Compiladores Prof. Yandre Maldonado Compiladores - Prof. Yandre - 1.

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1 Compiladores Prof. Yandre Maldonado Compiladores - Prof. Yandre - 1

2 Compiladores - Prof. Yandre - 2

3 Introdução Compilador é um programa que traduz o código fonte escrito em uma linguagem de mais alto nível para outra linguagem de mais baixo nível; a linguagem original é chamada de linguagem fonte, e a linguagem final é chamada de linguagem destino ou alvo; Compiladores - Prof. Yandre - 3 Programa Linguagem Fonte Compilador Programa Linguagem Alvo Mensagens de Erro

4 Introdução VARIEDADE DE COMPILADORES Compiladores - Prof. Yandre - 4 Linguagem Fonte Fortran C Pascal Modula Algol... Máquina Alvo Intel Mips Sparc... A máquina alvo pode estar entre um microprocessador e um supercomputador

5 A análise cria um representação intermediária do código Introdução Estrutura Geral de um Compilador (Modelo de compilação de Análise e Síntese) Compiladores - Prof. Yandre - 5 Análise Léxica Análise Sintática 1. Análise 2. Síntese Análise Estrutural Análise Semântica Geração de Código Intermediário Otimização de Código Geração de Código Alvo Gera o código a partir da representação intermediária

6 Introdução A interação entre os módulos do compilador Tratamento de Erros Geração de Código Intermediário Otimização Código Alvo Síntese Léxica Sintática Semântica Análise Programa Fonte Programa Alvo Compiladores - Prof. Yandre - 6

7 Introdução Conceitos acerca da compilação: –Tradutor: programa que transforma um programa fonte escrito numa linguagem em um programa equivalente escrito em uma linguagem diferente; –Pré-processador: programa que transforma um programa escrito em uma linguagem estendida em um programa equivalente escrito em linguagem original; Compiladores - Prof. Yandre - 7 Prog. Linguagem A Prog. Linguagem B Tradutor Prog. Linguagem Estendida Prog. Linguagem Original Pré- processador Compilador

8 Introdução –Montador: tradutor que transforma um programa escrito em uma linguagem simbólica (de baixo nível) em instruções equivalentes em linguagem de máquina; Compiladores - Prof. Yandre - 8 Prog. Linguagem Simbólica Instruções em Linguagem de Máquina Montador Alto nível Simbólica Instruções em Ling. de Máquina b := a+2; MOV a, R1 ADD #2, R1 MOV R1, b MOV a, R1 ADD #2, R1 MOV R1, b 0001010000000000 0011011000000010 0010010000000100 0001010000000000 0011011000000010 0010010000000100 Compilação Montagem 1xn 1x1

9 Introdução –Interpretador: tradutor que funciona em tempo de execução. Estes programas traduzem programas codificados em linguagem de alto nível para um código intermediário e o coloca em execução. Exemplos: –o run do Pascal ou C; –Java: sitemas distribuídos, diferentes equipamentos; (bytecode) »Cerca de 10 vezes mais lento que um código compilado C++; »Pode ser interpretado em plataformas diferentes; Compiladores - Prof. Yandre - 9 Programa Fonte Código Intermediário em Execução Interpretador

10 Introdução Hierarquia: Compiladores - Prof. Yandre - 10 TRADUTORES INTERPRETADORES PRÉ- PROCESSADORES COMPILADORES MONTADORES

11 Regras de Produção id := | if then | if then else | while do | begin end. | + termo | - termo | termo Compiladores - Prof. Yandre - 11

12 Análise Léxica Realizada pelo Analisador Léxico ou SCANNER; Identifica no arquivo fonte os símbolos pertencentes à linguagem; Compiladores - Prof. Yandre - 12 Fluxo de Caracteres de Entrada (Prog. Fonte) Analisador Léxico Fluxo de Tokens

13 Análise Léxica Tarefas do Analisador Léxico: –Percorrer o programa fonte (arquivo texto), passando por cada um de seus caracteres; –Formar itens léxicos a partir dos caracteres consecutivos, que podem ser de vários tipos: palavras reservadas; identificadores; constantes numéricas; símbolos especiais. Compiladores - Prof. Yandre - 13

14 Análise Léxica Atribuir um código numérico (token) a cada um dos itens léxicos encontrados; Ignorar espaços em branco e comentários; Detectar erros léxicos: –caracteres inválidos. Exemplo: a:=2#3; –tamanho dos identificadores; Compiladores - Prof. Yandre - 14

15 Análise Léxica Exemplo: análise léxica do seguinte programa em Pascal. Identificar: Token, ítem léxico, tipo. Compiladores - Prof. Yandre - 15 program exemplo; var A, B: real; begin A:=B+0.5; end.

16 Tabela de Símbolos É uma estrutura de dados com algoritmos apropriados para a manipulação de seus dados (listas, árvores, arranjos,...); Guarda informações sobre os identificadores: –Nome –Endereço –Tipo Compiladores - Prof. Yandre - 16

17 Tabela de Símbolos Uma tabela de símbolos possui um registro para cada identificador; A estrutura de dados que manipula esta tabela deve permitir rápido armazenamento ou recuperação dos dados. Compiladores - Prof. Yandre - 17

18 Análise Sintática Executada pelo PARSER (Analisador Sintático); Procura agrupar os TOKENS obtidos pelo SCANNER em estruturas sintáticas (declarações, comandos, corpo do programa, blocos, lista de identificadores, programa,...) verificando a sintaxe da linguagem; Compiladores - Prof. Yandre - 18

19 Análise Sintática Program Exemplo; Var A, B: byte; begin A := B + 0,5; end. Compiladores - Prof. Yandre - 19 Lista Ident. Declaração Comando Expressão Cabeçalho Corpo Prog. Bloco Programa

20 Análise Sintática As regras gramaticais que definem as construções da linguagem podem ser descritas através de produções, cujos elementos incluem símbolos terminais (que fazem parte do código fonte) e símbolos não-terminais (que geram outras regras); As seguintes regras definem o comando WHILE, da linguagem Pascal, nas quais as palavras em maiúsculo representam terminais e as palavras em minúsculo os não-terminais: comando comandoWhile | comandoIf | comandoAtrib, |... comandoWhile WHILE expr_bool DO comando; expr_bool expr_arit < expr_arit | expr_arit > expr_arit |... expr_arit expr_arit * termo | termo |... termo expr_arit | NÚMERO | IDENTIFICADOR Compiladores - Prof. Yandre - 20

21 Análise Semântica Funções: Verificar se o significado das construções sintáticas possibilitam a geração de código; Extrair informações do programa fonte que possibilitem a geração de código; Por exemplo, o seguinte comando IF, sintaticamente correto, pode existir em um programa: if a>7 then b:=5 else b:=10; Depende dos tipos das variaveis a e b Compiladores - Prof. Yandre - 21

22 Análise Semântica Principais verificações semânticas: Compatibilidade de tipos... var A: boolean; B: real;... A:=B+0,5; Compiladores - Prof. Yandre - 22

23 Análise Semântica –Duplicidade de identificadores: Var A, A, B: integer; –Compatibilidade entre declarações e uso de entidades: Var X: array[1..N] of byte; A: byte;... A:=X.C1; Compiladores - Prof. Yandre - 23

24 Análise Semântica –Compatibilidade entre parâmetros formal e atual: procedure X (a, b: integer); begin... end;... X(a, b, c); Compiladores - Prof. Yandre - 24

25 Tratamento de Erros Este módulo é responsável por diagnosticar os erros (léxicos, sintáticos e semânticos) e emitir mensagens apropriadas; É interessante que este módulo permita recuperar o analisador a partir de uma situação de erro e analise o restante do programa fonte. Compiladores - Prof. Yandre - 25

26 Geração de Código Intermediário Gera um conjunto de instruções, equivalentes ao programa fonte, para uma máquina hipotética. Ex.: A:=(B+C) * (D+E) Gera-se quádruplas: (+, B, C, T1) (+, D, E, T2) (*, T1, T2, A) Esta representação intermediária tem as seguintes vantagens: Possibilita a otimização do código intermediário, a fim de obter código objeto final mais eficiente; Resolve, de maneira gradual, problemas da passagem do código fonte para objeto Compiladores - Prof. Yandre - 26

27 Geração de Código Intermediário A maior diferença entre o código intermediário e o código objeto é que o intermediário não especifica detalhes de baixo nível de implementação, tais como endereços de memória e registradores, entre outros. Para o comando: while i < 100 do i := j * i; o seguinte código de três endereços (um dos tipos de código intermediário utilizado, no qual cada instrução deve ter, no máximo, três operandos) é gerado: L0 : if i < 100 goto L1 goto L2 L1: temp := j * i i := temp goto L0 L2:... Compiladores - Prof. Yandre - 27

28 Otimização de Código Função: melhorar o código intermediário de forma que ocupe menos espaço e/ou execute mais rápido. Principais otimizações: Agrupamento de sub-expressões comuns: C:= (A+B) * (A+B) (+, A, B, T1) (+, A, B, T2) (*, T1, T2, C) Ou, para o código do slide 27: L0: if i 100 goto L1 temp := j * i i:= temp goto L0 L1... Compiladores - Prof. Yandre - 28 (+, A, B, T1) (*, T1, T1, C) Compiladores - Prof. Yandre - 28

29 Otimização de Código Eliminação de JUMPS desnecessários:... 10:JUMP 20... 20:JUMP 30... Remoção de comandos invariantes dentro do loop:... For I:= 1 to 100 do Begin... J:=X; {não modifica X}... End; Compiladores - Prof. Yandre - 29 10:JUMP 30... J:=X; {transferir p/ cá} For I:= 1 to 100 do Begin... End;

30 Geração de Código Objeto Sua principal função é gerar o código equivalente ao programa fonte para uma máquina real, a partir do código intermediário otimizado. Compiladores - Prof. Yandre - 30

31 Análise Sintática (Parsing) É realizada pelo Analisador Sintático ou Parser; O parser é um algoritmo que, recebendo como entrada uma cadeia, emite como saída: Aceitação de, se pertence à linguagem, ou ERRO, se não pertence à linguagem. Compiladores - Prof. Yandre - 31

32 Análise Sintática (Parsing) Análise sintática (parse) top-down: é uma análise onde se procura, a partir do símbolo de partida da gramática, chegar à cadeia que está sendo analisada progredindo nas regras de produção; Esta análise equivale à seqüência dos números das regras de produção utilizadas S através de derivações mais à esquerda. Compiladores - Prof. Yandre - 32

33 Análise Sintática (Parsing) Análise sintática (parse) bottom-up: é uma análise onde se procura, a partir da cadeia que está sendo analisada, chegar ao símbolo inicial da gramática regredindo nas regras de produção; Esta análise equivale à seqüência invertida dos números das regras de produção utilizadas S através de derivações mais à direita. Compiladores - Prof. Yandre - 33

34 Análise Sintática (Parsing) Compiladores - Prof. Yandre - 34 Descendente (Top-down) Ascendente (Bottom-up) Com retrocesso (back track) Sem retrocesso (preditive) Analisadores Sintáticos simbolo de partida para a sentença sentença para o simbolo de partida

35 Análise sintática descendente: –Com retrocesso (back track): Quando a gramática permite, em um determinado estágio da derivação, a aplicação de mais de uma regra. Isto acontece quando o mesmo símbolo terminal aparece no início do lado direito de mais de uma regra de produção. Exemplo: A a Onde:, (V N V T ) * A V N a V T Análise Sintática (Parsing) Compiladores - Prof. Yandre - 35

36 Análise sintática descendente: Sem retrocesso (preditive): Quando a gramática só permite um caminho a ser derivado. Desta forma, olhando apenas para o próximo símbolo de entrada podemos determinar a próxima derivação. Requisitos: Durante o processo de derivação, sempre haverá uma única regra que possa levar a cadeia que está sendo analisada. Não pode haver recursão à esquerda. Exemplo:A A Onde (V N V T ) * e A V N Análise Sintática (Parsing) Compiladores - Prof. Yandre - 36

37 Preditive parser recursivo: É executado um conjunto de procedimentos recursivos para processar a entrada. A cada não terminal é associado um procedimento; Existe também um procedimento adicional para o reconhecimento dos símbolos (tokens); Vantagens: Simplicidade; Desvantages: Maior tempo de processamento; Não é geral (requisitos transp. 36); Existem linguagens que não aceitam recursividade. Análise Sintática (Parsing) Compiladores - Prof. Yandre - 37

38 Exemplo de analisador preditivo recursivo para a seguinte gramática: id array [ ] of integer char num..num Análise Sintática (Parsing) Compiladores - Prof. Yandre - 38 1) 2) 3) 4) 5) 6)

39 Análise Sintática (Parsing) procedimento reconhecer (t: token); início se lookahead=t então lookahead:=próximo_token senão erro; fim; Compiladores - Prof. Yandre - 39

40 Análise Sintática (Parsing) procedimento tipo; início se lookahead está em {integer, char, num} então tipo_simples; senão se lookahead= então início reconhecer (); reconhecer (id) fim senão se lookahead=array então início reconhecer(array); reconhecer([); tipo_simples; reconhecer(]); reconhecer(of); tipo; fim senão erro fim; Compiladores - Prof. Yandre - 40

41 Análise Sintática (Parsing) procedimento tipo_simples; início se lookahead = integer então reconhecer (integer) senão se lookahead=char então reconhecer (char); senão se lookahead=num então início reconhecer (num); reconhecer(pontoponto); reconhecer (num) fim senão erro fim; Compiladores - Prof. Yandre - 41

42 Exemplo de processamento para a seguinte cadeia: array [num..num] of integer tipo: reconhecer(array); reconhecer([); tipo_simples: reconhecer(num); reconhecer(..); reconhecer(num); reconhecer(]); reconhecer(of); tipo: tipo_simples: reconhecer(integer); Análise Sintática (Parsing) Compiladores - Prof. Yandre - 42

43 Cálculo do first: o cálculo do first (ou primeiro) é fundamental para verificar se a partir de um mesmo símbolo terminal existem duas possibilidades de derivação que produzam um mesmo símbolo terminal mais à esquerda (na primeira posição). First(A) (ou Primeiro(A)) é o conjunto de tokens (símbolos) que figuram como primeiro elemento de uma ou mais cadeias geradas a partir de A. Análise Sintática (Parsing) Compiladores - Prof. Yandre - 43

44 Exemplo 1: S AS | BA A aB | C B bA | d C c First(S) = First(A) First(B) = {a, c, b, d} First(A) = {a, c} First(B) = {b, d} First(C) = {c} Análise Sintática (Parsing) Compiladores - Prof. Yandre - 44

45 Exemplo 2: S ABC | A aA | B bB | ACd C cC | First(S) = {a, c, b, d, } First(A) = {a, } First(B) = {b, a, c, d} First(C) = {c, } Análise Sintática (Parsing) Compiladores - Prof. Yandre - 45

46 Assim, só se pode aplicar o analisador preditivo recursivo em uma gramática se para todas as regras do tipo A, A,...(onde, (V N V T ) * ), os conjuntos First( ) e First( ) forem disjuntos. Análise Sintática (Parsing) Compiladores - Prof. Yandre - 46