den Einsatz von generierenden Werkzeugen und Theorien und von Software-Engineering-Methoden

Transkript

1 U- Übersetzer Vorlesung WS /8 Uwe Kastens Ziele: grundlegende Verfahren der Sprachimplementierung erlernen den Einsatz von generierenden Werkzeugen und von Standardverfahren kennen und schätzen lernen Übersetzerkonstruktion als Beispiel für das Zusammenwirken von grundlegenden Algorithmen Theorien und von Software-Engineering-Methoden bei präzise definierten Aufgaben erkennen Anwendbarkeit der Verfahren auch für Sprachen jenseits der Programmiersprachen erkennen Vorlesung Übersetzer WS /8 / Folie

2 Inhalt U- Übersetzeraufgaben und -struktur Aufgabenzerlegung mit Bezug zu Sprachdefinitionen Symbole Syntax statische und dynamische Semantik Übersetzerstruktur Schnittstellen zentrale Datenstrukturen Interpretierer Debugger 3 Lexikalische Spezifikation und Implementierung endlicher Automaten eneratoren dafür Module zur Speicherung und Codierung von Symbolen Syntaktische Ziel- und quellorientierte Verfahren Rekursiver Abstieg LR-Verfahren eneratoren dafür rammatikklassen Fehlerbehandlung 5 Semantische Bezeichneridentifikation Typprüfung attributierte rammatiken eneratoren dafür Optimierende Programmtransformation Datenflußanalyse spezifiziert durch leichungssysteme Lösungsalgorithmen Transformationen Code-Erzeugung Typische Eigenschaften von Zielprozessoren Verfahren zur Registerzuteilung Optimierende Code-Auswahl eneratoren dafür 8 Code-Parallelisierung parallele Funktionseinheiten Pipelines Abhängigkeitsgraphen Vorlesung Übersetzer WS /8 / Folie

3 + Vorlesung Übersetzer WS /8 / Folie Literatur U Kastens: Übersetzerbau andbuch der Informatik 33 Oldenbourg (örerschein für Rabatt beim Kauf W M Waite L R Carter: An Introduction to Compiler Construction arper Collins New York 3 W M Waite oos: Compiler Construction Springer-Verlag 83 R Wilhelm D Maurer: Übersetzerbau - Theorie Konstruktion enerierung Springer-Verlag A Aho R Sethi J D Ullman: Compilers - Principles Techniques and Tools Addison-Wesley 8 A W Appel: Modern Compiler Implementation in C Cambridge University Press auch in Java und in ML U- " # $! /- ( %&

4 5 E? ( ( Vorlesung Übersetzer WS /8 / Folie Was übersetzt ein Übersetzer? U-3 Ein Übersetzer transformiert korrekte Sätze einer Quellsprache in gleichbedeutende Sätze einer Zielsprache Quellsprache: Zielsprache: Programmiersprache Maschinensprache C++ Sparc-Code Programmiersprache Abstrakte Maschine Java Java-Byte-Code Programmiersprache Programmiersprache Source-to-Source C++ C Anwendungssprache Anwendungssprache LaTeX TML DB-Sprache (SQL DB-Systemaufrufe Ein Interpretierer führt Sätze einer Quellsprache aus Lisp Shell-Kommandosprache Java-Byte-Code 8 = ( BC$ # $ AB # F 3 ( D = - C! $ : JI ;! M ( L K N D

5 Bedeutungserhaltende Übersetzung U- Ein Übersetzer transformiert korrekte Sätze einer Quellsprache in gleichbedeutende Sätze einer Zielsprache Quellsprache Bedeutung beschrieben für abstrakte Maschine Übersetzung gleiche Ergebnisse Zielsprache Sprachdefinition Maschinenbeschreibung Ausführung Die Bedeutung ist nur für korrekte Programme definiert Aufgabe: Fehlerbehandlung Der Übersetzer ermittelt statische Programmeigenschaften zur Übersetzungszeit z B übersetzbar Dynamische Eigenschaften werden zur Laufzeit des Programms ermittelt z B ausführbar Vorlesung Übersetzer WS /8 / Folie? = 5 O

6 5 5 5 P P Vorlesung Übersetzer WS /8 / Folie 5 P # Sprachdefinition - Übersetzeraufgaben U-5 Notation der rundsymbole (Wortsymbole Bezeichner Literale formal definiert: reguläre Ausdrücke Aufgabe: lexikalische syntaktische Struktur formal definiert: kontextfreie rammatik Aufgabe: syntaktische statische Semantik (Definition von Namen für Objekte Typregeln meist verbal definiert Aufgaben: semantische Transformation dynamische Semantik (Bedeutung Wirkung von Sprachkonstrukten meist verbal definiert in Termen einer abstrakten Sprachmaschine Aufgaben: Transformation Code-enerierung Definition der Zielsprache (-maschine Aufgaben: Transformation Code-enerierung Assemblierung BC$ # $ AB # + C! $ : JI ;! O & M Q P ( N S P R N P R 5 S R8

7 Übersetzeraufgaben Strukturierung Lexikalische Syntaktische Konversion Zerteilung Baumaufbau Translation Semantische Transformation Instruktionskodierung Typanalyse Kodierung Code- enerierung Assemblierung Symbolerkennung Bezeichneranalyse Datenabbildung Operationsabbildung Ausführungsreihenfolge Registerzuteilung Instruktions- Auswahl Interne Adressierung Externe Adressierung U- Vorlesung Übersetzer WS /8 / Folie T # 3?

8 ? - V Vorlesung Übersetzer WS /8 / Folie 5 # Zielmaschine - Übersetzeraufgaben U- Eigenschaften von Aufgaben der Kodierung Zielprozessoren Instruktionssatz Instruktionsauswahl RISC - CISC Instruktionsformat Instruktionskodierung - 3-Adress Registerzuteilung Register Registerzuteilung Klassen Anzahl Ausführungsreihenfolge Speicheradressierung Datenabbildung Ausrichtung interne Adressierung Adressbildung Instruktionsauswahl Instruktionskodierung Instruktionsausführung Ausführungsreihenfolge ( C! $ : JI ;! N 8 & N N D 5

9 @ - V S V Vorlesung Übersetzer WS /8 / Folie 8 Übersetzerstruktur und Schnittstellen Quellprogramm Lexikalische (frontend Symbolfolge Syntaktische Strukturbaum semantische Transformation Zwischensprache Optimierung Code- enerierung abstraktes Maschinenprogramm Nachoptimierung Zielprogramm Assemblierung Synthese (backend U-8 V # 3 O X Y 5 W BC$ # $ AB # 5 5 ( L C! $ : JI ;! D O N & T D ( ( L

10 Übersetzerqualitäten Korrektheit: richtige Programme richtig übersetzen falsche Programme zurückweisen Effizienz: Speicher- und Zeitbedarf des Übersetzers Code-Effizienz: Speicher- und Zeitbedarf des Ziel-Codes Aufgabe: Optimierung Benutzerfreundlichkeit: Aufgabe: Fehlerbehandlung Robustheit: jede Eingabe wird bewältigt Strategien zur Übersetzerkonstruktion Sprachdefinition exakt befolgen Vorlesung Übersetzer WS /8 / Folie generierende Werkzeuge einsetzen Standard-Module verwenden Standard-Methoden anwenden Validieren (Test-Suite Verifizieren U- = M

11 Z eneratoren U- Schema: Einbettung Spezifikation enerator implementierter Algorithmus Schnittstellen typische eneratoraufgaben: reg Ausdrücke Scanner-enerator endl Automat kontextfreie ram Parser-enerator Kellerautomat attributierte ram Attributauswerter- Baumdurchlauf enerator Berechnungen Code-Muster Code-Auswahl- Pattern-Matching enerator integriertes System Eli: Spezifikationen kooperierende eneratoren Übersetzer Vorlesung Übersetzer WS /8 / Folie L ( # L BC$ # $ AB # P D &

12 V Vorlesung Übersetzer WS /8 / Folie Umgebung des Übersetzers U- Übersetzungseinheiten Quellprogramme Bibliotheken Präprozessor Quellprogramme Übersetzer Code-Dateien Binder ausführbares Programm ausführbares Programm Quellprogramm interaktive Kommandos Speicherabzug Debugger Eingabe Ausgabe Interpretierer Quellprogramm teil Eingabe abstrakte Maschine Ausgabe 5? # ( O [