Übersetzung objektorientierter Programmiersprachen

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1 Bernhard Bauer Riitta Höllerer Übersetzung objektorientierter Programmiersprachen Konzepte, abstrakte Maschinen und Praktikum Java-Compiler" Mit 29 Abbildungen Springer

2 Teil 1: Theorie 1 Einleitung 3 l. l Übersetzung von Programmiersprachen Objektorientiertheit und objektorientierte Programmiersprachen Reine und hybride objektorientierte Programmiersprachen Die Programmiersprache Java Überblick über die weiteren Kapitel 11 2 Objektorientierte Konzepte Klassenbasierte objektorientierte Sprachen Objekte und Klassen Gleichheit und Kopieren von Objekten Abstrakte Klassen und Interface-Klassen Multi-Methoden Vererbung Einfachvererbung Mehrfachvererbung Dynamische Vererbung Kapselung Parametrisierung und generische Datentypen Parametrisierung versus Vererbung Polymorphismus 53 3 Übersetzung objektorientierter Konzepte und abstrakte Maschinen Lose Übersetzung Abstrakte Maschine AM Laufzeitumgebung der abstrakten Maschine AM Befehle der abstrakten Maschine AM Adressierungsarten 63

3 3.1.2 Klassen und Einfachvererbung Methodendeklarationen Nachrichten und Methodenaufrufe Objekte Semiformale Beschreibung der Semantik der abstrakten Maschine Smalltalk-80-Realisierung Klassen und Einfachvererbung Übersetzung von Methoden Objekte Objektverwaltung Methodenaufruf Die abstrakte Maschine für Smalltalk Java-Realisierung Klassen und einfache Vererbung Einträge im Konstantenpool Einträge für Instanzvariablen Einträge für Methoden Bemerkungen Methodendeklarationen Methodenaufruf und Rücksprung Objekte Die virtuelle Maschine von Java C++-Realisierung Methoden, Klassen und einfache Vererbung Objekte Methodenaufruf Mehrfachvererbung Parametrisierung Kopierende Sicht Echte generische Sicht 121 Typinferenz und Typüberprüfung Typisierung und Binden Typisierung Binden und Methodensuche Zusammenhang von Typisierung und Binden Typisierungsprobleme Typisierung mit Datenflußanalyse Datenflußanalyse Typisierung mit Datenflußanalyse Typisierung mit Constraints 137

4 XI 5 Optimierungen Standardoptimierungen Elimination redundanter Ausdrücke Konstantenfaltung Elimination toten Programmcodes Kopien-Verbreitung Schleifenoptimierungen Reduktion des Operators und algebraische Umformungen Kontrollflußoptimierungen Objektorientierte Optimierungen Intraprozedurale Klassenanalyse Analyse der Klassenhierarchie Effiziente Implementierung der Methodensuche zur Übersetzungszeit Inkrementelle Programmentwicklung und separate Übersetzung Klassentest Einfach-Klassentest Unterklassentest Verwendung von Klassentests und Splitting Funktionsexpansion Wertbasierte Analyse und Instanzvariablen-Optimierung Profile-Informationen Spezialisierte Varianten: Customization Lookup- und Inline-Caches Speicherbereinigung Nicht-inkrementelle Techniken Mark-Scan-Speicherbereinigung Kopierende Speicherbereinigung Kopierende Speicherbereinigung mit zwei Regionen Kopierende Speicherbereinigung mit Generationen Inkrementelle Techniken: Referenzzählende Algorithmen Ausblick Compiler-Entwicklung Bootstrapping und Cross-Compiler Compiler-Generatoren 176

5 XII Inhaltsverzeichnis 7.2 Varianten von Compilern Dynamische Recompilierung Deutsch-Schiffman-Technik Just-In-Time Compiler Compiler und Programmkorrektheit Hardware-Unterstützung 179 Teil 2: Praxis 8 Compilerbaupraktikum Java - Die Programmiersprache Java-Merkmale Objekte in Java Ausdrücke und Statements Einschränkungen Aufgaben Das MAX-System Eigenschaften MAX-Spezifikationen Ordnungssortierte Terme Occurrence- bzw. Knotensorten Muster Sondersymbole in den Mustern Mustersyntax Attribute Funktionen Kontextbedingungen Generierung eines Java-Übersetzers mit dem MAX-System Aufgaben Befehle der virtuellen Java-Maschine Konstanten auf den Keller laden Lokale Variablen auf den Keller laden Speichern in eine lokale Variable Manipulation des Kellers Behandlung von Objekten Arithmetische Befehle Sprungbefehle Methodenaufruf und Rücksprung 207

6 XIII 11.9 Überprüfung der Klassenzugehörigkeit Erzeugung des JVM-Codes Übersetzerspezifikation Bindungsanalyse (Identifikation) Ziele der Bindungsanalyse Bindungsanalyse für Java Aufgaben Typdeklarationen und Typisierung Typdeklarationen Typisierung von Ausdrücken Aufgaben MAX-Spezifikation der Klassendatei Aufgaben Ausdrücke und ihre Codeerzeugung Wert eines Ausdrucks Codeerzeugung für Ausdrücke Statements und ihre Codeerzeugung Statements Code für Statements Ausdrücke als Statements Aufgaben Methodendeklaration Abstrakte Syntax Methodeneinträge in die Klassendatei Attributierung für Method -Knoten Kellerrahmen von Java-Methodeninkarnationen Methodenaufruf Abstrakte Syntax Methodenreferenzeinträge im Konstantenpool JVM-Code Attributierung für MethodCall -Knoten Aufgaben Vererbung Vererbung in Java Implementierung von Vererbung Berücksichtigung der Vererbungshierarchie Implementierung von super Aufgaben Ausgabeschnittstelle Java-Klassen für print-ausgaben Code für print-ausgaben Aufgaben 250

7 XIV Inhaltsverzeichnis Anhang A: Klassenfile und Bytecode 253 Anhang B: Java-Syntax 257 Literatur 273 Sachverzeichnis 277