Alfred V. Aho Monica S. Lam Ravi Sethi Jeffrey D. Ullman. Compiler. informatik. Prinzipien, Techniken und Werkzeuge. 2., aktualisierte Auflage

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1 Alfred V. Aho Monica S. Lam Ravi Sethi Jeffrey D. Ullman it informatik Compiler Prinzipien, Techniken und Werkzeuge 2., aktualisierte Auflage

2 Inhaltsverzeichnis Vorwort... XXIX Zur deutschen Ausgabe...XXXIII Kapitel 1 Einleitung Sprachprozessoren... 3 ÜbungenzuAbschnitt DieStruktureinesCompilers LexikalischeAnalyse Syntaxanalyse SemantischeAnalyse Zwischencodeerzeugung Codeoptimierung Codeerzeugung UmgangmitSymboltabellen Gruppieren von Phasen in Läufe WerkzeugezumCompilerbau DieEvolutionderProgrammiersprachen DerWegzuhöherenProgrammiersprachen Einfluss auf Compiler ÜbungzuAbschnitt DieWissenschaftdesCompilerbaus Modellierung bei Compilerdesign und -implementierung DieWissenschaftderCodeoptimierung Anwendungen der Compilertechnologie Implementierung von höheren Programmiersprachen OptimierungenfürComputerarchitekturen EntwurfneuerComputerarchitekturen Programmübersetzung WerkzeugezurProduktivitätssteigerung VII

3 INHALTSVERZEICHNIS 1.6 Grundlagen von Programmiersprachen Unterscheidung zwischen statisch und dynamisch UmgebungenundZustände Statischer Gültigkeitsbereich und Blockstruktur Explizite Zugriffskontrolle Dynamischer Gültigkeitsbereich MechanismenzurParameterübergabe Aliasing ÜbungenzuAbschnitt Zusammenfassung LiteraturzuKapitel Kapitel 2 Ein einfacher syntaxgerichteter Übersetzer Einführung Syntaxdefinition Grammatikdefinition Ableitungen Parse-Bäume Mehrdeutigkeit AssoziativitätvonOperatoren Operatorenpräzedenz ÜbungenzuAbschnitt SyntaxgerichteteÜbersetzung Postfixnotation SynthetisierteAttribute Einfache syntaxgerichtete Definitionen DurchlaufenvonBäumen Übersetzungsverfahren ÜbungenzuAbschnitt Syntaxanalyse(Parsing) Top-Down-Syntaxanalyse PrädiktiveSyntaxanalyse Verwendungszweck von -Produktionen EntwurfeinesprädiktivenParsers Linksrekursion ÜbungzuAbschnitt VIII

4 Inhaltsverzeichnis 2.5 ÜbersetzerfüreinfacheAusdrücke AbstrakteundkonkreteSyntax AnpassendesÜbersetzungsverfahrens ProzedurenfürdieNichtterminale VereinfachendesÜbersetzers DasvollständigeProgramm LexikalischeAnalyse Entfernen von Leerzeichen und Kommentaren VorausschauendesLesen Konstanten Erkennen von Schlüsselwörtern und Bezeichnern EinlexikalischerScanner(kurzLexer) ÜbungenzuAbschnitt Symboltabellen Symboltabellen nach Gültigkeitsbereich Verwendung von Symboltabellen Zwischencodeerzeugung ZweiArtenderZwischendarstellung KonstruktionvonSyntaxbäumen StatischeÜberprüfung Drei-Adress-Code ÜbungenzuAbschnitt Zusammenfassung Kapitel 3 Lexikalische Analyse DieRolledesLexers Lexikalische Analyse und Syntaxanalyse imvergleich Token,MusterundLexeme AttributefürToken LexikalischeFehler ÜbungenzuAbschnitt Eingabepuffer Pufferpaare Wächter IX

5 INHALTSVERZEICHNIS 3.3 SpezifikationvonToken StringsundSprachen OperationenanSprachen ReguläreAusdrücke Reguläre Definitionen ErweiterungenregulärerAusdrücke ÜbungenzuAbschnitt Tokenerkennung Übergangsdiagramme Erkennen von reservierten Wörtern und Bezeichnern AbschlussdesBeispiels Architektur eines Lexers auf der Grundlage vonübergangsdiagrammen ÜbungenzuAbschnitt DerGeneratorLexfürlexikalischeScanner Verwendung von Lex StrukturvonLex-Programmen KonfliktlösunginLex Der Lookahead-Operator ÜbungenzuAbschnitt EndlicheAutomaten NichtdeterministischeendlicheAutomaten Übergangstabellen Akzeptieren von Eingabestrings durch Automaten DeterministischeendlicheAutomaten ÜbungenzuAbschnitt VonregulärenAusdrückenzuAutomaten UmwandlungeinesNFAineinenDFA SimulationeinesNFA EffizienzderNFA-Simulation Aufbau eines NFA aus einem regulären Ausdruck Effizienz von stringverarbeitenden Algorithmen ÜbungenzuAbschnitt EntwurfeinesGeneratorsfürlexikalischeScanner DieStrukturdesgeneriertenScanners X

6 Inhaltsverzeichnis Pattern Matching auf der Grundlage von NFAs DFAsfürlexikalischeScanner Implementieren des Lookahead-Operators ÜbungenzuAbschnitt Optimierung des Pattern Matching auf DFA-Grundlage WichtigeZuständeeinesNFA Aus dem Syntaxbaum berechnete Funktionen Berechnenvonnullable,firstposundlastpos Berechnenvonfollowpos Direkte Konvertierung eines regulären Ausdruckes ineinendfa Minimierung der Anzahl von Zuständen einesdfa Zustandsminimierung in lexikalischen Scannern Kompromisse zwischen Raum und Zeit beiderdfa-simulation ÜbungenzuAbschnitt Zusammenfassung LiteraturzuKapitel Kapitel 4 Syntaktische Analyse Einführung DieRolledesParsers RepräsentativeGrammatiken BehandlungvonSyntaxfehlern StrategienfürdieFehlerbehebung KontextfreieGrammatiken Formale Definition einer kontextfreien Grammatik KonventionenfürdieNotation Ableitungen Parse-BäumeundAbleitungen Mehrdeutigkeit Verifizieren der von einer Grammatik generierten Sprache XI

7 INHALTSVERZEICHNIS Kontextfreie Grammatiken und reguläre Ausdrücke imvergleich ÜbungenzuAbschnitt SchreibeneinerGrammatik LexikalischeundsyntaktischeAnalyse EliminierenvonMehrdeutigkeiten EliminierenderLinksrekursion Linksfaktorisierung NichtkontextfreieSprachkonstrukte ÜbungenzuAbschnitt Top-Down-Parsing RekursivabsteigendesParsing FIRSTundFOLLOW LL(1)-Grammatiken NichtrekursiveprädiktiveSyntaxanalyse Fehlerbehebung bei der prädiktiven Syntaxanalyse 275 ÜbungenzuAbschnitt Bottom-Up-Parsing Reduktionen Handle-Stutzung Shift-Reduce-Syntaxanalyse Konflikte bei der Shift-Reduce-Syntaxanalyse ÜbungenzuAbschnitt EinführungindieLR-Syntaxanalyse:einfachesLR WarumLR-Parser? ItemsundderLR(0)-Automat DerLR-Parsealgorithmus AufbauvonSLR-Parsertabellen SinnvollePräfixe ÜbungenzuAbschnitt LeistungsfähigereLR-Parser Kanonische LR(1)-Items Aufbau von LR(1)-Item-Mengen KanonischeLR(1)-Parsertabellen AufbauvonLALR-Parsertabellen EffizienterAufbauvonLALR-Parsertabellen XII

8 Inhaltsverzeichnis KomprimierungvonLR-Parsertabellen ÜbungenzuAbschnitt MehrdeutigeGrammatiken Präzedenz und Assoziativität zur Konfliktlösung Mehrdeutigkeitdurchein hängendeselse FehlerbehebungbeimLR-Parsing ÜbungenzuAbschnitt Parsergeneratoren DerParsergeneratorYacc Einsatz von Yacc bei mehrdeutigen Grammatiken Erstellen von Yacc-Lexern mit Lex FehlerbehebungbeiYacc ÜbungenzuAbschnitt Zusammenfassung LiteraturzuKapitel Kapitel 5 Syntaxgerichtete Übersetzung Syntaxgerichtete Definitionen ErerbteundsynthetisierteAttribute Auswerten einer syntaxgerichteten Definition andenknoteneinesparse-baumes ÜbungenzuAbschnitt Auswerten einer syntaxgerichteten Definition andenknoteneinesparse-baumes Abhängigkeitsgraphen ReihenfolgederAuswertungvonAttributen S-attributierte Definitionen L-attributierte Definitionen Semantische Regeln mit kontrollierten Nebenwirkungen ÜbungenzuAbschnitt Anwendungen der syntaxgerichteten Übersetzung AufbauvonSyntaxbäumen DieStruktureinesTyps ÜbungenzuAbschnitt XIII

9 INHALTSVERZEICHNIS 5.4 VerfahrenzursyntaxgerichtetenÜbersetzung Postfix-Übersetzungsverfahren Parserstack-Implementierungen von syntaxgerichtetenpostfix-übersetzungen Syntaxgerichtete Übersetzungen mit Aktionen innerhalbvonproduktionen Eliminieren der Linksrekursion aus syntaxgerichtetenübersetzungen Syntaxgerichtete Übersetzungen für L-attributierte Definitionen ÜbungenzuAbschnitt Implementieren von L-attributierten syntaxgerichteten Definitionen Übersetzung bei der rekursiv absteigenden Syntaxanalyse CodeerzeugungimlaufendenBetrieb L-attributierte syntaxgerichtete Definitionen und LL-Syntaxanalyse Bottom-Up-Syntaxanalyse von L-attributierten syntaxgerichteten Definitionen ÜbungenzuAbschnitt Zusammenfassung LiteraturzuKapitel Kapitel 6 Zwischencodeerzeugung VariantenvonSyntaxbäumen GerichteteazyklischeGraphenfürAusdrücke Die Wertenummermethode für die Konstruktion vondags ÜbungenzuAbschnitt Drei-Adress-Code AdressenundBefehle Quadrupel Tripel StatischeEinzelzuweisungsform ÜbungenzuAbschnitt XIV

10 Inhaltsverzeichnis 6.3 TypenundDeklarationen Typausdrücke Typäquivalenz Deklarationen SpeicherlayoutfürlokaleNamen SequenzenausDeklarationen FelderinStrukturenundKlassen ÜbungenzuAbschnitt ÜbersetzungvonAusdrücken OperationeninAusdrücken InkrementelleÜbersetzung AdressierenvonArrayelementen ÜbersetzungvonArrayreferenzen ÜbungenzuAbschnitt Typüberprüfung Regeln für die Typüberprüfung Typkonvertierung Überladen von Funktionen und Operatoren Typinferenz und polymorphe Funktionen EinUnifikationsalgorithmus ÜbungenzuAbschnitt Kontrollfluss BoolescheAusdrücke Short-Circuit-Code Kontrollflussanweisungen Kontrollflussübersetzung von booleschen Ausdrücken Vermeiden redundanter Goto-Befehle BoolescheWerteundSprungcode ÜbungenzuAbschnitt Backpatching Einpass-CodeerzeugungmitBackpatching Backpatching für boolesche Ausdrücke Steuerungsflussanweisungen Break-,continue-undgoto-Anweisungen ÜbungenzuAbschnitt XV

11 INHALTSVERZEICHNIS 6.8 Switch-Anweisungen Übersetzungvonswitch-Anweisungen Syntaxgerichtete Übersetzung von switch- Anweisungen ÜbungzuAbschnitt ZwischencodefürProzeduren Zusammenfassung LiteraturzuKapitel Kapitel 7 Laufzeitumgebungen Speicheraufbau Statische und dynamische Speicherzuweisung SpeicherzuweisungaufdemStack Aktivierungsbäume Aktivierungseinträge Aufrufsequenzen DatenvariablerLängeaufdemStack ÜbungenzuAbschnitt ZugriffaufnichtlokaleDatenaufdemStack DatenzugriffohneverschachtelteProzeduren ProblemebeiverschachteltenProzeduren Eine Sprache mit Deklarationen für verschachtelte Prozeduren Verschachtelungstiefe Zugriffslinks Bearbeiten von Zugriffslinks Zugriffslinks für Prozedurparameter Displays ÜbungenzuAbschnitt Heap-Verwaltung Der Speichermanager DieSpeicherhierarchieeinesComputers Lokalität in Programmen VerringernderFragmentierung ManuelleSpeicherfreigabe ÜbungzuAbschnitt XVI

12 Inhaltsverzeichnis 7.5 EinführungindieGarbageCollection EntwurfszielefürGarbageCollectors Erreichbarkeit Garbage Collectors mit Referenzzählern ÜbungenzuAbschnitt Einführung in die Garbage Collection mit Zeigerverfolgung EineinfacherMark-and-Sweep-Collector Grundlegende Abstraktion OptimierenderMark-and-Sweep-Collection Mark-and-Compact-Collectors Kopier-Collectors Kostenvergleich ÜbungenzuAbschnitt GarbageCollectionmitkurzenPausen InkrementelleGarbageCollection InkrementelleErreichbarkeitsanalyse Grundlagen der teilweisen Garbage Collection GarbageCollectionnachGenerationen DerZugalgorithmus ÜbungenzuAbschnitt Fortgeschrittene Themen der Garbage Collection Parallele und gleichzeitige Garbage Collection TeilweiseObjektverschiebung Konservative Garbage Collection für unsichere Sprachen SchwacheReferenzen ÜbungzuAbschnitt Zusammenfassung LiteraturzuKapitel Kapitel 8 Codeerzeugung Aspekte für den Entwurf eines Codegenerators Eingabe in den Codegenerator DasZielprogramm Befehlsauswahl Registervergabe Auswertungsreihenfolge XVII