Fondamenti di Informatica1 Linguaggi Classificati rispetto alle caratteristiche principali: –potere espressivo che influenza lo stile di programmazione

Fondamenti di Informatica2 Linguaggi - basso livello Il linguaggio macchina specifica solo le operazioni che l'elaboratore può eseguire –sintattica molto elementare" –diverso per ogni processore dipende dalle caratteristiche architetturali E' più orientato alla macchina che ai problemi da trattare –è infatti definito di "basso livello"

Fondamenti di Informatica3 Linguaggi - basso livello Una prima evoluzione è stata l'introduzione di linguaggi simbolici: linguaggi assemblativi –ancora orientati alla macchina e non ai problemi –più immediati da utilizzare –definiscono variabili, simboli,...

Fondamenti di Informatica4 Linguaggi - alto livello Altri linguaggi sono basati su: –la descrizione del problema in modo intuitivo, dimenticandosi che verranno eseguiti da un calcolatore –obiettivo: fornire un mezzo espressivo per specificare all'elaboratore il compito da eseguire

Fondamenti di Informatica5 Linguaggi - alto livello Caratteristiche: –ognuno ha i propri paradigmi che garantiscono forme espressive appropriate per alcuni problemi specifici –questa specificità ha favorito la loro proliferazione (fenomeno intrinseco alla natura del linguaggio come forma di comunicazione)

Fondamenti di Informatica6 Linguaggi Imperativi Linguaggi più evoluti: –permettono di descrivere operazioni più complesse di quelle che l'elaboratore può eseguire –livello di astrazione più alto –risalgono agli anni '50 –detti di alto livello di tipo imperativo –Es: Basic, Fortran, Pascal

Fondamenti di Informatica7 Linguaggi Imperativi Caratteristiche: –di utilizzo più semplice –indipendenti dall'elaboratore –purtroppo ancora legati al modello di Von Neumann: i programmi sono ancora una sequenza di istruzioni; l'evoluzione del calcolo è costituita da una variazione dello stato della memoria

Fondamenti di Informatica8 Linguaggi Imperativi Eseguono 3 tipi di operazioni: –trasferimento dati –operazioni aritmetiche –alterazione del flusso del programma Già discussi in precedenza Basic (semplice ma poco espressivo) Fortran (molto usato per il calcolo scientifico e le librerie molto complete)

Fondamenti di Informatica9 Linguaggi Funzionali Non sono legati al modello di Von Neumann ma al concetto di programmazione funzionale Il primo linguaggio funzionale: –Lisp (List Processing), fine anni '50 –caratteristiche di manipolazione agevole di informazioni di tipo simbolico

Fondamenti di Informatica10 Linguaggi Funzionali Differenze con i linguaggi imperativi: –il calcolo è basato sul calcolo di valori e non sull'assegnamento di valori a variabili –basato su valori e non su effetti –il risultato è il risultato di una funzione, non l'effetto causato dalla esecuzione di una sequenza di operazioni

Fondamenti di Informatica11 Linguaggi Funzionali Caratteristiche: –meccanismo di definizione funzionale per casi (tipo switch in C) –è possibile la ricorsione (utilizzando tali costrutti condizionali) –Il Lisp, però, consente anche l'iterazione e l'assegnamento (tipico dei ling. Imperativi)

Fondamenti di Informatica12 Linguaggi Dichiarativi Basati sulla logica –obiettivo: formalizzare il ragionamento –caratterizzati da meccanismi deduttivi Programmare significa: –descrivere il problema con formule del linguaggio –interrogare il sistema, che effetua deduzioni sulla base delle definizioni

Fondamenti di Informatica13 Linguaggi Dichiarativi Programmazione: –semplice (occorre solo definire la propria conoscenza del problema) –avviene tramite una formulazione dichiarativa Esempio: Prolog

Fondamenti di Informatica14 Linguaggi Dichiarativi Un programma Prolog è costituito da: –Asserzioni incondizionate (fatti) : A –Asserzioni condizionate (o regole) : A IF B,C,D,… A: è la conclusione (conseguente) B,C,D: sono le premesse (o antecedenti) Una interrogazione ha la forma: ? A, B, C, …

Fondamenti di Informatica15 Esempio Il fattoriale: Fatt (0,1) Fatt (z,w) IF Dec(z,z1), Fatt(z1,w1),Prod(z,w1,w) Problemi risolubili: –calcolo del fatoriale: ? Fatt(3, x) –calcolo di quel numero il cui fattoriale è noto: ? Fatt(x, 6)

Fondamenti di Informatica16 Esempio Ricerca in un grafo orientato: –con la richiesta ? go(E) viene determinata la sequenza E, C, A go(A) arc(A,B) arc(B,C) arc(D,C) arc(A,C) arc(B,D) arc(C,E) go(y) IF arc(x,y), go(x) B C DA E

Fondamenti di Informatica17 Sintassi e Semantica Nei linguaggi naturali si distinguono: –sintassi (si occupa della forma delle frasi, delle regole per la loro creazione) –semantica (significato delle frasi) Analogamente per i linguaggi di programmazione: –sintassi: definisce i programmi legali –semantica: significato dei programmi

Fondamenti di Informatica18 Sintassi e Semantica Dopo la definizione di un linguaggio (con sintassi e semantica) serve un sistema che possa eseguire i programmi scritti in tale linguaggio Si parla di implementazione di un linguaggio –generalmente è un traduttore verso il linguaggio macchina di un dato elaboratore

Fondamenti di Informatica19 Sintassi Per definire la sintassi di un linguaggio, è necessario definire le grammatiche La grammatica è un insieme di regole che servono per costruire una frase

Fondamenti di Informatica20 Grammatica La grammatica è definita da: –V: un alfabeto di simboli terminali (l'alfabeto del linguaggio) –N: un alfabeto di simboli non terminali –S: un simbolo iniziale (o assioma) –P: un insieme finito di regole sintattiche (dette produzioni) espresse nella forma: X a

Fondamenti di Informatica21 Grammatica Le produzioni possono essere scritte: –anche nella forma alternativa: X ::= a –se esistono più produzioni con parte sinistra uguale, X ::= a X ::= b X ::= c allora si può scrivere: X ::= a | b | c

Fondamenti di Informatica22 Grammatica Derivazioni: –una stringa c deriva dalla stringa b se esse possono essere decomposte in: b = m A n c = m a n con m e n simboli non terminali e se esiste la produzione A ::= a

Fondamenti di Informatica23 Grammatica Data una grammatica, il linguaggio generato è definito come l'insieme delle frasi derivabili a partire dall'assioma S Le frasi di un linguaggio di programma- zione sono dette programmi

Fondamenti di Informatica24 Formalismo di Backus-Naur (Backus -Naur Form, BNF) Il modo visto per definire una grammatica è detto di Backus-Naur –introdotto negli anni '50 da Backus e Naur Esiste anche una estensione (Extended BNF, EBNF) che permette una scrittura più sintetica

Fondamenti di Informatica25 Esempio di grammatica V: { il, lo, gatto, topo, sasso, mangia, beve } N: {,,,, } S: P contiene le seguenti produzioni: ::= ::= il | lo ::= gatto | topo | sasso ::= mangia | beve ::=

Fondamenti di Informatica26 Extended BNF X ::= [a]b equivale a X ::= b|ab X ::= {a} n bequivale a X ::= b|ab|aab|… ripetendo a fino a n volte X ::= {a}bequivale a X ::= b|ab|aab|… ripetendo a un numero di volte indefinito Equivale ad avere nella grammatica la produzione X ::= b | aX (ricorsiva)

Fondamenti di Informatica27 Esempio di grammatica V: { 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,+,- } N: { } S: P contiene le seguenti produzioni: ::= [+ | - ] ::= | ::= | 0 ::= 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9

Fondamenti di Informatica28 Alberi sintattici Il processo di derivazione può essere descritto tramite un albero sintattico il gatto mangia il topo

Fondamenti di Informatica29 Diagrammi sintattici Sono dei grafi: –nodi: etichettati con simboli (terminali e non terminali), collegati da archi orientati –un arco da i a j significa che il simbolo i è seguito dal simbolo j –più archi rappresentano alternative –si possono aggiungere nodi fittizi per rappresentare le diramazioni

Fondamenti di Informatica30 Esempio di diagramma sintattico ::= + - 0

Fondamenti di Informatica31 Sintassi dei linguaggi di programmazione Considerazioni sui linguaggi: –uno stesso linguaggio può essere generato da più di una grammatica –alcune grammatiche sono ambigue: cioè esistono diversi elementi che possono essere generati da diverse derivazioni (esistono cioè diversi alberi sintattici). Situazione da evitare!

Fondamenti di Informatica32 Esempio di grammatica ambigua Esempio: ::= x | y | z | ( ) | + | * All'espressione x+y*z possono essere associati due alberi sintattici diversi –questo influenza anche il modo con cui viene attribuito il significato all'espressione

Fondamenti di Informatica33 Esempio di grammatica ambigua Nella definizione dei linguaggi si deve evitare l'ambiguità Esempio: ::= if then else

Fondamenti di Informatica34 Analizzatore sintattico L'analisi della correttezza è eseguita dall'elaboratore: è suddiviso in 3 passi: –analisi lessicale: controlla che i simboli utilizzati appartengano all'alfabeto –analisi grammaticale: verifica il rispetto delle regole grammaticali –analisi sintattica contestuale: verifica restrizioni di tipo contestuale (tipi di dati, identificatori non definiti,…)

Fondamenti di Informatica35 Analizzatore sintattico Generalmente l'analizzatore sintattico esegue le tre verifiche simultaneamente Si dice "ad una passata " Durante la scansione, se viene trovato un errore, si cerca di recuperare e si prosegue fino al termine