Análise Semântica · Conceitos Introdução O papel da análise semântica é produzir umalista...

Análise Semântica

Eduardo Ferreira dos Santos

Ciência da Computação

Centro Universitário de Brasília � UniCEUB

Outubro, 2016

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Sumário

1 Conceitos

2 A linguagem Cool

3 Análise semânticaSímbolosTipos

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Conceitos

1 Conceitos

2 A linguagem Cool


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Conceitos

Fases

Figura 1.1: Fases do compilador [Aho et al., 2007] 4 / 40

Conceitos

Árvore de sintaxe

Figura 1.2: Modelo de tradução e atribuição [Aho et al., 2007]5 / 40

Conceitos

Introdução

O papel da análise semântica é produzir uma lista de tarefas;

Para produzir a lista de tarefas o compilador vai precisar da lista desímbolos;

Nesse momento também se faz a veri�cação de tipos;

Objetivo: facilitar a tradução da lista de tarefas em linguagem demáquina.

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Conceitos

Etapas da compilação

Análise léxica Detecta entradas com caracteres inválidos;

Análise sintática Produz a árvore de parsing e veri�ca erros de formação daárvore;

Análise semântica Última fase do �front end�, detecta os erros que aindapodem existir.

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Conceitos

Justi�cativa

Alguns erros não são detectados pelo parsing;A análise semântica pode realizar várias veri�cações[Schwarz et al., 2016]:

1 Todos os identi�cadores estão declarados;2 Os tipos são consistentes;3 Relações de herança;4 As classes são unicamente identi�cadas;5 Os métodos em uma classe são de�nidos apenas uma vez;6 As palavras reservadas não estão sendo utilizadas de maneira

equivocada;7 ...

Os requisitos semânticos dependem da linguagem.

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A linguagem Cool

1 Conceitos

2 A linguagem Cool


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A linguagem Cool

Visão geral de Cool

Para estudar os próximos exemplos, vamos introduzir uma linguagemchamada Cool: Classroom Object Oriented Language

[Schwarz et al., 2016];Princípios de design:

Implementação rápida;Utilização de:

Abstração;Tipagem estática;Reuso (herança);Gerência de memória;...

Pela simplicidade, alguns outros conceitos são deixados de fora.

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A linguagem Cool

Exemplo simples

Os programas em Cool são simples de�nições de classe;Uma classe especial chamada Main com um método especial chamadomain;Nenhum conceito de subrotina;

classe = coleção de atributos e métodos;

As instâncias de uma classe são objetos.

Listing 1: Exemplo de atribuição simples em Cool

c l a s s Po in t {x : I n t <− 0 ;y : I n t <− 0 ;

} ;

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A linguagem Cool

Objetos em Cool

A expressão new Point cria um novo objeto da classe Point;

Um objeto pode ser visto como um registro com um slot para cadaatributo.

Listing 2: Objetos em Cool [Schwarz et al., 2016]

c l a s s Po in t {x : I n t <− 0 ;y : I n t ; (∗ use d e f a u l t v a l u e ∗)

} ;

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A linguagem Cool

Métodos

A classe pode de�nir métodos para manipular os atributos;

Os métodos se referem ao objeto atual utilizando a chamada self.

Listing 3: Métodos em Cool [Schwarz et al., 2016]

c l a s s Po in t {x : I n t <− 0 ;y : I n t <− 0 ;movePoint ( newx : I n t , newy : I n t ) : Po in t {

5 { x <− newx ;y <− newy ;s e l f ;

} −− c l o s e b l o ck e x p r e s s i o n} ; −− c l o s e method

10 } ; −− c l o s e c l a s s

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A linguagem Cool

Herança

Extensão de Point para ColorPoint utilizando herança.

Listing 4: Herança em Cool [Schwarz et al., 2016]

c l a s s Co l o rPo i n t i n h e r i t s Po in t {c o l o r : I n t <− 0 ;movePoint ( newx : I n t , newy : I n t ) : Po in t {

{ c o l o r <− 0 ;5 x <− newx ; y <− newy ;

s e l f ;}

} ;} ;

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Análise semântica

1 Conceitos

2 A linguagem Cool


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Análise semântica

Escopo

De�nição: veri�ca a compatibilidade entre a declaração e a utilizaçãodos identi�cadores;

Importante etapa de análise estática na maior parte das linguagens;

O escopo do identi�cador é a parte do programa onde o identi�cadorestá acessível;

O mesmo identi�cador pode mudar de signi�cado a depender da partedo programa;

O identi�cador pode ter escopo restrito.

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Análise semântica

Estático versus dinâmico

A maior parte das linguagens possui escopo estático:O escopo depende apenas do texto do programa e não da execução;C, C++ e Javascript possuem escopo estático;

Outras linguagens possuem escopo dinâmico [Schwarz et al., 2016]:Lisp, SNOBOL;Lisp agora possui escopo dinâmico;O escopo depende da execução do programa.

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Análise semântica

Escopo estático

Listing 5: O valor de x se refere à de�nição mais próxima[Schwarz et al., 2016]

l e t x : I n t <− 0 i n{

x ;l e t x : I n t <− 1 i n

5 x ;x ;

}

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Análise semântica

Escopo dinâmico

Uma variável de escopo dinâmico tem seu valor calculado no momentoda execução.

Listing 6: O valor de a se refere ao valor no momento da execução

#def ine a ( x+1)i n t x = 2 ;void b ( ) { i n t x = 1 ; p r i n t f ("%d\n" , a ) ; }void c ( ) { p r i n t f ("%d\n" , a ) ; }

5 void main ( ) { b ( ) ; c ( ) ; }

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Análise semântica

Exemplo comparativo

Figura 3.1: Exemplo de escopo estático versus dinâmico 1

1Fonte:https://msujaws.wordpress.com/2011/05/03/static-vs-dynamic-scoping/

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https://msujaws.wordpress.com/2011/05/03/static-vs-dynamic-scoping/

Análise semântica

Escopo em Cool

Os identi�cadores em Cool são introduzidos por:Declarações de classe (introduz o nome da classe);De�nições de método (introduz o nome do método);Parâmetros formais (introduz o id do objeto);De�nições de atributo (introduz o id do objeto);Outros.

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Análise semântica

Exceções ao escopo em Cool

Nem todas as de�nições em Cool seguem a regra da de�nição maispróxima;De�nições de classe:

Não podem ser aninhadas;São visíveis no escopo global do programa.

É possível utilizar o nome da classe antes de de�ni-la.

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Análise semântica

Exemplo de uso

Listing 7: Exemplo de uso antes de de�nir a classe [Schwarz et al., 2016]

C l a s s Foo {. . . l e t y : Bar i n . . .

} ;

5 C l a s s Bar {. . .

} ;

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Análise semântica

Mais escopo

Os atributos da classe são globais dentro dela mesma.

Listing 8: Exemplo de utilização de atributo de classe global[Schwarz et al., 2016]

C l a s s Foo {f ( ) : I n t { a } ;a : I n t <− 0 ;

}

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Análise semântica Símbolos

1 Conceitos

2 A linguagem Cool


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Tabela de símbolos

Considere a seguinte expressão em Cool: let x: Int <- 0 in e

Ideia [Schwarz et al., 2016]:Antes de processar e adicione a de�nição de x ao conjunto dede�nições atual, sobrescrevendo qualquer atribuição anterior de x;Navegue na árvore de parsing recursivamente;Depois de processar e, remova a de�nição de x e restaure o valoranterior.

A tabela de símbolos é uma estrutura de dados que armazena asatribuições de valor mais atuais para os identi�cadores.

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Implementação simples

Estrutura de dados utilizada: pilha;

Operações:

add_symbol(x) Executa uma operação de push na pilha para x, comtodas as informações associadas;

�nd_symbol(x) Busca na pilha, de cima para baixo, o valor de x.Retorna NULL se não for encontrado;

remove_symbol() Executa uma operação de pop na pilha.

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Limitações

A tabela de símbolos funciona bem para o operador let:Os símbolos são adicionados individualmente de maneira sequencial;As declarações estão perfeitamente aninhadas.

E se a ordem das atribuições for diferente?

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Tabela de símbolos mais completa

enter_scope() Inicia um novo escopo aninhado;

�nd_symbol(x) Encontra o valor atual de x (ou NULL);

add_symbol(x) Adiciona o símbolo x na tabela;

check_scope(x) Verdadeira se x estiver de�nido no escopo atual;

exit_scope() Executa uma operação de pop na pilha.

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De�nições de classe

Os nomes de classe podem ser utilizados antes de ser de�nidos;Não é possível veri�car os nomes das classes:

Utilizando uma tabela de símbolos;Em uma única passagem pela árvore.

Solução:

Passo 1 Reúna todos os nomes de classe;Passo 2 Faça a checagem.

A análise semântica requer múltiplas passagens pela árvore.

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Análise semântica Tipos

1 Conceitos

2 A linguagem Cool


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Tipos

O que é um tipo?

A noção varia de acordo com a linguagem;Consenso:

Um conjunto de valores;Um conjunto de operações com esses valores.

As classes são uma instância da de�nição moderna de tipo[Schwarz et al., 2016].

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Por que tipos?

Listing 9: Quais os tipos de dado para $r1 $r2 e $r3? [Schwarz et al., 2016]

add $r1 , $r2 , $r3

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Tipos e operações

Cada tipo de dado possui um conjunto válido de operações;Não faz sentido executar uma operação de adição entre um ponteiro eum inteiro na linguagem C;Faz sentido a adição de dois inteiros;Contudo, ambos executam a mesma operação em assembly.

O sistema de tipos da linguagem especi�ca os tipos e suas operaçõespermitidas;O objetivo da veri�cação de tipos é garantir que as operações sejamrealizadas com os tipos de dado corretos.

É a única etapa que realiza interpretação de valores.;Para o computador, tudo se resume a 0 e 1.

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Veri�cação de tipos

Existem três tipos de linguagens:

Statically typed Veri�cação estática de tipos. Quase toda a validaçãode tipos é feita no momento da compilação (C, Java,Cobol);

Dynamically typed Veri�cação dinâmica de tipos. Quase toda avalidação de tipos é feita no momento da execução doprograma (Scheme, Python);

Untyped Não faz veri�cação de tipos (código de máquina).

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Necessidade de veri�cação

Existem visões concorrentes em relação às veri�cações estática edinâmica;Os defensores da veri�cação estática dizem:

A veri�cação estática encontra muitos problemas no momento dacompilação;Evita o overhead da veri�cação de tipo em tempo de execução.

Os defensores da veri�cação dinâmica dizem:Os sistemas de veri�cação estática são muito restritivos;Não é possível realizar a prototipagem rápida em sistemas deveri�cação estática.

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Conclusões sobre tipos

Na prática, a maior parte do código é escrita em linguagens comveri�cação estática de tipo com algum tipo de mecanismo de �escape�;

Ex.: Unsafe casts in C, Java

É discutível saber se essa decisão representa o melhor dos dois mundos.

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Veri�cação e inferência

A veri�cação de tipos é o processo de veri�car programas onde atipagem é forte;

A inferência de tipos é o processo de descobrir a informação de tipoque está faltando;

Os processos são diferentes mas os termos são intercambiáveis.

Utilização de regras de inferência.

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OBRIGADO!!!

PERGUNTAS???

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Aho, A., Lam, M., Sethi, R., and Ullman, J. (2007).Compiladores�Princ�pios Técnicas e Ferramentas.Pearson, 2a. edition.

Schwarz, K., Papadakis, H., and Mittal, R. (2016).Compilers.Disponível em http://web.stanford.edu/class/cs143/ Acessadoem 30/09/2016.

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http://web.stanford.edu/class/cs143/

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