PROGRAMOVACÍ JAZYKY A PŘEKLADAČE STRUKTURA PŘEKLADAČE

Transkript

1 PROGRAMOVACÍ JAZYKY A PŘEKLADAČE STRUKTURA PŘEKLADAČE 2011 Jan Janoušek BI-PJP Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

2 Základní informace Přednášky: doc. Ing. Jan Janoušek, Ph.D. Office: MK Stránka předmětu: Cvičení: Ing. Martin Plicka

3 Doporučená literatura Muller, K.: Programovací jazyky a překladače. Skripta ČVUT. Další, pokročilejší knihy (pro zájemce): Aho, Lam, Sethi, Ullman: Compiler: Principles, Techniques and Tools (2nd ed.), Melichar, Češka, Ježek, Richta: Konstrukce překladačů, ČVUT, Allen, Kennedy: Optimizing Compilers for Modern Architectures, Fischer, LeBlanc: Crafting a Compiler, Grune, Bal, Jacobs, Langendoen: Modern Compiler Design, Muchnick: Advanced compiler design and implementation, Morgan Kaufman Publishers, 2009.

4 Hodnocení Podmínky zápočtu a zkoušky Semestrální práce max. 20 b. Dva zápočtové testy max. 30 b. Zkouška 50 b. (povinná ústní zkouška s právem veta +/- 5 b.) Výsledná známka se řídí Klasifikačním řádem ČVUT.

5 Souvislosti s ostatními předměty Návaznost předmětů na FIT ČVUT: BI-AAG: obecná teorie formálních jazyků, gramatik a automatů BI-PJP: úvodní kurs do teorie syntaktické analýzy, překladu a tvorby překladačů (jednoduchý frontend řízený LL analyzátorem, jednoduchý backend (přímé generování cílového kódu průchodem AST)) MI-SYP: pokročilé techniky syntaktické analýzy a překladu (LR syntaktická analýza, paralelní syntaktická analýza) MI-GEN: pokročilejší techniky tvorby překladačů (vnitřní formy, frontend: generování vnitřních forem, backend: optimalizace, generování kódu, run-time prostředí)

6 Použití překladače USE CASE

7 CPU rozumí pouze binárním kódu

8 programování ve strojovém kódu

9 programování ve strojovém kódu

10 programování ve strojovém kódu

11 assembler PRINT NOGEN BEGIN BEGIN REGS SR R2,R2 SR R3,R3 LOOP AR R2,R3 LA R3,1(R0,R3) C R3,=F'10' BNE LOOP CVD R2,DBL ED RESULT,DBL+6 WTO RESULT RETURN LTORG RESULT DC ' ' DBL DC D'0' END BEGIN assembler

12 operační systém operační systém loader PRINT NOGEN BEGIN BEGIN REGS SR R2,R2 SR R3,R3 LOOP AR R2,R3 LA R3,1(R0,R3) C R3,=F'10' BNE LOOP CVD R2,DBL ED RESULT,DBL+6 WTO RESULT RETURN LTORG RESULT DC ' ' DBL DC D'0' END BEGIN assembler

13 operační systém operační systém loader PRINT NOGEN BEGIN BEGIN REGS SR R2,R2 SR R3,R3 LOOP AR R2,R3 LA R3,1(R0,R3) C R3,=F'10' BNE LOOP CVD R2,DBL ED RESULT,DBL+6 WTO RESULT RETURN LTORG RESULT DC ' ' DBL DC D'0' END BEGIN assembler myprog.exe

14 překladač operační systém loader READ INPUT TAPE 5, 501, IA, IB, IC 501 FORMAT (3I5) IF (IA) 777, 777, IF (IB) 777, 777, IF (IC) 777, 777, IF (IA+IB-IC) 777,777, IF (IA+IC-IB) 777,777, IF (IB+IC-IA) 777,777, STOP S = FLOATF (IA + IB + IC) / 2.0 AREA = SQRT( S * (S - FLOATF(IA)) * (S - FLOATF(IB)) * + (S - FLOATF(IC))) WRITE OUTPUT TAPE 6, 601, IA, IB, IC, AREA STOP END překladač Fortran myprog.exe

15 překladač C operační systém loader Hello, world! #include <stdio.h> int main(int,char**) { printf( "Hello, world!\n"); } překladač C myprog.exe

16 překladač C operační systém loader Hello, world! #include <iostream> int main(int,char**) { std::cout << "Hello, world!\n"; } překladač C++ myprog.exe

17 interpret(er) INPUT "What is your name: ", U$ 20 PRINT "Hello "; U$ 30 INPUT "How do you want: ", N 40 S$ = "" 50 FOR I = 1 TO N 60 S$ = S$ + "*" 70 NET I 80 PRINT S$ 90 INPUT "Do you want? ", A$ 100 IF LEN(A$) = 0 THEN A$ = LEFT$(A$, 1) 120 IF A$ = "Y" THEN PRINT "Goodbye ";U$ 140 END interpret operační systém

18 Interpretace s mezikódem 10 INPUT "What is your name: ", U$ 20 PRINT "Hello "; U$ 30 INPUT "How do you want: ", N 40 S$ = "" 50 FOR I = 1 TO N 60 S$ = S$ + "*" 70 NET I 80 PRINT S$ 90 INPUT "Do you want? ", A$ 100 IF LEN(A$) = 0 THEN A$ = LEFT$(A$, 1) 120 IF A$ = "Y" THEN PRINT "Goodbye ";U$ 140 END překladač 04FBC41E 77AB2000 1AE04E33 operační systém interpret

19 interpretovaný mezikód (bytecode) public class HelloWorld { public static void main(string[] args) { System.out.println( "Hello, world!"); } } překladač myprog.class FBC41E 77AB2000 1AE04E33 interpret operační systém Hello, world!

20 Srovnání Just-In-Time/non-JIT public class HelloWorld { public static void main(string[] args) { System.out.println( "Hello, world!"); } } překladač myprog.class JIT překladač operační systém #include <iostream> int main(int,char**) { std::cout << "Hello, world!\n"; } překladač myprog.exe operační systém loader

21 21 Struktura překladače Jednoduchý překladač: Vstupní kód Lexikální analyzátor Posloupnost tokenů Syntaktický analyzátor Derivační strom Sémantický analyzátor, generátor kódu Cílový kód

22 Složitější překladač front-end závislý na vstupním jazyku back-end závislý na cílovém jazyku Lexikální analyzátor Posloupnost tokenů Parser Derivační strom Mezikód Generátor kódu Sémantický analyzátor Derivační strom Cílový kód Generátor mezikódu 22

23 Ještě více složitější překladač Lexikální analyzátor front-end závislý na vstupním jazyku back-end závislý na cílovém jazyku Posloupnost tokenů Optimalizace Parser Mezikód Sémantický analyzátor Optimalizace Derivační strom Derivační strom Derivační strom Mezikód Strojově závislé optimalizace Generátor kódu Mezikód střední úrovně Mezikód nízké úrovně Strojově závislé optimalizace 23 Generátor mezikódu Cílový kód

24 Překladač pro m vstupních a n výstupních jazyků Frontend 1 Backend 1 Frontend 2 Backend 2 Mezikód (vnitřní reprezentace) Frontend m Backend n

25 Poznámky Jednotlivé fáze se často spojují dohromady do jednoho průchodu: např. syntaktická + sémantická analýza Formalismy pro popis syntaktické a sémantické analýzy, včetně generování mezikódu: bezkontextová gramatika, atributová překladová bezkontextová gramatika. (viz první seznámení v předmětu BI-AAG)