REPL de µjava. António Menezes Leitão 15 de Abril de 2009

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REPL de µJava

Ant´

onio Menezes Leit˜

ao

15 de Abril de 2009

1 Introdu¸

c˜

ao

´

E usual pensar-se que as linguagens estaticamente tipificadas, como o Java, não são adequadas para os processos de desenvolvimento incrementais e interactivos t´ıpicos das linguagens dinamicamente tipificadas, como o Lisp. Felizmente, isso não é necessariamente verdade e é geralmente poss´ıvel providenciar um pro-cesso interactivo do tipo read-eval-print-loop (REPL) adaptado às linguagens estaticamente tipificadas.

Neste projecto pretende-se precisamente que crie um REPL para um sub-conjunto da linguagem Java denominado µJava.

Nas próximas seçcões definimos a sintaxe e semântica da linguagem µJava e explicamos o funcionamento do REPL.

2 µJava

A linguagem µJava é uma versão procedimental da linguagem Java. Do ponto de vista léxico, as linguagens são indistinguiveis. Do ponto de vista sintático, a linguagem µJava pode ser vista como uma versão reduzida de Java que apenas permite:

• Defini¸cão de variáveis. • Defini¸cão de fun¸cões. • Instru¸cões.

• Express˜oes.

• Importa¸c˜oes de packages e de membros est´aticos.

Nas sec¸c˜oes seguintes iremos detalhar alguns aspectos da linguagem µJava.

2.1 Tipos

A linguagem µJava tem exactamente os mesmos tipos que a linguagem Java, incluindo tipos primitivos (int, long, void, etc.) e tipos referência. Os tipos referência que não perten¸cam ao package java.lang necessitam de ser qualifica-dos com o package respectivo, excepto se previamente se importar esse package (ver seçcão 3).

Os tipos são usados em vários contextos e, em particular, na declara¸cão de variáveis e de fun¸cões.

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2.2 Literais

A linguagem µJava emprega os mesmos literais que a linguagem Java. No entanto, não são feitas coer¸cões automáticas, o que implica que os literais têm de corresponder rigorosamente ao tipo esperado. Assim, para atribuirmos o número 1 a uma variável ou parâmetro de tipo long temos de empregar o literal 1l ou 1L. Do mesmo modo, para atribuirmos o número 1 a uma variável ou parâmetro de tipo float temos de empregar o literal 1.0f ou 1.0F.

2.3 Defini¸

c˜

ao de Vari´

avel

A sintaxe da defini¸cão de variável em µJava é: tipo nome = express~ao;

Note que a defini¸cão de uma variável implica a imediata especifica¸cão do seu valor inicial. A t´ıtulo de exemplo, considere a seguinte interaçcão:

> int foo = 1; > foo 1 > foo = foo + 1 2 > foo++ 2 > ++foo 4

O âmbito da defini¸cão de variável inclui todas as defini¸cões, instru¸cões e expressões seguintes até a variável ser redefinida. Note-se que fun¸cões definidas no seu âmbito “capturam” as variáveis que estiverem vis´ıveis no momento da defini¸cão da fun¸cão, mesmo que essa variável seja redefinida de seguida. A seguinte interaçcão demonstra este comportamento:

> int bar = 0;

> int getBar() { return bar; }

> void setBar(int value) { bar = value; } > getBar() 0 > double bar = 3.14159; > getBar() 0 > setBar(5); > bar 3.14159 > getBar() 5

Note, na interaçcão anterior, que apesar da redefini¸cão da variável bar, as fun¸cões getBar e setBar continuam a aceder à defini¸cão anterior pois era essa que estava vis´ıvel no momento da sua defini¸cão.

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2.4 Defini¸

c˜

ao de Fun¸

c˜

ao

A sintaxe da defini¸cão de fun¸cão em µJava é idêntica à da defini¸cão de métodos em Java (mas omitindo os qualificadores):

tipo nome(par^ametros) { instru¸c~oes }

Os parâmetros e as instru¸c~oes seguem exactamente a mesma sintaxe que em Java. Eis um exemplo da defini¸cão e utiliza¸cão de fun¸cões:

> int fact (int n) { return (n == 0) ? 1 : n * fact(n - 1); } > fact(3)

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Naturalmente, as instru¸c~oes podem ser outras, por exemplo:

> int fact (int n) { if (n == 0) return 1; else return n * fact(n - 1); } > fact(4)

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> int fact (int n) { int r = 1; for(; n > 0; n--) r *= n; return r; } > fact(5)

120

> int fact (int n) { int r = 1; while(n > 0) r *= n--; return r; } > fact(6)

720

Tal como acontece com as variáveis, o âmbito de uma fun¸cão inclui todas as defini¸cões, instru¸cões e expressões seguintes até a fun¸cão ser redefinida. Note-se que a defini¸cão de uma fun¸cão “captura” as fun¸cões e variáveis que estejam vis´ıveis no momento da defini¸cão da fun¸cão, independentemente dessas fun¸cões e variáveis serem redefinidas de seguida. A seguinte interaçcão demonstra este comportamento: note que todas as referências livres de uma fun¸cão são resolvi-das no momento da defini¸cão.

> int foo() { return 1; } > int bar() { return foo(); } > bar()

1

> int foo() { return 2; } > foo()

2 > bar() 1

Este comportamento, como é natural, impede a defini¸cão de fun¸cões mutu-amente recursivas. A excep¸cão, como demonstrado com a fun¸cão fact, são as fun¸cões (simplesmente) recursivas que podem ser definidas sem problemas.

2.5 Express˜

ao

O aspecto mais relevante de uma expressão é o facto de ter um valor que é escrito pelo REPL. Em tudo o resto, uma expressão em µJava é idêntica a

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uma expressão Java. Isto implica que uma expressão em µJava inclui acesso e atribui¸cão de variáveis, incrementos, invoca¸cões de fun¸cões, invoca¸cões de métodos das APIs do Java, etc.

A seguinte interaçcão mostra alguns exemplos de expressões: > 1 1 > 1 + 2 3 > 123 * 456 56088 > "Foo" "Foo" > "Foo" + "Bar" "FooBar" > Math.sin(Math.PI/2) 1.0

2.6 Instru¸

c˜

ao

Uma instru¸cão em µJava é simplesmente a invoca¸cão de uma fun¸cão previamente definida ou a invoca¸cão de um método das APIs de Java ou, no caso mais simples, uma expressão cujo valor é descartado. Do ponto de vista sintático, uma instru¸cão tem a mesma sintaxe de uma expressão mas termina sempre com um ponto-e-v´ırgula. Semanticamente, uma instru¸cão implica a realiza¸cão dos efeitos secundários associados e, no caso de existir, o descartar do valor resultante.

A seguinte interaçcão mostra, após a defini¸cão da variável str, três ins-tru¸cões: > String str = ""; > str += "Hello"; > str += ",World!"; > System.out.println(str); Hello,World!

Note que o REPL nunca escreve o resultado de uma instru¸cão pois uma instru¸cão não tem resultado, só tem efeitos secundários. Note também que todas as expressões podem ser tratadas como instru¸cões:

> 1+2;

> str += " I’m back!" "Hello,World! I’m back!"

Note que nem todas as instru¸cões são exemplos de expressões sufixadas de ponto-e-v´ırgula: no caso de fun¸cões (ou métodos das APIs do Java) cujo tipo de retorno é void, as suas invoca¸cões apenas pode ser realizada por instru¸cões, nunca por expressões.

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3 Importa¸

c˜

ao de Package

´

E usual que as APIs Java estejam organizadas num sistema de packages. Cada classe tem, consequentemente, de ser qualificada com o package a que pertence.1

Eis um exemplo:

> javax.swing.JFrame frame = new javax.swing.JFrame("My Frame"); > java.awt.Container content = frame.getContentPane();

> content.add(new javax.swing.JButton("Hello, World!")); > frame.setSize(300,100);

> frame.setDefaultCloseOperation(javax.swing.JFrame.EXIT_ON_CLOSE); > frame.setVisible(true);

Para simplificar a utiliza¸cão de APIs do Java, a linguagem µJava prevê a importa¸cão de packages. Isso é feito pela instru¸cão especial import cuja sintaxe ´

e:

import package;

Usando esta instru¸c˜ao, o exemplo anterior pode ser simplificado para > import java.awt;

> import javax.swing;

> JFrame frame = new JFrame("My Frame"); > Container content = frame.getContentPane(); > content.add(new JButton("Hello, World!")); > frame.setSize(400,150);

> frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE); > frame.setVisible(true);

4 Importa¸

c˜

ao de Membros Est´

aticos

A utiliza¸cão de métodos e fields estáticos das APIs do Java é, por agora, ligei-ramente inconveniente. O seguinte exemplo demonstra-o:

> Math.max(Math.cos(Math.PI),Math.sin(Math.E)) 0.41078129050290885

Para simplificar esta utiliza¸cão, a linguagem µJava prevê a importa¸cão dos membros estáticos de uma classe. Isso é feito pela instru¸cão static import cuja sintaxe é:

static import class;

Usando esta instru¸c˜ao, o exemplo anterior pode ser simplificado para > static import java.lang.Math;

> max(cos(PI),sin(E)) 0.41078129050290885

1_{Como j´}_{a poder´}_{a ter reparado nos exemplos apresentados, µJava considera as classes do} package java.lang como excep¸cões pois essas não precisam de qualifica¸cão.

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4.1 REPL

A linguagem µJava destina a uso interactivo, pelo que é fundamental o dispo-nibilizar de um read-eval-print-loop. No entanto, dado que a linguagem suporta várias opera¸cões que não produzem output, a fase de print apenas é realizada após a avalia¸cão das expressões. Este comportamento está bem vis´ıvel nos exemplos anteriores.

Relativamente ao output da fase de print, deverá ter em conta que para os valores de tipos primitivos e do tipo String deverá ser empregue a mesma sintaxe que é usada para descrever os seus literais. Para todos os outros valores será escrita a sua representa¸cão tal como produzida pelo método toString. A t´ıtulo de exemplo, considere:

> 123 123 > 123l 123L > 1.0 1.0 > 1e1 10.0 > 1e2f 100.0F > 1e10f 1.0E10F > 1e20 1.0E20 > "Foo" "Foo" > ’F’ ’F’ > new Object() java.lang.Object@15a8767 > new java.math.BigDecimal("123456789012345678901234567890.1234567890") 123456789012345678901234567890.1234567890

5 Objectivos

Pretende-se que implemente uma aplica¸cão Java que, com a ajuda do Javassist, constitua um REPL de µJava. O REPL deverá ser iniciado pelo método estático main da classe ist.leic.pa.MJava.

Para simplificar o processo de análise léxica e sintática, considere que todas as defini¸cões, expressões, instru¸cões e importa¸cões ocupam uma linha cada, tal como se pode verificar em todos os exemplos apresentados.

5.1 Extens˜

oes

Se pretender, pode fazer as extensões que achar apropriadas que possam valo-rizar ainda mais o seu trabalho. Tenha em conta que essa valoriza¸cão será, no

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máximo, de dois valores a somar à nota que obtiver pela implementa¸cão do que foi pedido nas outras seçcões.

Algumas das extensões que poderão ser interessantes são: • Rastreio de fun¸cões.

• Permitir que o input para o REPL possa ser dado em v´arias linhas e n˜ao em apenas uma.

• Suporte para fun¸cões com recursão mútua. • Defini¸cão de classes e métodos.

6 C´

odigo

O código desenvolvido deverá estar escrito no melhor estilo que for poss´ıvel, permitindo a sua fácil leitura e dispensando excessivos comentários. É sem-pre sem-prefer´ıvel ter código mais claro com poucos comentários do que ter código obscuro com muitos comentários.

O código deverá ser modular, divido em funcionalidades com responsabili-dades espec´ıficas e reduzidas. Cada módulo deverá ter um curto comentário a descrever o seu objectivo.

7 Apresenta¸

c˜

ao

Não se pretende que fa¸ca um relatório do seu trabalho mas sim uma apresenta¸cão pública. Esta deverá ser preparada para ter 10 minutos de dura¸cão (aproxima-damente 5 slides), deverá centrar-se nas op¸cões arquitecturais tomadas e poderá incluir os detalhes que considere relevantes. Pretende-se que consiga “vender” a sua solu¸cão ao seus colegas e ao corpo docente.

8 Formato da entrega

O projecto é entregue por via electrónica através do Portal Fénix. Cada grupo deverá entregar um único ficheiro comprimido em formato ZIP, com o nome mjava.zip. Este ficheiro deverá conter:

• o c´odigo fonte desenvolvido,

• o ficheiro com os slides da apresenta¸c˜ao do trabalho,

• um ficheiro build.xml para compilar o código Java e gerar o mjava.jar. O formato aceite para os slides de apresenta¸cão do trabalho é o PDF. O ficheiro com a apresenta¸cão tem de estar na ra´ız do ficheiro ZIP e tem de ter o nome p2.pdf.

O ficheiro build.xml é um ficheiro de Ant (http://ant.apache.org) e deve produzir na mesma localiza¸cão o ficheiro mjava.jar com todo o código Java necessário para executar o inspector desenvolvido, como descrito anteriormente. O alvo de omissão do build.xml deve efectuar o trabalho descrito, ou seja, simplesmente executar numa shell

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$ ant

deve produzir o resultado esperado (mjava.jar).

9 Avalia¸

c˜

ao

Os crit´erios de avalia¸c˜ao incluem:

• A qualidade das solu¸cões desenvolvidas. • A clareza dos programas desenvolvidos. • A qualidade da apresenta¸cão pública.

Em caso de dúvidas, o corpo docente poderá pedir explica¸cões sobre o fun-cionamento do projecto desenvolvido, inclu´ındo eventuais demonstra¸cões.

10 Pl´

agio

Considera-se plágio o uso de quaisquer fragmentos de programas que não tenham sido fornecidos pelos docentes da disciplina. Não se considera plágio o uso de ideias cedidas por terceiros desde que seja feita a devida atribui¸cão.

Esta disciplina segue normas muito r´ıgidas relativamente ao plágio. Quais-quer projectos que sejam considerados plagiados serão anulados, independente-mente de quem plagiou e de quem tiver sido plagiado, independenteindependente-mente de o plágio ter sido autorizado, ou não, pela parte plagiada.

Isto não deverá ser impedimento para a troca salutar de ideias e para a normal camaradagem e entreajuda que deve existir entre colegas. Contudo, sugese que nunca cedam fragmentos de programas sob pena de quem os re-cebe não os entender e se limitar a plagiá-los com maior ou menos esfor¸co de “camuflagem.”

11 Notas Finais

N˜ao se esque¸ca da Lei de Murphy.

12 Prazos

O código e os slides da apresenta¸cão deverão ser entregues via fénix, até às 19:00 do dia 11 de Maio.

As apresenta¸cões irão decorrer nas aulas práticas seguintes à entrega. Ape-nas um elemento do grupo irá fazer a apresenta¸cão que não poderá exceder os 10 minutos. Esse elemento será escolhido pelo docente no momento da apre-senta¸cão.