Aula 1 - Introdução Disciplina

Introdução à Compilação

Aula 1 – Introdução a Disciplina Prof. Nemésio Freitas Duarte Filho

Motivação

 Conhecimento das estruturas e algorítmos usados

na implementação de linguagens: noções

importantes sobre uso de memória, eficiência, etc.

 Aplicabilidade freqüente na solução de problemas

que exigem alguma forma de tradução entre linguagens ou notações.

 Implementação de linguagens para um domínio

específico.

Motivação

 A disciplina de compiladores faz uso de um

grande número de conceitos estudados em outras disciplinas do curso:

 linguagens de programação,  algorítmos,

 linguagens formais e autômatos,  arquitetura,

Compilador

 Definição:

Programa que lê um programa escrito em uma linguagem (fonte) e o traduz para uma outra

linguagem (destino), reportando erros quando eles ocorrem.

Linguagens

 Linguagem fonte: C, Pascal, Java, Fortran, etc.  Linguagem destino:

 linguagem de máquina (assembler) de um processador,

 de uma máquina virtual (ex: Java ou .NET),  ou qualquer outra linguagem (ex: C).

Compilador Programa fonte Programa destino

Processadores de Linguagens:

Compilador

Programa destino

entrada saída

Interpretador Programa fonte

saída

Processadores de Linguagens: Interpretador

Máquina Virtual(Interpreta) Programa intermediário saída

Compilador Híbrido

compilador preprocessador assembler Linker / Loader Programa fonte Programa fonte modificado Programa em assembler

Código objeto (relocável)

Código objeto (executável)

Bibliotecas / código objeto

Sistema de processamento

de uma linguagem

Programas auxiliares do processo de

compilação

 Preprocessadores: processam macros,

suportam compilação condicional e extensão de linguagens (efetua conversões léxicas, substitui comentários, ignora espaços em brancos).

 Assemblers: servem como uma pequena

abstração da arquitetura da máquina-destino. São na realidade um tradutor /compilador

simples, de dois passos, que gera código relocável.

Programas auxiliares do processo de

compilação (cont.)

 Carregadores (loaders) e linkeditores (linkers)

 Ajustam o código relocável, resolvem referências externas.

Compilação: Análise e Síntese

 Análise: quebra o código fonte em suas

partes, e cria uma representação intermediária do programa.

Verifica erros e constrói tabela de símbolos.

 Síntese: Constroi o programa-destino a partir

Fases de um compilador

Ger. de código intermediário

Otimizador de código Gerador de código stream de tokens árvore sintática árvore sintática representação intermediária representação intermediária

Análise: front-end do compilador

(até geração de código intermediário) Síntese: back-end do compilador

Análise do programa fonte

 Análise léxica – lê a seqüencia de caracteres e a

organiza como tokens – sequencias de caracteres com algum significado

 Análise sintática – agrupa caracteres ou tokens

em uma estrutura hierárquica com algum significado

 Análise semântica – verifica se os componentes

de um programa se encaixam de forma a ter um significado adequado.

Programas baseados em análise

 Editores de programa dirigidos à sintaxe

(comuns nos IDEs, como no Eclipse e Visual Studio)

 Pretty-printers (Recurso de alguns editores

usados na programação que formata o código de modo a facilitar a leitura e o entendimento)

Análise léxica ou Scanning



Lê os caracteres de entrada e agrupa-os

em sequencias chamadas lexemas.



Para cada lexema o analisador léxico

produz como saída um token da forma

<nome do token, valor do atributo>

que é passado para a fase seguinte.

Exemplo



position = initial + rate * 60

<identificador, 1> <=> <identificador, 2> <+> <identificador, 3> <*> <number, 60>

Tabela de Símbolos

identificador

tipo

…

1

_position

…

2

_initial

…

3

_rate

…

…

…

…

…

Análise sintática ou parsing

 A partir dos tokens cria uma estrutura em

árvore (árvore sintática) que representa a estrutura gramatical do programa.

Árvore Sintática

 position = initial + rate * 60

<id,2> <id,3> * + = <id,1> 60

Análise semântica

 Verifica o programa em relação a possíveis

erros semânticos e guarda informações adicionais

Exemplo: verificação de tipos

A expressão

x = x + 3.0

está sintaticamente correta, mas pode estar semanticamente certa ou errada, dependendo do tipo de x.

Análise Semântica

Código intermediário



Idealmente deve ser fácil de produzir e

também de traduzir para a

linguagem-destino.



Na prática, se está gerando código para

uma máquina abstrata.



Por exemplo, Three-address-code: usa três

operandos por instrução, cada um como se

fosse um registrador.

Código intermediário - exemplo

Otimização de código

 Realiza transformações no código visando

melhorar sua performance em aspectos de tempo de execução, uso de memória,

Otimização de código - exemplo

Geração de código

 Realiza a alocação de registradores (se

necessária) e a tradução do código

Geração de código

Tabela de Símbolos

 Estrutura de dados usada para guardar

identificadores e informações sobre eles:

 alocação de memória,  tipo do identificador,

 escopo (onde é válido no programa)

 se for um procedimento ou função: número e tipo dos argumentos, forma de passagem dos

Tabela de Símbolos

identificador

tipo

…

1

_position

…

2

_initial

…

3

_rate

…

…

…

…

…

Organizando fases em passos

 Fases: visão lógica de um compilador

 Em uma implementação as fases podem ser

agrupadas em um ou mais passos

 Passos: número de vezes em que se passa pelo

mesmo código.

 Por exemplo, em um assembler são

C

x86 Front-end

Separação entre front-end e back-end

para criação de múltiplos compiladores

código intermediário código intermediário Back-end Front-end Front-end Front-end C# Pascal Fortran

Pascal

x86

Front-end

ARM

Separação entre front-end e back-end

para criação de múltiplos compiladores

código intermediário código intermediário MIPS .NET Back-end Back-end Back-end Back-end

C

x86 Front-end

ARM

Separação entre front-end e back-end

para criação de múltiplos compiladores

código intermediário código intermediário MIPS .NET Back-end Back-end Back-end Back-end Front-end Front-end Front-end C# Pascal Fortran

Ferramentas auxiliares para a construção

de compiladores

 Scanner generators, baseados em expressões

regulares. Exemplo: lex

 Parser generators, baseados em gramáticas livres de

contexto. Exemplo: yacc

 Engenhos de tradução dirigida por sintaxe, geram

rotinas para navegar na parse tree e gerar código intermediário

 Geradores de geradores de código (template

matching)

Exercícios

1-Defina o que é um compilador

2- Qual a diferença básica entre um compilador e um interpretador?

3- Resumidamente quais são as etapas da compilação?

Exercícios

1-Defina o que é um compilador

R:Programa (Software) que lê um programa escrito em uma linguagem (fonte) e o traduz para uma outra linguagem (destino), reportando erros quando eles ocorrem.

Exercícios

2- Qual a diferença básica entre um compilador e um interpretador?

Compiladores

- Vantagens:

1) A execução do programa é mais rápida. 2) Estruturas de dados mais completas; 3) Permitem a otimização de código fonte. - Desvantagens:

1) Várias etapas de tradução;

2) Processo de correção de erro e de depuração é mais demorado;

3) Programação final é maior, o que gera a necessidade de mais memória;

Interpretadores

- Vantagens:

1) Depuração é mais simples; 2) Consomem menos memória;

3) Resultado imediato do programa ou rotina desenvolvida. - Desvantagem:

1) A execução do programa é mais lenta.

2) Estrutura de dados demasiadamente simples;

Exercícios

Exercícios

4 – Qual é a fase mais importante da

compilação?

Dúvidas

E-mail:

nemesiofreitas@gmail.com

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