ExALEI ( Extendible Arithmetic Logic Expression Interpreter )

Presentazione sul tema: "ExALEI ( Extendible Arithmetic Logic Expression Interpreter )"— Transcript della presentazione:

1 ExALEI ( Extendible Arithmetic Logic Expression Interpreter )
Autore: Cremonini Davide Matricola:

2 1. Obiettivo Realizzare un interprete logico-aritmetico ispirato al linguaggio Scheme utilizzando Java.

3 ExAEI ( Extendible Arithmetic Expression Interpreter )

4 2. Analisi

5 Cos’è un interprete: Automa in grado di eseguire le azioni richieste per valutare le frasi di un linguaggio L. Programma + L = descrizione automa Macchina universale che accetta in ingresso la descrizione di un automa e ne simula il comportamento.

6 1° livello di astrazione:
repeat lettura di una frase S dal dispositivo di ingresso; if S appartiene L(G){ esegui S; return(risultato); } else segnala errore; forever

7 Requisiti Funzionali:
Riconoscimento delle frasi; Valutazione di espressioni aritmetiche; Contemplazione di diverse forme di valutazione; Realizzazione di un’interfaccia grafica.

8 1. Riconoscimento delle frasi
Analisi lessicale (Lexer) ] Analisi sintattica (Parser) APT Analisi semantica

9 Abstract Parse Tree (APT)
Permette di aumentare la modularità dell’ interprete in quanto consente di separare la parte di analisi sintattica da quella semantica.

10 2. Valutazione delle espressioni
Dopo il riconoscimento l’input deve essere valutato. Interi, reali e operatori. L’interprete deve inoltre supportare: Sequenze di espressioni; Assegnamenti.

11 3. Diverse forme di valutazione
Posso avere diverse forme di valutazione dell’input, quindi devo considerare: Riscrittura in forma infissa; Riscrittura in forma polacca postfissa; Riscrittura in forma polacca prefissa; (continua …)

12 3. Diverse forme di valutazione
Calcolo del risultato; Visualizzazione grafica dell’Abstract Parse Tree (APT); Generazione del codice per SM; Generazione del codice per RM.

13 4. Realizzazione interfaccia grafica
Questo passo è necessario per agevolare l’utilizzo dell’interprete da parte dell’utente.

14 3. Progetto

15 Scelta della grammatica
Requisiti: Context Free; Non ambigua (notazione BNF) Espressa come gerarchia di classi (procedimento top – down)

16 Grammatica di riferimento (G)
G = { VN, VT, S, P } ove: VN = insieme dei meta-simboli non terminali (variabili); VT = insieme dei simboli terminali; S = scopo (start-symbol); P = insieme delle produzioni.

17 P = { <SEQEXP>::= <EXP>;<EXP>|<EXP> <EXP>::= <TERM>{[+|-]<TERM>}|<ASSIGN> <TERM>::= <FACTOR>{[*|/]<FACTOR>} <FACTOR>::= [|-]<NUMBER>|(<EXP>)|<IDENT> <ASSIGN>::= <IDENT> = <EXP> <IDENT>::= Lettera {Lettera|<IDENT>} <NUMBER>::= Decdigit {Decdigit}  }

18 Gerarchia di classi È immediato costruire un interprete.
Metodologia funzionale: introduco una funzione (instanceof) che determina la classe a cui appartiene un oggetto attraverso un opportuno casting. Metodologia object oriented: introduco un metodo specializzato per ogni classe.

19 Gerarchia di classi Caso funzionale: è più facile introdurre nuove interpretazioni ma più oneroso introdurre nuove produzioni poiché occorre modificare il codice di tutte le funzioni di interpretazione per tenere conto delle nuove strutture. Caso object oriented: viceversa, in quanto occorre definire un metodo nuovo per ogni classe.

20 Gerarchia di classi Un linguaggio di programmazione è caratterizzato da una grammatica fissa e da molteplici interpretazioni, quindi la scelta ricade sul primo caso. Posso però conciliare le due metodologie con la scelta di un pattern di nome Visitor.

21 Pattern Visitor Una volta processato l’input e ottenuto un APT devo poterlo analizzare. Pattern visitor : si propone di localizzare in un oggetto (il visitor, che ho chiamato SExpVisitor) la logica delle azioni che coinvolgono i componenti dell’albero. Realizza un protocollo di double dispatching.

22 Double dispatching È adatto per strutture di dati che non cambiano sulle quali e necessario agire con politiche diverse. Si introduce un insieme di (classi) visitor, ciascuna delle quali dedicata alla realizzazione di una specifica funzionalità: InfixSExpVisitor DPNSExpVisitor RPNSExpVisitor (continua…)

23 Double Dispatching EvalSExpVisitor EvalAssignSExpVisitor
GraphicsSExpVisitor GenStkMCodeSExpVisitor GenRegMCodeSExpVisitor

24 Double Dispatching Considero la tassonomia di classi alla quale appartengono i componenti dell’APT che il visitor deve percorrere. Questi oggetti fanno parte della gerarchia SExp.

25 SExp ConsExp AtomSExp NilSExp SNumExp SIntNumExp SRealNumExp IdentSExp IdenValSExp SOpExp PlusExp MinusExp TimesExp DivExp AssignSExp EseqSExp

26 Double Dispatching Si definiscono, per ciascun visitor, tante operazioni quante sono le classi della tassonomia dei nodi (del tipo visitxxx); Per ogni classe della struttura da visitare si definisce una operazione con signature: public void accept(GenericVisitor v); Si definiscono le operazioni visitxxx in ciascuna delle classi visitor in modo da realizzare le funzioni desiderate.

27 Double Dispatching Riassumendo: Sia Tree la variabile che denota la struttura da visitare Sia ev la variabile che denota una specifica istanza di un particolare tipo di visitor 

28 Double Dispatching  l'invocazione Tree.accept(ev) provoca un primo dispatching in relazione al tipo di nodo referenziato da Tree e un secondo dispatching in relazione all’ invocazione ev.visitxxx(this) provocata dall'esecuzione dell'operazione accept.

29 Abstract Stack Machine
Macchina astratta costituita da una memoria sequenziale per il codice, una per i dati e da uno stack, sul quale è possibile eseguire operazioni aritmetiche e che può ospitare indifferentemente sia numeri interi che reali.

30 Abstract Stack Machine
Primitive: Accesso alla memoria: PUSH, POP, STORE Controllo di flusso: HALT, JMP Istruzioni aritmetiche: ADD, MUL, SUB, DIV

31 Register Machine È costituita da una memoria sequenziale per codice e dati, da una memoria gestita a stack e da due registri (denominati AX e BX) sui quali è in grado di compiere operazioni aritmetiche. 

32 Register Machine Primitive: Trasferimento dati MOV
Controllo di flusso: HALT, JMP Gestione dello Stack POP, PUSH Istruzioni aritmetiche: ADD, MUL, SUB, DIV

33 Interfaccia grafica Funzionalità richieste:
Immissione input (area di testo); Valutazione input (tasto Eval); Cancellazione dell’input (tasto Call); Visualizzazione risultati (aree di testo); Visualizzazione msg di errore; Scelta dei tipi di valutazione (Checkbox);

34 Implementazione

35 Analizzatore Lessicale (AEILexer)
java.io.StreamTokenizer Consente riconoscimento di identificatori e numeri interi e reali: nextToken() lexerSExpCurrToken Token rappresentati come oggetti della gerarchia SExp: SNumExp, SOpExp, IdentSExp

36 Analizzatore Sintattico (AEIParser)
Restituisce un oggetto di tipo SExp che rappresenta l’APT della frase di input. Se la frase non appartiene alla grammatica specificata, solleva un’eccezione (AEIParserException) che contiene una stringa che identifica il tipo di violazione verificata e un intero per indicarne il numero di riga.

37 Visitors implementati
La modellazione del problema ha introdotto strutture (consSExp e nilSExp) che permettono di realizzare il concetto di lista e quindi di rendere disponibile una serie di operazioni primitive del Lisp sulle liste (car, cdr, isNull, isEq, isAtom).  Anche se uso Java posso organizzare l’interprete secondo la strutture di Scheme.

38 Visitors implementati (Infix)
infixSExpVisitor Riscrive un’espressione in forma infissa. Visita dell’APT eseguita in ordine left-root-right. Risultati intermedi memorizzati in uno stack (istanza di java.util.Stack). Risultato finale attraverso metodo val().

39 Visitors implementati (DPN)
DPNSExpVisitor Riscrive un’espressione in forma polacca prefissa. Visita dell’APT eseguita in ordine root-left-right. Risultati intermedi memorizzati in uno stack. Risultato finale attraverso metodo val().

40 Visitors implementati (RPN)
RPNSExpVisitor Riscrive un’espressione in forma polacca postfissa. Visita dell’APT eseguita in post-ordine left-right-root. Risultati intermedi memorizzati in uno stack. Risultato finale attraverso metodo val().

41 Visitors implementati (Eval)
EvalSExpVisitor Va oltre la semplice riscrittura. Visita dell’APT eseguita in post-ordine left-right-root Tabella hash per rappresentare l’environment (binding), istanza di java.util.HashTable. Differenza tra correttezza sintattica e semantica (SymbolNotDefinedException)

42 Visitors implementati (Graphics)
GraphicsSExpVisitor Utilizzo di classi java.Swing.JTree Visita dell’APT eseguita in post-ordine left-right-root Modello finale attraverso il metodo val()

43 Visitors implementati (SM)
GenStkMCodeSExpVisitor Visita dell’APT eseguita in post-ordine left-right-root Costanti numeriche (PUSH) Variabili: right-value left-value HALT per terminare l’esecuzione della SM.

44 Visitors implementati (RM)
GenRegMCodeSExpVisitor Visita dell’APT eseguita in post-ordine left-right-root Utilizzo di due registri ausiliari. Stack usato solo per i risultati intermedi. HALT Per termina l’esecuzione della RM.

45 Interfaccia grafica

46 5. Verifiche 2 + 3 * 5.0 + (-4) 6 * (3 + 4) / 2.5 + 4
a=2; b=5; c=3; 2 / 3.5 * (a-b*(c+3))

47 Verifiche:

48 ExALEI ( Extendible Arithmetic Logic Expression Interpreter )

49 2. Analisi

50 Differenze Necessità di definire una grammatica più completa:
Nuovi operatori: <, >, <=, >=, and, or, not, if…then…else; Nuovo tipo di espressione: boolean (true, false);

51 3. Progetto

52 Grammatica di riferimento (G)
G = { VN, VT, S, P } ove: VN = insieme dei meta-simboli non terminali (variabili); VT = insieme dei simboli terminali; S = scopo (start-symbol); P = insieme delle produzioni.

53 P = { <SEQEXP>::= <CONDEXP> {;<CONDEXP>} <CONDEXP>::= <OREXP> | <OREXP> ? <CONDEXP> : <CONDEXP> <OREXP>::= <ANDEXP> { or <ANDEXP> } <ANDEXP>::= <EQEXP> { and <EQEXP> } <EQEXP>::= <RELEXP> { == <RELEXP> } <RELEXP>::= <EXP> { [ < | > | <= | >= ] <EXP>} <EXP>::= <TERM>{[+|-]<TERM>} | <ASSIGN> ...

54 ... <TERM> ::= <FACTOR>{[*|/]<FACTOR>} <FACTOR> ::= [not]<FACTOR>|[|-]<NUMBER> | (<EXP>) | <IDENT> | <BOOL> <BOOL>::= true | false (ignoring case) <ASSIGN>::= <IDENT> = <EXP> <IDENT>::= Lettera {Lettera | <IDENT>} <NUMBER>::= Decdigit {Decdigit}  }

55 Gerarchia SExp BoolSExp ElseSExpSExp NotGreatSExp AndSExp EqualSExp
Nuove classi: BoolSExp ElseSExpSExp NotGreatSExp AndSExp EqualSExp NotLessSExp OrSExp GreaterSExp NotSExp CondSExp LessSExp

56 Stack Machine (SM) Controllo di Flusso Logiche JMPNZ @<addr> And
Nuove istruzioni: Controllo di Flusso Logiche And Or Not

57 Register Machine (RM) Controllo di Flusso Logiche Nuove istruzioni:
Logiche And Or Not

58 Implementazione

59 Nuovi operatori Unario : come se fosse binario con un argomento nullo;
Ternario: attraverso due nodi e tre foglie.

60 Visitors realizzati Aggiunta dei metodi necessari ai nuovi operatori.
LInfixSExpVisitor (not) LDPNSExpVisitor (operatore ternario) LRPNSExpVisitor (operatore ternario) LEvalAssignSExpVisitor ( verifica incompatibilità operando-operatore, trattamento dell’operatore ternario  alterazione dell’ordine di visita left-root-right)

61 SM e RM Rappresentazione dei booleani:
true=1 false=0 Operatori di confronto valutati così: Sottrazione di op1 con op2; Salto condizionato in base al valore del resto.

62 5. Verifiche 2 + 3 * 5.0 + (-4) 6 * (3 + 4) / 2.5 + 4
a=2; b=5; c=3; 2 / 3.5 * (a-b*(c+3)) true or false 5 >=3 ? x=t : x=f

63 Verifiche:

64 Fine