Traducción Dirigida por la Sintáxis Diseño y Construcción de Compiladores 2008 Área de...

Traducción Dirigida por Traducción Dirigida por la Sintáxisla Sintáxis

Diseño y Construcción de Compiladores2008

Área de Autómatas y Lenguajes

Traducción Dirigida por la SintáxisTraducción Dirigida por la Sintáxis

El significado de una sentencia de entrada está relacionado con su estructura sintáctica.

Encierran aquellos formalismos utilizados para especificar las traducciones para las construcciones de los lenguajes de programación guiadas por una GLC.

◦ Se Asocian Atributos a los símbolos de la gramática.

◦ Se computan los valores de atributos por reglas semánticas asociadas a las producciones de la gramática.

Compiladores 2008 - Traducción Dirigida por la Sintáxis 2


La evaluación de las reglas semánticas puede:◦Generar Código.◦Insertar información en la Tabla de Símbolos.◦Relizar el Chequeo Semántico.◦Dar mensajes de error◦Etc.



Existen dos notaciones para asociar información a las reglas semánticas:

Definiciones Dirigidas por la Sintáxis: es una especificación de alto nivel que oculta detalles de implementación.

Esquemas de traducción: están más orientados a la implementación porque indican el orden en el cual se evalúan las reglas semánticas.


ÍndiceÍndice

Gramáticas de Atributos

Definiciones Dirigidas por la Sintáxis.◦ Definiciones S-Atribuidas◦ Definiciones L-Atribuidas

◦ Implementación de las Definiciones Dirigidas por la Sintáxis: Grafo de Dependencias Definiciones S-Atribuidas Definiciones L-Atribuidas

Esquemas de Traduccion


Gramáticas de AtributosGramáticas de AtributosCompiladores 2008 - Traducción Dirigida por la Sintáxis 6

Gramáticas de AtributosGramáticas de Atributos

Una Gramática de Atributos define la sintaxis y la semántica de un lenguaje.

También define la información que se necesita almacenar en el Árbol de Sintaxis Abstracta para llevar a cabo el Análisis Semántico y la Generación de Código.

Dicha información se almacena como atributos de los nodos del Árbol de Sintáxis Abstracta.


Gramáticas de AtributosGramáticas de Atributos

Sea G=<N,T,P,S> una Gramática Libre de Contexto.G es una Gramática de Atributos (GA) si:

Cada X N T está asociado con dos conjuntos disjuntos, H(X), el conjunto de los atributos hereddos y S(X) el conjunto de los atributos sintetizados. X N T.

El conjunto de atributos de G es Atr= H S. Donde H= X N H(X), S= X

N T S(X).

X0 X1X2….Xm P y aj Atr(Xi), 0 i m, entonces Xi.aj es el atributo aj de Xi y Dxi,aj es el dominio de valores de Xi.aj.

Una regla semántica asociada con X0 X1X2….Xm P es de la forma Xi.aj=f(b1

j1,…..,bkjk), 0 jl m, 0 i m, donde cada bl

jl Atr(Xjl).


Atributos SintetizadosAtributos SintetizadosCompiladores 2008 - Traducción Dirigida por la Sintáxis 9

X0

X1 Xi Xn

Atributo Sintetizado: Un atributo a es sintetizado si, dada una regla de una gramática AX1X2….Xn la ecuación asociada con a es de la forma:

A.a=f(X1.a1,….X1.ak,….,Xn.a1,…Xn.ak).En otras palabras a es un atributo sintetizado si su valor depende de los valores de atributos de sus hijos.

Atributos HeredadosAtributos Heredados

Atributo Heredado: Un atributo que no es sintetizado es un atributo heredado. En otras palabras un atributo heredado es aquel cuyo valor de atributo está definido en términos de los valores de atributos del padre o de sus hermanos.


X0

X1 Xi Xn

Ejemplos de Gramáticas de Ejemplos de Gramáticas de AtributosAtributos

Dada la siguiente gramática G1:

a. NRO DIG | NRO DIGb. DIG 0|1|2|3|4|5|6|7|8|9

Calcular el valor de los números generados por G usando un atributo sintetizado val.



La siguiente gramática expresa declaraciones en una sintaxis similar a la usada por el lenguaje C:G2:

a. DECL TYPE VAR-LISTb. TYPE INT | FLOATc. VAR-LIST ID, VAR-LIST | ID

Usando un atributo heredado determine el tipo de los identificadores



Ejercicio: La siguiente gramática permite expresar números en decimal y octal:G3:

a. BNRONRO Bb. B O|Dc. NRO NRO DIG | DIGd. DIG 0|1|2|3|4|5|6|7|8|9

Defina los atributos y reglas semánticas necesarias para calcular el valor del número.


Definiciones Dirigidas por la Definiciones Dirigidas por la SintáxisSintáxis


DDSDDS

DDS: Son Gramáticas de Atributos en las cuales no se especifica el orden de evaluación de las reglas semánticas.

Las gramáticas de atributos G1 y G2 son ejemplos de definiciones dirigidas por la sintaxis.


DDS-FormatoDDS-Formato

Cada producción A está asociada con un conjunto de reglas semánticas de la foma:

b=f(c1,c2,...,ck) donde f es una función y

b es un atributo Sintetizado de A y c1,c2,...,ck son atributos de los símbolos en A, o

b es un atributo Heredado de un símbolo de la gramática en , y c1,c2,...,ck son atributos de los símbolos de la gramática en o atributos de A.


DDSDDS

Se asume que los símbolos terminales tienen atributos sintetizados proporcionados por el Analizador Lexicográfico.

Las llamadas a procedimientos definen valores de atributos sintetizados ficticios (Dummy) del no terminal del lado izquierdo de la producción.


DDS-Evaluación de AtributosDDS-Evaluación de Atributos

Si en una DDS el orden de evaluación de los atributos no esta especificado entonces como se realiza la evaluación de los atributos?

Respuesta:◦Utilizando un grafo de dependencias.


DDS-Evaluación de AtributosDDS-Evaluación de Atributos

La implementación de una DDS consiste en encontrar un orden de evaluación de los atributos.◦Cada atributo tiene que estar disponible

cuando la computación se realiza.


DDS-Grafo de DependenciasDDS-Grafo de Dependencias

Un Grafo de Dependencia muestra las interdependencias entre los atributos de varios nodos en un Árbol de Parse.◦ Hay un nodo para cada atributo.◦ Si un atributo b depende de un atributo c hay un arco desde el nodo

c al nodo b.

Regla de Dependencia: Si un atributo b, en el nodo n, en un árbol de derivación depende del atributo c luego la regla semántica que define a b se debe evaluar después de la regla semántica que define a c.

La interdependencia entre atributos heredados y sintetizados se puede dibujar como un grafo dirigido. Este grafo se conoce con el nombre de Grafo de Dependencias.


DDS-Grafo de DependenciasDDS-Grafo de DependenciasCompiladores 2008 - Traducción Dirigida por la Sintáxis 21

Grafo de Dependendia - EjemploGrafo de Dependendia - Ejemplo

Gramática G3

N Prod. R. Sem.

1 NRO1 NRO2 DIG {NRO1.val=NRO2.val+DIG.val}

2 NRO DIG {NRO.val=DIG.val}

3 DIG 0 {DIG.val=0}

4 ……. ……


Grafo de Dependencias para la Producción 1

NRO1.val

NRO2.valDIG.val

Grafo de Dependendia - EjemploGrafo de Dependendia - EjemploCompiladores 2008 - Traducción Dirigida por la Sintáxis 23

NRO.val

NRO.val DIG.val

NRO.val DIG.val

DIG.val

Grafo de Dependencias

Árbol de Parse

Grafo de Dependencias para la Cadena 345

DDS: Grafo de Dependencias-DDS: Grafo de Dependencias-Orden de EvaluaciónOrden de Evaluación

Construir el árbol de parsing para la entrada x.

Construir el Grafo de Dependencias.

Construir el Ordenamiento Topológico.

Evaluar las reglas semánticas en el orden indicado por el Ordenamiento Topológico.


Grafo de Dependendia - EjemploGrafo de Dependendia - EjemploCompiladores 2008 - Traducción Dirigida por la Sintáxis 25

Ejercicio: Construir Grafos de Dependencias para las Gramáticas G1 y G2 para diferentes cadenas aceptadas por las mismas.

Grafo de Dependendia – Orden de EvaluaciónGrafo de Dependendia – Orden de Evaluación

Se utiliza un Ordenamiento Topológico Algoritmo Destructivo (Sólo para propósito pedagógico).

Algoritmo: Ordenamiento Topológico(G,T)Entrada: G grafo de dependencias.Salida: T el ordenamiento topológico de G.

Open el conjunto de nodos a tratar.Open←minimales(G);Mientras Open Hacer

Sea x OpenEliminar x de G Insertar x en TOpen ← Open – {x}Open ← minimales(G)

Fin MientrasRetornar T



a

b

c

g

d e

f

b

c

g

d e

fc

g

d e

fc

g

e

f

a a b a a d

Grafo de Dependendia – Orden Grafo de Dependendia – Orden de Evaluaciónde Evaluación

Completar el ejemplo!

Grafo de Dependendia – Orden Grafo de Dependendia – Orden de Evaluaciónde Evaluación


NRO.val

NRO.val DIG.val

NRO.val DIG.val

DIG.val

De el orden de evaluación del siguiente grafo de dependencias

EjerciciosEjercicios

Ejercicio: Elaborar un algoritmo que permita extraer un Ordenamiento Topológico sin destruir el grafo subyacente.

Ejercicio: Elaborar un algoritmo no destructivo que permita extraer un Ordenamiento Topológico Inverso.


Grafo de Dependencias-Orden Grafo de Dependencias-Orden de Evaluaciónde Evaluación

Problemas con el método:◦Falla si el grafo de dependencias tiene un ciclo.◦Consume tiempo debido a la construcción del grafo

de dependencias.

Solución:◦Diseñar la DDS de tal forma que los atributos se

puedan evaluar en un orden fijo evitando la construcción del grafo de dependencias (este método es el utilizado por muchos compiladores).


DDSDDS

En las DDS no circulares se puede establecer un orden de evaluación fijo en tiempo de construcción del compilador.

Hay dos clases importantes de definiciones no circulares:◦S-Atribuidas◦L-Atribuidas


DDS S-AtribuidaDDS S-AtribuidaCompiladores 2008 - Traducción Dirigida por la Sintáxis 32

DDS S-AtribuidaDDS S-Atribuida

DDS S-Atribuida: Es una DDS que sólo utiliza atributos sintetizados.

Esta clase de DDS es interesante porque los valores de atributo pueden ser obtenidos a través de un barrido Post Orden del Árbol de Parse.



Ejercicio: Determine Cuáles de las GA presentadas previamente son DDS S-Atribuidas?

DDS S-AtribuidaDDS S-Atribuida

Los atributos sintetizados se pueden evaluar usando un parser bottom-up cuando se analiza la cadena de entrada evitando la construcción del grafo de dependencias.

El parser mantiene los valores de los atributos sintetizados en su pila.

Cuando se realiza una reducción A, el atributo para A se calcula a partir de los atributos de que se encuentran en la pila.

De esta manera una DDS S-Atribuida se puede implementar extendiendo la pila de un parser LR.


DDS S-Atribuida EvaluaciónDDS S-Atribuida EvaluaciónCompiladores 2008 - Traducción Dirigida por la Sintáxis 36

Estado Valor

Z Z.x

Y Y.x

X X.x

…… ……

• Se incorporan campos extras a la pila para mantener los valores de los atributos sintetizados.

• Por ejemplo si se está trabajando con un solo atributo sintetizado la pila tiene la siguiente forma

• El tope de la pila se mantiene con un puntero top.• Antes de que la reducción AXYZ se realize, se calcula el

atributo sintetizado de A:A.a=f(val[top],val[top-1],val[top-2])


Ejercicio: Utilice la gramática G3 para evaluar la cadena 345 usando la aproximación propuesta para las gramáticas S-Atribuidas.Muestre el contenido de la pila.

DDS L-AtribuidaDDS L-AtribuidaCompiladores 2008 - Traducción Dirigida por la Sintáxis 38

DDS L-AtribuidaDDS L-Atribuida

Son útiles para expresar la dependencia de una construcción en el contexto en el cual aparece.

A diferencia de los atributos sintetizados el orden en el cual aparecen los atributos heredados es importante.

Es siempre posible reescribir la DDS con sólo atributos sintetizados. No obstante es más natural usar atributos heredados y sintetizados.



Definición: Una DDS es L-Atribuida si cada atributo heredado de Xj, 1 j n, en el lado derecho de una producción del tipo X0X1…Xj-

1Xj….Xn depende solo de:

Los atributos sintetizados de X1…Xj-1, a la izquierda de Xj.

Los atributos heredados de X0.



Importante:

◦Toda definición S-Atribuida es L-Atribuida.

◦Teorema: Los atributos heredados en DDS L-Atribuidas se pueden computar por un recorrido Pre-Orden del árbol de parse.

◦Las definiciones L-Atribuidas cubren todas las traducciones que se pueden realizar sin construir explicitamente el árbol de parse.


Evaluación de DDS L-AtribuidasEvaluación de DDS L-Atribuidas

Las DDS L-Atribuidas son una clase de DDS cuyos atributos siempre se pueden evaluar por un recorrido del árbol de parse.

El procedimiento mezcla los recorridos Post Orden (sintetizado) y Pre-Orden (heredado).


Evaluación de DDS L-AtribuidasEvaluación de DDS L-Atribuidas

Algoritmo: L-Eval (n)Entrada N: un nodo del árbol de parse anotado.Salida: La evaluación de atributos

ComenzarPara cada hijo m de n, desde izquierda a

derecha HacerEvaluar los atributos heredados de m;L-Eval(m)

Fin ParaEvaluar los atributos sintetizados de n

Fin


Esquemas de TraducciónEsquemas de TraducciónCompiladores 2008 - Traducción Dirigida por la Sintáxis 44

Esquemas de TraducciónEsquemas de Traducción

Los esquemas de traducción están más orientados a la implementación que las DDS porque indican el orden de evaluación de las reglas semánticas.

Definición: Un ET es una gramática libre del contexto que cumple con las siguientes condiciones:

• Los atributos están asociados con los símbolos de la gramática.

• Las acciones semánticas están encerradas entre { y } y están embebidas dentro del lado derecho de las producciones.



Los ET pueden tener atributos sintetizados y heredados.

Las acciones semánticas son tratadas como símbolos terminales

Los esquemas de traducción son útiles para evaluar definiciones L-Atribuidas en tiempo de parsing.



N. G. L-Attr

1 DT L

2 Tint

3 Treal

4 L1L2,id

5 Lid

N. ET para G

1 DT{L.in=T.type} L

2 Tint {T.tipo=integer}

3 Treal {T.tipo=real}

4 L1 {L1.in=L.in} L2,id{addtype(id.entry,L.in}

5 L id{addtype(id.entry, L.in}


Esquemas de TraducciónEsquemas de TraducciónCompiladores 2008 - Traducción Dirigida por la Sintáxis 48

Ejercicio: Construir el Árbol de Parse para la siguiente declaración:Real id1, id2, id3.

Ejercicio: Evaluar el ET.

ET DiseñoET Diseño

1er Caso: Atributos Sintetizados: se puede construir un ET creando una acción semántica que es una asignación y se ubica esta acción al final de la parte derecha de la producción.


Producción Regla Semántica

1) TE + T1 T.val= E.val + T1.val

2) NRO1 NRO2 DIG NRO1=NRO2.val * 10 + DIG.val

3) DIG0 DIG.val=0


2do Caso: Atributos heredados y sintetizados.◦ Un Atributo heredado por un símbolo de la parte derecha de una

producción se debe calcular en una acción que se realice antes de dicho símbolo.


Producción Producción con Acciones

X0X1…Xj-1Xj…Xn X0X1…Xj-1 {Xj.h}Xj…Xn

X0X1…Xj-1Xj…Xn X0X1…Xj-1Xj{Xj.h}…..Xn

DT LID D T{LID.t=T.tipo} LID


2do Caso: Atributos heredados y sintetizados.◦ Una acción no debe referenciar a un atributo sintetizado de un

símbolo de la gramática que esté a la derecha de dicho símbolo.


Producción Producción con Acciones

X0X1…Xj-1{Acción}Xj…Xn

Acción: no hace ref. a un atributo calculado a la derecha de Xj


2do Caso: Atributos heredados y sintetizados.◦ Acciones que calculen atributos sintetizados para el símbolo no

terminal de la parte izquierda de una producción deben ser ubicados al final de la parte derecha de la producción.


Producción Regla Semántica

1) TE + T1 T.val= E.val + T1.val

2) NRO1 NRO2 DIG NRO1=NRO2.val * 10 + DIG.val

3) DIG0 DIG.val=0

ET Técnica de ConstrucciónET Técnica de Construcción

Entrada: Un esquema de traducción dirigido por la sintaxis con la gramática subyacente LL(k) fuerte.

Salida: Código para un traductor dirigido por la sintaxis.

Método: La técnica propuesta es una modificación al método de construcción de parsers descentes recursivos vistos anteriormente.

A N, construir una función asociada pero teniendo un

parámetro formal para cada atributo heredado por A y que retorne los valores de los atributos sintetizados de A. El cuerpo de la función deberá contener una variable local para cada atributo de cada símbolo de la gramática que aparezca en las producciones de A.


ET Técnica de ConstrucciónET Técnica de Construcción

Como sucede con el método clásico el código para el no terminal A decide que producción usar basado en el lookahead.

El código asociado con cada producción hace lo siguiente, considerando

los tokens, los no teminales y acciones en la parte derecha de una producción de izquierda a derecha:

Para el token x con atributo sintetizado x.val se salva su valor en la

variable local declarada para x.val. Luego, se llama al match del símbolo y se obtiene el próximo token.

Para el no terminal B, se genera una asignación c:=B(b1,b2,...,bn)

donde b1,b2,...,bn son las variables para los atributos heredados de B y c es la variable para el atributo sintetizado de B.

Para una acción, copiar el código en el parser, reemplazando cada

referencia a un atributo por la variable local para tal atributo.


AplicacionesAplicacionesCompiladores 2008 - Traducción Dirigida por la Sintáxis 55

Análisis EstáticoAnálisis Estático

Una aplicación científica o industrial se puede estudiar a partir de las componentes estáticas que utilizan, por ejemplo: Tipos de datos, Registros, Variables, Constantes, Funciones, etc.

Los temás vistos en esta clase se pueden utilizar para extraer esta información y dejarla disponible para que el usuario tenga rápido acceso a ella en el código fuente del programa.

En otras palabras se pueden usar las DDS o ET para extraer la información antes mencionada desde el código fuente.


Análisis EstáticoAnálisis Estático

Un visualizador de los elementos estáticos de un sistema.


Análisis DinámicoAnálisis Dinámico

La información estática es importante. No obstante conocer el comportamiento del programa puede ayudar a la tarea de simplificar la inspección del código.

El Análisis Dinámico se interesa por conocer cuales son las componentes del sistema bajo estudio utilizadas para llevar a cabo una funcionalidad específica.

Una de las formas de llevar a cabo esta tarea consiste en “Instrumentar el Código Fuente”. Esto significa: “Insertar sentencias dentro del código fuente del sistema que posibiliten la identificación de las componentes utilizadas”.


Análisis DinámicoAnálisis Dinámico

int f(int x, int y) int f(int x, int y){ { int r; int r; r=2*x + 3*y printf(“Entra: f”); return r; r=2*r+3*y;} printf(“Sale:f”);

}Int main() int main()

{ { f(2,3); printf(“ENTRA main”);} f(2,3);

printf(“SALE main”);}

La ejecución del sistema de la derecha informará que función ejecutó el sistema.Luego Ud. Puede almacenar esas trazas de ejecución para obtener conclusiones acerca del

funcionamiento del sistema.

Se anima Ud. a construir un DDS o un ET que logre este efecto para la gramática proporcionada por la materia?


Vista de componentes recuperadas con Análisis Dinámico.


Visualización de SoftwareVisualización de Software

Una de las formas de estudiar sistemas es representar gráficamente algunas de sus características.

Para alcanzar este objetivo se necesita extraer información del código fuente y luego diseñar una vista de esa información.

Por ejemplo, una vista clásica es el grafo de funciones. Dicho grafo se define de la siguiente manera:◦ G=(P;E)

P{x/ x es una función del sistema} E={(x,y) / xP y P x llama a y}


Visualización de SoftwareVisualización de Software

El grafo de funciones se puede extraer usando un ET.Un ejemplo de una visualización innovadora de esta

estructura es la siguiente


Otra forma de presentar la relación llamador-llamado entre las funciones del sistema.


SistemasSistemas

Las DDS o ET de traducción se pueden utilizar para desarrollar software de aplicación.

Un ejemplo de esto será propocionado para su lectura.


Software IndustrialSoftware IndustrialCompiladores 2008 - Traducción Dirigida por la Sintáxis 65

1

3

4

2

A

B

C E

X2

X1

Y

1

0

BibliografíaBibliografía

Compilers Principles, Techniques and Tools. Aho, Setti y Ullman.

Compiler Desing. Reinhard Wilhelm y Dieter Maurer.

Compiler Construction: Principles and Practice. Kenneth C. Louden.

Compiler Construction. Niklaus Wirth.

LISS, A linguagem eo ambiente de programação. Trabajo de fin de carrera en la UM.

Implementação do WebApp Viewer: Uma Ferramenta para compreender aplicações Web. Trabajo de fin de carrera en la UM.



Muchas Gracias por su atención! Diseño y Construcción de Compiladores

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