Generalità Linguaggio e Macchina Astratta M.A.: struttura e stati dell’esecutore Costruire M.A.: Interprete, Compilatore Interprete: dentro Compilatore: il supporto RTS Compilatore: Macchine di sviluppo e Gerarchia Macchine Intermedie: costruzioni miste

Linguaggi, Macchine Astratte, Interpreti & Compilatori

Definizioni: linguaggio e formalismo linguaggio di (programmazione) = = formalismo per esprimere (applicazioni di funzioni calcolabili) formalismo = sintassi (forma delle costruzioni permesse) + semantica (significato loro associato)

Esempio: Linguaggio di Programmazione L = <S, SEM> e’ un linguaggio di progr. 1) per ogni PS, SEM(P) {N N} 2) per ogni f {N  N}, esiste P S, tale che: per ogni n N, f(n) = SEM(P)(n) [dove: {N  N} = funzioni calcolabili]

Definizioni: Macchina Astratta Linguaggio (L=<S,SEM>) + Esecutore (EL) EL Control frame Data-Control Stack Heap P EL(P) Per ogni PS, SEM(P) EL(P) Java Virtual Machine Landin’s SECD

Esempio: Macchina Astratta, Linguaggio ed Esecutore LM = <S, SEM> è un linguaggio di programmazione EM è un esecutore di applicazioni di programmi M = <LM,EM> EM: A  A* per ogni P Î S, n Î N SEM P,n SEM(P)(n) I O A A* [dove I,O funzioni iniettive su A e A* risp.] linguaggio Macchina Astratta EM

Macchina Astratta: Struttura e Stati dell’Esecutore Programma Dati Memoria Interprete Ciclo di interpretazione Op1 … Opk Fetch istruzione Controllo sequenza Fetch operandi Controllo dati Gestione memoria Modello statico-dinamico controllo Macchina astratta - Esecutore

Macchina Astratta: Memoria, Controllo Memoria: strutturata secondo un modello che dipende dal linguaggio della macchina array di parole, registri, stack heap - L. con allocazione dinamica (Pascal, C, C++, …,Java, grafo - L. con condivisione di strutture (funzionali) Controllo: gestisce lo stato della macchina trova il successivo statement o espressione trova i dati su cui tale stat. o espr. opera gestisce la memoria

Macchina Astratta: Interprete - cliclo di interpretazione start fetch statement decodifica fetch operandi seleziona Op1 Opn halt stop

Costruire Macchine Astratte Utiliziamo macchine astratte gia definite Sia L0=(S0,SEM0) il nostro linguaggio Sia M1= (L1=<S1,SEM1>,EL1) una macchina inteprete definiamo l’esecutore EL0 come programma di L1. compilatore trasformiamo ogni struttura (programma) di L0 in una equivalente struttura (programma) di L1.

Interprete Eseguire una APPLICAZIONE ( P,n) di L , consiste: , consiste: nell'eseguire l'applicazione E L ,(P,n) di L 1 P,n SEM(P)(n) O ,(P,n) ( ,(P,n)) Î S0 Î S1

Interprete: dentro EL0 Una collezione di procedure che realizzano: i passi (decodifica) del ciclo di interpretazione per L0 il modello di memoria di dati e programmi di L0 l’unità di controllo per fetch di codice e di dati di L0 un implementazione delle primitive di L0

Compilatore CL0(P) EL1(CL0,P) CL0,P P C011 E L Î S0 Î S1 Il compilatore non opera su applicazioni bensì su strutture (programmi: P) C preserva la semantica: SEM (P) = SEM (C (P)) C011

Compilatore: Il Run Time Support Non dipende dallo specifico programma compilato Utilizzabile dall’oggetto di ogni sorgente Una collezione di procedure che realizzano: il modello di memoria di dati e programmi di L0 strutture per trasferimento controllo un’implementazione delle primitive di L0

Compilatore: La Macchina Sottostante EL0(P,n) PS0 CL0(P)S1 CL0(P),n EL1(CL0(P),n) EL1 RTS CL0 EL0

Compilatore: La Macchina di Sviluppo PS0 CL0(P)S1 CL0(P),n EL1(CL0(P),n) sorgente di L0 oggetto per L1 metalinguaggio EL2 Linguaggio target (object language) EL1 RTS CL0 Macchina Host Macchina Target EL0 C012

Gerarchia di Macchine nello sviluppo riduce ad ogni livello l’espressivitá semplifica la costruzione della macchina di un linguaggio molto espressivo Linguaggio meno espressivo ha: - molti costrutti ma elementari - un esecutore piú semplice Quando la macchina target è concreta nessuna differenza concettuale tra astratta e concreta abbiamo però un esecutore effettivo per ogni macchina della gerarchia

Gerarchia di Macchine nella struttura Linguaggi di Rete Macchina Rete Linguaggi di Browser Macchina WEB Java Macchina Java Scala Macchina Scala Java Bytecode Macchina Intermedia Linguaggio di Sistema Sistema Operativo Linguaggio Microporgrammazione Firmware Linguaggio Macchina Hardware

Classi di Macchine Concrete In corrispondenza alle molte classi di linguaggi Imperativi Applicativi Object oriented Differiscono per il linguaggio e di conseguenza per: struttura dello stato, ovvero: modello di memoria metodi di fetch e di decodifica - operazioni primitive 19

Macchina Intermedia: Costruzioni Miste L1:Linguaggio target Macchina di L1 interprete compilatore L0:Linguaggio sorgente Macchina di L0 LI:Ling. Intermedio Macchina di LI Vantaggi: sviluppo ridotto portabilità aumentata dimensione c. oggetto: occ. memoria tempo esecuzione

Compilatore, Interprete: contesto, struttura componenti contesto operativo: preprocessing e loading Compilatore: Struttura, fasi e passi Interprete: Struttura standard Visitiamo le fasi: un esempio Compiler-Compiler: semplifichiamo la stesura Bootstrapping

Compilatore, Interprete: contesto, struttura componenti contesto operativo: preprocessing e loading Compilatore: Struttura, fasi e passi Interprete: Struttura standard Visitiamo le fasi: un esempio Compiler-Compiler: semplifichiamo la stesura Bootstrapping

Contesto del Compilatore: Font-end Back-end Preprocessor Compiler Struttura dei moduli Preprocessor Link e macros Contesto del Compilatore: Font-end Back-end Source program Compiler Object program Assembler Codice rilocabile Librerie rts Link-Loader Assoluto eseguibile

Compilatore: struttura, fasi e passi Analisi Lessicale Analisi Sintattica Analisi Statica Codice Intermedio Ottimizzazione Codice target Tabella Simboli Errori Fasi e Passi: 6 fasi k(≥1) passi

Interprete: La struttura standard Analisi Lessicale Analisi Sintattica Analisi Statica Emulatore su Codice target Tabella Simboli Errori Fasi e Passi: 4 fasi k(≥1) passi

Compilatore: Una struttura per analisi di correttezza avanzate Analisi Lessicale Analisi Sintattica Analisi Statica Codice Intermedio Ottimizzazione Codice target Tabella Simboli Errori Fasi e Passi: 8 fasi k(≥1) passi Correttezza Terminazione - proprieta’ varie

Compiler-Compiler: ridurre i metalinguaggi e semplificare la stesura di un compilatore Lo sviluppo di un compilatore (interprete), da un linguaggio L0 a Lt, coinvolge altri linguaggi Lm. I metalinguaggi sono utilizzati per esprimere le procedure di analisi e traduzione, e condizionano il compilatore che può essere eseguito solo sul meta scelto Distinguere tra: C0tm e C0tn Combiniamo interprete e compilatore

Bootstrapping costruiamo un interprete E0m (che valuta programmi di L0 su una macchina Mm): strumento di sviluppo costruiamo compilatore C0t0 : Il compilatore è scritto nel linguaggio L0 stesso. eseguiamo: E0m(C0t0)(C0t0) otteniamo C0tt Bootstrapping (m ≤ t) Il prodotto è ora indipendente dal meta

In questo corso Semantica formale e RTS Linguaggi studiati da 2 punti di vista: Semantica formale RTS: supporto a run time Semantica Formale sempre in forma eseguibile, (i.e. un interprete formalmente derivato) implementata ad altissimo livello (i.e. con il massimo di astrazioni possibili) definizione rigorosa (precisa, non ambigua) indipendente dall’implementazione: Progettista: la definisce Implementatore: la usa come specifica del linguaggio da implementare Programmatore: la usa come documentazione indipendente dall’implementazione scrivere programmi corretti e provare proprietà del programma, semplificazioni e modifiche RTS focalizza le caratteristiche essenziali del linguaggio e della sua M.A. Progettista: sono le strutture semantiche con cui dare significato ai programmi del linguaggio Implementatore: le strutture base da realizzare Programmatore: le strutture da conoscere per usare bene il linguaggio