/0,5/0,6/0,7/8,8/42]) //MULT (30, 42 3, [0/9,1/1,2/0,3/0,4/0,5/0,6/0,7/8,8/42]) //STOI (31,, [0/9,1/1,2/0,3/42,4/0,5/0,6/0,7/8,8/42]) //LOD 1 (32, 1, [0/9,1/1,2/0,3/42,4/0,5/0,6/0,7/8,8/42]) //LIT 1 (33, 1 1, [0/9,1/1,2/0,3/42,4/0,5/0,6/0,7/8,8/42]) //ADD (34, 2, [0/9,1/1,2/0,3/42,4/0,5/0,6/0,7/8,8/42]) //STO 1 (35,, [0/9,1/2,2/0,3/42,4/0,5/0,6/0,7/8,8/42]) //JMP 18 (18,, [0/9,1/2,2/0,3/42,4/0,5/0,6/0,7/8,8/42]) //LOD 1 (19, 2, [0/9,1/2,2/0,3/42,4/0,5/0,6/0,7/8,8/42]) //LIT 3 (20, 3 2, [0/9,1/2,2/0,3/42,4/0,5/0,6/0,7/8,8/42]) //LT FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Compilerbau Prof. Dr. H. Faßbender Datenstrukturen 21. Januar
28 Beispiel-Rechnung 5 (21, 1, [0/9,1/2,2/0,3/42,4/0,5/0,6/0,7/8,8/42]) //JMC 36 (22,, [0/9,1/2,2/0,3/42,4/0,5/0,6/0,7/8,8/42]) //LIT 2 (23, 2, [0/9,1/2,2/0,3/42,4/0,5/0,6/0,7/8,8/42]) //LOD 1 (24, 2 2, [0/9,1/2,2/0,3/42,4/0,5/0,6/0,7/8,8/42]) //AC 3 (25, 2 2, [0/9,1/2,2/0,3/42,4/0,5/0,6/0,7/8,8/42]) //ADD (26, 4, [0/9,1/2,2/0,3/42,4/0,5/0,6/0,7/8,8/42]) //LOD 7 (27, 8 4, [0/9,1/2,2/0,3/42,4/0,5/0,6/0,7/8,8/42]) //LODI (28, 42 4, [0/9,1/2,2/0,3/42,4/0,5/0,6/0,7/8,8/42]) //LOD 1 (29, , [0/9,1/2,2/0,3/42,4/0,5/0,6/0,7/8,8/42]) //MULT (30, 84 4, [0/9,1/2,2/0,3/42,4/0,5/0,6/0,7/8,8/42]) //STOI (31,, [0/9,1/2,2/0,3/42,4/84,5/0,6/0,7/8,8/42]) //LOD 1 (32, 2, [0/9,1/2,2/0,3/42,4/84,5/0,6/0,7/8,8/42]) //LIT 1 (33, 1 2, [0/9,1/2,2/0,3/42,4/84,5/0,6/0,7/8,8/42]) //ADD (34, 3, [0/9,1/2,2/0,3/42,4/84,5/0,6/0,7/8,8/42]) //STO 1 FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Compilerbau Prof. Dr. H. Faßbender Datenstrukturen 21. Januar
29 Beispiel-Rechnung 6 (35,, [0/9,1/3,2/0,3/42,4/84,5/0,6/0,7/8,8/42]) //JMP 18 (18,, [0/9,1/3,2/0,3/42,4/84,5/0,6/0,7/8,8/42]) //LOD 1 (19, 3, [0/9,1/3,2/0,3/42,4/84,5/0,6/0,7/8,8/42]) //LIT 3 (20, 3 3, [0/9,1/3,2/0,3/42,4/84,5/0,6/0,7/8,8/42]) //LT (21, 0, [0/9,1/3,2/0,3/42,4/84,5/0,6/0,7/8,8/42]) //JMC 36 (36,, [0/9,1/3,2/0,3/42,4/84,5/0,6/0,7/8,8/42]) //LIT 5 (37, 5, [0/9,1/3,2/0,3/42,4/84,5/0,6/0,7/8,8/42]) //LIT 1 (38, 1 5, [0/9,1/3,2/0,3/42,4/84,5/0,6/0,7/8,8/42]) //ADD (39, 6, [0/9,1/3,2/0,3/42,4/84,5/0,6/0,7/8,8/42]) //LOD 1 (40, 3 6, [0/9,1/3,2/0,3/42,4/84,5/0,6/0,7/8,8/42]) //STOI (41,, [0/9,1/3,2/0,3/42,4/84,5/0,6/3,7/8,8/42]) //STOPP FH AACHEN UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Compilerbau Prof. Dr. H. Faßbender Datenstrukturen 21. Januar
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