PROCESADORES DE LENGUAJES

UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA

ESCUELA POLITÉCNICA SUPERIOR

Á Á ÉDEPARTAMENTO DE INFORMÁTICA Y ANÁLISIS NUMÉRICO

PROCESADORES DE LENGUAJESPROCESADORES DE LENGUAJESR C A R G AJR C A R G AJINGENIERÍA INFORMÁTICA

PRIMER CURSO DE SEGUNDO CICLOR M R C RS S G N C C

SEGUNDO CUATRIMESTRE

Ingeniería InformáticaIngeniería Informática Procesadores de LenguajesProcesadores de Lenguajes

PROGRAMA

TEMA I.- INTRODUCCIÓN

TEMA II.- ANÁLISIS LEXICOGRÁFICO

TEMA III - FUNDAMENTOS TEÓRICOS TEMA III.- FUNDAMENTOS TEÓRICOS DEL ANÁLISIS SINTÁCTICO

Á ÁTEMA IV.- ANÁLISIS SINTÁCTICO DESCENDENTE

TEMA V - ANÁLISIS SINTÁCTICO ASCENDENTETEMA V. ANÁLISIS SINTÁCTICO ASCENDENTE

TEMA VI.- TRADUCCIÓN BASADA EN LA SINTAXIS

2Universidad de CórdobaUniversidad de Córdoba Escuela Politécnica SuperiorEscuela Politécnica Superior

Procesadores de Lenguajes Procesadores de Lenguajes Tema I.Tema I.-- IntroducciónIntroducción

TEMA I INTRODUCCIÓN TEMA I.- INTRODUCCIÓN

• TRADUCCIÓN E INTEPRETACIÓN

• TIPOS DE TRADUCTORES

T U Ó• PROGRAMAS RELACIONADOS CON LA TRADUCCIÓN

• ESTRUCTURA DE UN COMPILADOR: FASES Y PASOS

• HERRAMIENTAS PARA LA CONSTRUCCIÓN DE COMPILADORES

• COMBINACIÓN DE COMPILADORES “BOOTSTRAPPING”• COMBINACIÓN DE COMPILADORES: BOOTSTRAPPING

3









4



L l it it l l bl d t ióLos algoritmos permiten resolver los problemas de computación

5




Programa fuente: algoritmo escrito en un lenguaje de programación

6





Los programas fuentes no pueden ser ejecutados directamente por los ordenadores

7






Los ordenadores sólo ejecutan código escrito en lenguaje máquina

8






Los ordenadores sólo ejecutan código escrito en lenguaje máquina

Problema: transformar el programa fuente en código ejecutable

9



L l it it l l bl d t ióLos algoritmos permiten resolver los problemas de computación.

Programa fuente: algoritmo escrito en un lenguaje de programación.

Los programas fuentes no pueden ser ejecutados directamente por los ordenadores.

Los ordenadores sólo ejecutan código escrito en lenguaje máquina.

Problema: transformar el programa fuente en código ejecutable.

Programa fuentePrograma fuente TransformadorTransformador Código ejecutableCódigo ejecutableg fg f ff g jg j

10



E i t d ti d t f ióExisten dos tipos de transformación:

11




Traducción

Interpretación

12




Traducción

Un programa fuente (alto nivel) es convertido en código ejecutable(bajo nivel) que puede ser ejecutado independientemente.

13



T d ióTraducción

Programa fuentePrograma fuente TraductorTraductorPrograma fuentePrograma fuente TraductorTraductor

14



T d ióTraducción

Programa fuentePrograma fuente TraductorTraductorPrograma fuentePrograma fuente TraductorTraductor

Errores de traducciónErrores de traducción

15



T d ióTraducción

Programa fuentePrograma fuente TraductorTraductor Código ejecutableCódigo ejecutablePrograma fuentePrograma fuente TraductorTraductor Código ejecutableCódigo ejecutable

16



T d ióTraducciónDatos de entradaDatos de entrada


17





ResultadosResultadosErrores de ejecuciónErrores de ejecución

18





ResultadosResultados

19



E i t d ti d t f iExisten dos tipos de transformaciones

Traducción

Interpretación o simulación: consta de tres fases que se repiten sucesivamente

20




Traducción


1 Análisis del código fuente para determinar la siguiente sentencia a 1. Análisis del código fuente para determinar la siguiente sentencia a ejecutar.

21




Traducción



2. Generación del código que se ha de ejecutar.G g q j

22




Traducción



2. Generación del código que se ha de ejecutar.G g q j

3. Ejecución del código generado.

23



I t t ióInterpretación

Programa fuentePrograma fuente IntérpreteIntérprete

24




Dat d tradaDat d tradaDatos de entradaDatos de entrada


25




Dat d tradaDat d tradaDatos de entradaDatos de entradaErrores de interpretaciónErrores de interpretación


26






ResultadosResultadosErrores de ejecuciónErrores de ejecución

ResultadosResultados

27





Programa fuente Programa fuente IntérpreteIntérprete

ResultadosResultadosResultadosResultados

28

Ó Ó



Diferencias fundamentales entre traducción e interpretación:

29

Ó Ó




Traducción

Independencia:

Interpretación

Dependencia:Independencia:

El código generado se puede ejecutar independientemente del

Dependencia:

El código generado sólo se puede ejecutar con el

programa fuente y del traductor.

Se traduce una vez y se ejecuta h

p jintérprete y el programa fuente.

lmuchas veces. Se interpreta y ejecuta a la vez.

30

Ó Ó




Traducción

Independencia

Interpretación

DependenciaIndependencia

Necesidades de memoria:

El código generado se ha de

Dependencia

No tiene necesidad de memoria:

El ódi d El código generado se ha de almacenar en memoria.

El código generado no se almacena en memoria.

31

Ó Ó




Traducción

Independencia

Interpretación


Necesidades de memoria

Eficiencia

Dependencia

No tiene necesidad de memoria

M fi i iEficiencia

Una vez generado el código, éste se ejecuta con rapidez.

Menos eficiencia

El código se ha de volver a generar para volver a ser j p generar para volver a ser ejecutado.

32

Ó Ó




Traducción

Independencia

Interpretación



Eficiencia

Dependencia


M fi i iEficiencia

Global

P i ió l d l

Menos eficiencia

Local

l d lPosee una visión completa del programa pudiendo generar mensajes de error más detallados.

Posee una visión parcial del programa, ya que interpreta el código sentencia a sentencia.

33

Ó Ó




Traducción

Independencia

Interpretación



Eficiencia

Dependencia


M fi i iEficiencia

Global

N i i id d

Menos eficiencia

Local

d dNo interactividad

No permite la interacción con el programa fuente

Interactividad

Permite una interacción con el programa durante su programa fuente programa durante su desarrollo.

34

Ó Ó




Traducción

Independencia

Interpretación



Eficiencia

Dependencia


M fi i iEficiencia

Global

N i i id d

Menos eficiencia

Local

d dNo interactividad

No inclusión de código durante la ejecución

Interactividad

Inclusion de código durante la ejecuciónejecución ejecución

v.g.: intérpretes de Smalltalk, Lisp y Prolog.

35

p y g



C bi ió d l t d ió i t t ió l t iCombinación de la traducción e interpretación: son procesos complementarios

36



C bi ió d l t d ió i t t ióCombinación de la traducción e interpretación:

Interpretación + traducción:

Se facilita la depuración del código: la interpretación permite la interacción con el programa durante su desarrollo.

El código depurado permite generar código ejecutable más eficienteEl código depurado permite generar código ejecutable más eficiente.

37



C bi ió d l t d ió i t t ióCombinación de la traducción e interpretación:

Interpretación + traducción:

Se facilita la depuración: la interpretación permite la interacción con el programa durante su desarrollo.

El código depurado permite generar código ejecutable más eficienteEl código depurado permite generar código ejecutable más eficiente.

Traducción + interpretación:

El f d ódi i diEl programa fuente se traduce a código intermedio.

El código intermedio puede ser interpretado en diferentes entornos de ejecuciónde ejecución.

V.g.: Java, C#, …

38



Tipos de lenguajes

39



Tipos de lenguajes

Lenguajes interpretados:

Utilizan un intérprete para ejecutar sus programas.p p j p g

V.g.: APL, Lisp, Scheme, Prolog, Java, Smalltalk, etc.

40



Tipos de lenguajes



Lenguajes compilados:

Utilizan un traductor denominado “compilador” para generar el Utilizan un traductor denominado compilador para generar el programa ejecutable.

V.g.: Fortran, Pascal, Ada, C, C++

41



Tipos de lenguajes



Lenguajes compilados:

Utilizan un traductor denominado “compilador” para generar el Utilizan un traductor denominado compilador para generar el programa ejecutable.

No es una clasificación excluyente: existen lenguajes que poseen intérpretes y compiladores:

Intérprete: utilizado para el desarrollo, depuración y puesta a punto.

Compilador: genera el programa ejecutable.

V. g.: Visual Basic, Builder C++, etc.

42








• COMBINACIÓN DE COMPILADORES: “BOOTSTRAPPING”

43



P dPreprocesador

Compilador

Ensamblador

Enlazador (“linker”)

Cargador (“loader”)

44



P dPreprocesador

Programa inicial escrito en un lenguaje de alto nivel extendido

Programa final escrito en un lenguaje de alto nivel estándar

V.g.: “cpp” es un preprocesador del lenguaje C que realiza las siguientes acciones:acciones:

Expandir macros: #define PI 3.141592

I l i fi h #i l d di hIncluir ficheros: #include <stdio.h>

Eliminar comentarios: /* Menú principal */

Etc.

Nota: también existen preprocesadores para embellecer el programa fuente.

45



P dPreprocesador

Compilador

Programa inicial escrito en un lenguaje de alto nivel

Programa final escrito en un lenguaje de bajo nivel (máquina o ensamblador).

46



P dPreprocesador

Compilador

Ensamblador

Programa inicial escrito en lenguaje ensamblador

Programa final escrito en código máquina

Nota: el ensamblador es un caso particular de compilador.

47



P dPreprocesador

Compilador

Ensamblador

Enlazador (“linker”)

Programa inicial escrito en código reubicable (posiciones de memoria relativas)

Programa final escrito en código máquina absoluto o ejecutable

Notas:

Además incluye el código de las funciones de las bibliotecas utilizadas por el programa fuente.

Algunas veces genera código reubicable.

48



P dPreprocesador

Compilador

Ensamblador

Enlazador

Cargador (“loader”):

Programa inicial escrito en código reubicable

Programa final escrito en código máquina ejecutable

Nota: no suele ser un programa independiente.

49



C bi ió d l ti d t d t Combinación de los tipos de traductores

Programa fuente extendido

PreprocesadorPreprocesador

50






Programa fuente estándar

51







CompiladorCompilador

52








Programa objeto (ensamblador)

53





PreprocesadorPreprocesador EnsambladorEnsamblador




54






Programa fuente estándar Código máquina reubicable



55






Programa fuente estándar Código máquina reubicable Biblioteca Biblioteca de de

CompiladorCompilador funcionesfunciones

(código (código

EnlazadorEnlazador

Programa objeto (ensamblador)(código (código

reubicable)reubicable)

56






Programa fuente estándar Código máquina reubicable Biblioteca Biblioteca de de

CompiladorCompilador EnlazadorEnlazador funcionesfunciones

(código (código Programa objeto (ensamblador) Código máquina ejecutable

(código (código reubicable)reubicable)

57









58


• PROGRAMAS RELACIONADOS CON LA TRADUCCIÓN

Edit b d l t t i tá ti d l l j d ióEditor basado en la estructura sintáctica del lenguaje de programación

Depurador

Generador del programa ejecutable

Perfilador

Entorno de desarrollo integrado

59




Facilita la edición de los programas al mostrar las estructuras de las sentencias de un lenguaje de programación.sentencias de un lenguaje de programación.

Evita la aparición de errores léxicos y, sobre todo, sintácticos.

60




Depurador

En realidad es un intérprete que permite ejecutar el programa de forma supervisada.

Permite la ejecución paso a paso del programaPermite la ejecución paso a paso del programa.

Permite comprobar los valores de las variables, establecer puntos de parada, etc.p ,

V.g.: algunos depuradores de C son gdb, ddd, dbx, dbxtool.

61




Depurador


Analiza las dependencias del código las bibliotecas de funciones para crear el código ejecutableel código ejecutable.

V.g.: Install Shield, Setup Factory, etc.

62




Depurador


Perfilador

Herramienta muy útil para la optimización de los programas.

Permite conocer el perfil de ejecución de un programa.

Genera estadísticas sobre la ejecución del programa relativas a uso de funciones, accesos a memoria, tiempos de ejecución, etc.

Se pueden descubrir “los cuellos de botella”, es decir, dónde se requiere más tiempo de ejecución.

63




Depurador


Perfilador

Entorno de desarrollo integrado: incluye

un editor,

un compilador,

un enlazador,

un depurador,

etc.

64









65



FFases

Pasos

66



FFases

Análisis: se encarga de comprobar que el programa fuente está bien escrito

Síntesis: se ocupa de la generación del código ejecutable

Componentes auxiliares:

Administrador de la tabla de símbolos

Gestor de errores

67



FFases

Análisis

Análisis léxico

Síntesis

68



FFases

Análisis

Análisis léxico

Análisis sintáctico

Síntesis

69



FFases

Análisis

Análisis léxico


Análisis semántico

Síntesis

70



FFases

Análisis

Análisis léxico



Síntesis

Generación de código intermedio

71



FFases

Análisis

Análisis léxico



Síntesis


Optimización de código intermedio

72



FFases

Análisis

Análisis léxico



Síntesis



Generación de código

73



FFases

Análisis

Análisis léxico



Síntesis




Optimización de código

74

p g



FFases

Componentes auxiliares


Gestor de errores

75


P f t A áli i lé iA áli i lé iPrograma fuente Análisis léxicoAnálisis léxico

Componentes léxicos

Administrador Administrador

de la tabla de la tabla Gestor de erroresGestor de errores

de símbolosde símbolos

GG

76



Análisis sintácticoAnálisis sintáctico


de la Tabla de la Tabla Gestor de erroresGestor de errores

Árbol sintáctico


GG

77




Análisis semánticoAnálisis semánticoAdministrador Administrador



GGÁrbol sintáctico anotado

78



llAnálisis sintácticoAnálisis sintáctico


de la Tabla de la Tabla

Generación de código intermedioGeneración de código intermediode símbolosde símbolos Gestor de erroresGestor de errores

Código intermedio

79





de la Tabla de la Tabla Generación de código intermedioGeneración de código intermediode símbolosde símbolos

Gestor de erroresGestor de errores

Optimización del código intermedioOptimización del código intermedio

Código intermedio optimizado

80





de la Tabla de la Tabla Generación de código intermedioGeneración de código intermediode símbolosde símbolos



Generación de códigoGeneración de código

81Código objeto




A áli i á tiA áli i á ti


Análisis semánticoAnálisis semántico

G ió d ódi i diG ió d ódi i di


de la Tabla de la Tabla Gestor de erroresGestor de erroresGeneración de código intermedioGeneración de código intermediode símbolosde símbolos

GG



82Optimización de códigoOptimización de código Programa objeto


4 Lenguajes de programación × 4 Sistemas operativos = 16 compiladores

Necesidad de agrupar las fases de la compilación

C Unix

g j p g p p

Pascal

FortranLinux

Fortran

Windows

Ada Mac OS

83


Análisis léxicoAnálisis léxico

Parte frontal


(Front end) Análisis semánticoAnálisis semántico

d d dd d dGeneración de código intermedioGeneración de código intermedio

O ti i ió d l ódi i t diO ti i ió d l ódi i t di

ió d ódiió d ódi



Optimización de códigoOptimización de código

Parte trasera (Back end)

84

Optimización de códigoOptimización de código


4 Partes frontales + 4 Partes traseras = 8 Partes

4 Partes frontales × 4 Partes traseras = 16 Compiladores

C Parte frontald UnixParte traseraI

f p

C

Parte trasera

de C

Parte frontal

Unixde UnixC

Ó

NT

Parte traserade LinuxPascal

Fortran

Parte frontalde Pascal Linux

ÓDI

ERMFortran

Parte frontalde Fortran Windows

Parte traserade Windows

GO

MED

Ada Parte frontald Ad

IO Mac OSParte trasera

de Mac OS

85

de Ada M S



FFases

Análisis

Se encarga de comprobar que el programa fuente está bien escrito.

86



FFases

Análisis

Análisis léxico



87



A áli iAnálisis

Análisis léxico



88



Componentes léxicos


de la tabla de la tabla Gestor de erroresGestor de errores


GG

89



A áli iAnálisis

Análisis léxico

También denominado análisis lexicográfico, análisis lineal, explorador o “scanner”.

90



A áli iAnálisis

Análisis léxico


Única fase que tiene contacto con el código del programa fuente: Única fase que tiene contacto con el código del programa fuente: favorece la modularidad y la interactividad.

91



A áli iAnálisis

Análisis léxico



Objetivo:j

Leer el programa fuente carácter a carácter y obtener los componentes léxicos o “tokens”

92



A áli iAnálisis

Análisis léxico



Objetivo:j

Leer el programa fuente carácter a carácter y obtener los componentes léxicos o “tokens”

Programa fuente Analizador léxicoAnalizador léxico Componentes léxicos

93



A áli iAnálisis

Análisis léxico

Componente léxico o “token”: agrupación de caracteres con significado propio.

Palabras reservadas: if else while Palabras reservadas: if, else, while, …

Identificadores: dato, mayor, bandera, …

O d i é i * / di d Operadores aritméticos: +, -, *, /, div, mod, …

Operadores relacionales: <, <=, >, >=, …

Signos de puntuación: {, }, (, ), ;, …

Etc.

94



A áli iAnálisis

Análisis léxico

V.g.: if (divisor != 0.0) dividendo = divisor * cociente + resto ;

Componentes léxicos enviados al análisis sintáctico:Id tifi d r di id dIdentificador: dividendo

Símbolo de asignación: =

Identificador: divisor

Palabra clave IF: if

Los espacios en blanco son suprimidosIdentificador: divisor

Operador aritmético de multiplicación: *

Identificador: cociente

Paréntesis izquierdo: (

Identificador: divisor

d l i l d D T NT ! Identificador: cociente

Operador aritmético de adición: +

Identificador: resto

Operador relacional de DISTINTO: !=

Número: 0.0

P é t i d h )

95

f

Delimitador de fin de sentencia: ;Paréntesis derecho: )



T bl d í b lTabla de símbolos

NombreNombre AtributoAtributo 11 Atributo 2Atributo 2 ……cocientecociente

dividendodividendo…… …… ……

divisordivisor

dividendodividendo ……

……

……

……

……

……restoresto …… …… ……

…… …… …… ……

96



A áli iAnálisis

Análisis léxico

Componentes léxicos eliminados durante el análisis léxico

Los espacios en blanco, tabuladores y saltos de línea.

Los comentarios.

La eliminación de estos componentes léxicos es útil porque

Favorecen la lectura y comprensión de los programas.

Pero no son necesarios para generar el código ejecutable.

Generalmente, el análisis léxico es una subrutina o procedimiento auxiliar del análisis sintáctico.

97



A áli iAnálisis

Análisis léxico



98




ÁAdministrador Administrador


Árbol sintáctico


GG

99



A áli iAnálisis


También denominado análisis jerárquico o gramatical o “parser”.

Objetivos:

Comprobar la sintaxis del código fuente: utiliza las reglas gramaticales del lenguaje fuente y los componentes léxicos.

G ió j á i (fi d ) á b l Generar una representación jerárquica (figurada): árbol sintáctico.

100


<sentencia condicional simple><sentencia condicional simple>

IF<condición> <sentencia>if

101




<sentencia de asignación> FIN DE SENTENCIA

<expresión> DISTINTO <expresión>

!=

P. IZQUIERDO P. DERECHO( )

g FIN DE SENTENCIA;

102






IDENTIFICADOR NÚMERO!=


g FIN DE SENTENCIA;

IDENTIFICADOR NÚMEROdivisor 0.0

103








g

<expresión>

FIN DE SENTENCIA

ASIGNACIÓN

;IDENTIFICADOR NÚMERO

IDENTIFICADORdivisor 0.0

dividendo =

104








g

<expresión>

FIN DE SENTENCIA

ASIGNACIÓN



<expresión>ADICIÓNdividendo

+

=

<expresión>+

105








g

<expresión>

FIN DE SENTENCIA

ASIGNACIÓN



<expresión> <expresión>ADICIÓNdividendo

+

=

<expresión> <expresión>MULTIPLICACIÓN*

+

IDENTIFICADOR

tresto

106








g

<expresión>

FIN DE SENTENCIA

ASIGNACIÓN



<expresión>ADICIÓNdividendo

+

=

<expresión>

<expresión> <expresión>MULTIPLICACIÓN*

+

IDENTIFICADOR

trestoIDENTIFICADOR IDENTIFICADOR

cocientedivisor

107



IF<condición> <sentencia>



IDENTIFICADOR NÚMERO

P. IZQUIERDO P. DERECHO

g

<expresión>

FIN DE SENTENCIA

ASIGNACIÓN

IDENTIFICADOR NÚMERO

IDENTIFICADOR

<expresión>ADICIÓN<expresión>

<expresión> <expresión>MULTIPLICACIÓNIDENTIFICADOR

IDENTIFICADOR IDENTIFICADOR

108



A áli iAnálisis

Análisis léxico



109



ll

ll



de la Tabla de la Tabla Gestor de erroresGestor de erroresÁ


GGÁrbol sintáctico anotado

110



A áli iAnálisis


Comprueba si el significado de las sentencias es correcto.

Utiliza el árbol sintáctico y la tabla de símbolos.

Algunos de los errores semánticos que pueden detectar son:

Operandos y operadores incompatibles.

Diferencia de tipos entre los argumentos reales y los argumentos formales.

Etc.

El análisis semántico suele estar integrado en el análisis sintáctico.

111



FFases

Análisis

Síntesis

Se encarga de transformar la representación obtenida durante el análisis en el código objeto o ejecutableanálisis en el código objeto o ejecutable

112



Sí t iSíntesis


Optimización del código intermedio


Optimización del código

113



Sí t iSíntesis





114







Generación de código intermedioGeneración de código intermedio



GG

Códi i diCódigo intermedio

115



Sí t iSíntesis


Genera una representación intermedia del código fuente que ha de tener las siguientes características

Ha de ser fácil de generar a partir del código fuenteHa de ser fácil de generar a partir del código fuente.

Ha de ser fácil de traducir al código objeto o ejecutable

Código fuente Código objeto o ejecutableCódigo intermedio

116



Sí t iSíntesis


Genera un representación intermedia del código fuente

Es una fase opcional, pero muy recomendable.

“Redestinación” : al intergrarse en la “parte frontal” del compilador, favorece la generación de código objeto para distintos entornos de ejecución. j

Optimización: se puede aplicar a la representación intermedia una optimización de código que sea independiente de la máquina en la que se ejecutaría.

117



Sí t iSíntesis


Este proceso se realiza mediante definiciones dirigidas por la sintaxis o esquemas de traducción que se incorporan al análisis sintáctico.

Tipos de representaciones intermedias:Tipos de representaciones intermedias:

Notación postfija

Á b l i á iÁrboles sintácticos

Grafos dirigidos acíclicos

Código de tres direcciones: cuádruplas, triples y triples indirectos.

118



Sí t iSíntesis



Representación intermedia en código de tres direcciones:

100. if divisor = 0 goto 104

101. t1 := divisor * cociente101. t1 : divisor cociente

102. t2 := t1 + resto

103 dividendo := t2103. dividendo := t2

104. …

119



Sí t iSíntesis





120








Código intermedio optimizado

121



Sí t iSíntesis


Esta fase es opcional, pero también es recomendable

Objetivo:

Realizar una optimización del código intermedio que sea independiente de la máquina en la que se ejecute el código objeto.

L i i ió bl NP C lLa optimización es un problema NP-Completo

122



Sí t iSíntesis



Optimización de la representación intermedia en código de tres direcciones:direcciones:


di i * i


101 t1 divi r * iente101. t1 := divisor * cociente

102. t2 := t1 + resto

101. t1 := divisor * cociente

102. dividendo := t1 + resto

103. dividendo := t2

104. …

103. …

123



Sí t iSíntesis





124









125Código objeto



Sí t iSíntesis


Objetivo

Traducir la representación intermedia a código objeto o ejecutable (código máquina)(código máquina).

Ejemplo:

S ódi bj bl dSe va a generar código objeto en ensamblador

Las operaciones aritmético – lógicas se han de realizar sobre registros de máquina: R1 R2 registros de máquina: R1, R2, …

Las proposiciones condicionales son generadas mediante comparaciones (CMP) y saltos condicionales (JE, JLE, …).

126

p ( ) y ( )



Sí t iSíntesis

Generación de código100 MOV divisor R1100. MOV divisor, R1

101. CMP #0, R1

102 JE 108if (divisor != 0.0)

102. JE 108

103. MOV cociente, R2

U

dividendo = divisor * cociente + resto ;

104. MUL R2, R1

105. MOV resto, R3

106. SUM R3, R1

107. MOV R1, dividendo

127108. …



Sí t iSíntesis





128







G ió d ódi i t diG ió d ódi i t di



GG






Sí t iSíntesis


Generar un código más eficiente:

Ejecución más rápida

Ocupar menos espacio de memoria.

La optimización es un problema NP-Completo

Optimizar las necesidades de tiempo y memoria de forma conjunta suele ser bastante complicado o, incluso, imposible.

Tiempo y memoria son dos factores contrapuestos.

La optimización absoluta no siempre se puede alcanzar: sólo se producen mejoras pero no se tiene garantía de que sean óptimas

130

producen mejoras, pero no se tiene garantía de que sean óptimas.



Sí t iSíntesis


Las mejores transformaciones son las que obtienen el mayor beneficiocon el menor esfuerzo

Criterios:Criterios:

Se ha de preservar el significado del programa

D b l l d f i blDebe acelerar los programas de forma apreciable

Tiene que merecer la pena

131



Sí t iSíntesis


Posibles mejoras del código:

No evaluación repetida de expresiones comunes

Evitar la propagación de copias

Supresión de código inactivo o “muerto”: análisis de control de fl jflujo.

Optimización de bucles: no evaluación de expresiones constantes dentro de los buclesdentro de los bucles

Reutilización de registros de máquina.

Etc

132

Etc.



Sí t iSíntesis


100. MOV divisor, R1

101. CMP #0, R1

100. MOV divisor, R1

101. CMP #0, R1

102. JE 108


102. JE 108


104. MUL R2, R1

105. MOV resto, R2

104. MUL R2, R1

105. MOV resto, R3

106. SUM R2, R1


106. SUM R3, R1


133

7 M V R , d v d d

108. …108. …



FFases

Componentes auxiliares


Gestor de errores

134



C t iliComponentes auxiliares


Gestor de errores

135









G ió d ódi i t diG ió d ódi i t di Gestor de erroresGestor de errores

de símbolosde símbolosGeneración de código intermedioGeneración de código intermedio GG








La tabla de símbolos contiene toda la información relacionada con los identificadores del programa fuente:

Variables y constantesVariables y constantes

Funciones y procedimientos

P áParámetros

Tipos de datos definidos

Etiquetas

Etc.

137





Se crea durante el análisis léxico

Es completada y utilizada durante todas las fases del proceso de compilacióncompilación

Se puede utilizar más de una tabla de símbolos para controlar las reglas de ámbito del lenguaje de programación.g g j p g

Los depuradores pueden mostrar los valores de las variables al consultar la tabla de símbolos.

138





V.g.: dato = 3;

N bN b TiTi V lV ldatodato enteroentero 33

NombreNombre TipoTipo ValorValor…………

139





La información de las funciones o procedimientos es más completa:

Número parámetros

Tipo y forma de paso de cada parámetro

Tipo de resultados (en las funciones)

Etc.

140





Las operaciones sobre la tabla de símbolos son:

Inserción

Consulta

Modificación

Se puede mejora la eficiencia en el uso de la tabla de símbolos mediante:

Una buena organización de la tabla (v.g.: árbol binario de búsqueda)

La codificación de las funciones de acceso en lenguajes de bajo

141

La codificación de las funciones de acceso en lenguajes de bajo nivel (v.g.: ensamblador).





Gestor de errores

142

Procesadores de Lenguajes Procesadores de Lenguajes Tema I.Tema I.-- IntroducciónIntroducciónProcesadores de Lenguajes Procesadores de Lenguajes Tema I.Tema I.-- IntroducciónIntroducción







G ió d ódi i t diG ió d ódi i t di


de la Tabla de la Tabla GGGeneración de código intermedioGeneración de código intermediode símbolosde símbolos







Gestor de errores

i d f d lLa gestión de errores es un proceso fundamental

Los errores pueden surgir en todas las fases del proceso de traducción

á f l d áli iLos errores son más frecuentes en las etapas de análisis:

Errores léxicos: identificador con un carácter no permitido

i á i i d l l iErrores sintácticos: sentencia de control mal escrita

Errores semánticos: uso de una variable en un contexto inadecuado

L ió d d bLa gestión de errores debe:

Informar sobre el error,

i i i ibl i ú l d ió d á 144

y permitir, si es posible, que continúe la traducción para detectar más errores (recuperación del error).




Gestor de errores

Las características de un buen gestor de errores:

Detección de errores: debe ser capaz de detectar los errores

Tratamiento de los errores: al encontrar un error, intentará subsanarlo si es posible. Siempre informará de los cambios realizados, para que la persona que programe tome la decisión , p q p q p gfinal.

Recuperación del error: debe permitir que la traducción continúe, sobre todo si no se desarrolla en un proceso interactivo.

Evitar la cascada de errores: debe informar de un error sólo una vez aunque aparezca varias veces y no generar otros errores

145

vez, aunque aparezca varias veces, y no generar otros errores.




Gestor de errores

Las características de un buen gestor de errores (continuación):

Información de los errores: el mensaje de error debe tener las siguientes características:siguientes características:

- Localización: se debe indicar la línea del código fuente en la

l que aparece el error.

- Pertinencia: debe referirse al código del programa y no a

detalles internos de la traducción.

- Comprensión: debe ser claro y sencillo

146



FFases

Pasos

147



PPasos

Número de veces que se procesa una representación del programa fuente.

Cada paso requiere:

Lectura del código fuente

Procesamiento

Almacenamiento de la información generada

El número de pasos debe ser mínimo.

148



PPasos

Las pasadas se suelen agrupar. Ejemplo:

Primera pasada: análisis léxico, sintáctico, semántico y generación y optimización de código intermedio

Segunda pasada: generación y optimización de códigoSegunda pasada: generación y optimización de código.

Algunas veces es imprescindible realizar dos o más pasos:

Al l 68 PL/I i ili l i bl d Algol 68 y PL/I permiten utilizar las variables antes de ser declaradas.

Si el lenguaje permite saltos incondicionales (v g : instrucción “goto”)Si el lenguaje permite saltos incondicionales (v.g.: instrucción goto )

La técnica de “backpatching” o “relleno de retroceso” permite combinar dos pasadas en una sola. Se requiere una tabla de

149

p q“saltos”.









150


• HERRAMIENTAS PARA LA CONSTRUCCIÓN DE COMPILADORESCOMPILADORES

Algunas partes del proceso de traducción pueden ser generadas automáticamente

Tipos de herramientas de generación automática:Tipos de herramientas de generación automática:

Generadores automáticos de analizadores léxicos

G d á i d li d i á iGeneradores automáticos de analizadores sintácticos

Generadores automáticos de código intermedio

Generadores automáticos de código

Máquinas de optimización de código

151



Tipos de herramientas de generación automática:

Generadores automáticos de analizadores léxicosGeneradores automáticos de analizadores léxicos

Generadores automáticos de analizadores sintácticos

G d á i d ódi i diGeneradores automáticos de código intermedio



152





Las expresiones regulares pueden denotar a los componentes básicos de los lenguajes de programación:g j p g

Identificadores

NúmerosNúmeros

Operadores aritméticos, lógicos y relacionales

Sí b l d t a ióSímbolos de puntuación

Comentarios

153

Etc.





Las expresiones regulares pueden denotar a los componentes básicos de los lenguajes de programación.g j p g

Existen herramientas automáticas para generar analizadores léxicos a partir de las expresiones regulares:

Lex

Flex

PCLex

ANTLR

154

ANTLR

Etc.





V.g.: LexLexLexnombre lnombre l lex yy clex yy c

Fichero con expresiones regulares

LexLex

Analizador léxico escrito en lenguaje C

nombre.lnombre.l lex.yy.clex.yy.c

El fichero lex.yy.c contiene una función denominada “yylex()” que r aliza la f i d l a alizad r léxi

p g escrito en lenguaje C

realiza las funciones del analizador léxico.

La función yylex() simula el funcionamiento de un autómata finito determinista (AFD).

155

determinista (AFD).









156




Generadores automáticos de analizadores sintácticosGeneradores automáticos de analizadores sintácticos

Las gramáticas de contexto libre permiten generar “casi” todas las estructuras sintácticas de los lenguajes de programación.g j p g

Existen herramientas automáticas para generar analizadores sintácticos a partir de las gramáticas de contexto libre:

YACC o Bison

LLGENG

CUP

ANTLR

157

ANTLR

Etc.




Generadores automáticos de analizadores sintácticosGeneradores automáticos de analizadores sintácticos

V.g.: YACC, Yet Another Compiler Compiler

Fichero con una gramática

YACCYACCnombre.ynombre.y y.tab.cy.tab.c

A li d i tá ti Fichero con una gramática de contexto libre

Analizador sintáctico escrito en lenguaje C

El fichero y.tab.c contiene una función denominada “yyparse()” que realiza las funciones de analizador sintático.

f () l l f d158

La función yyparse() simula el funcionamiento de un autómata con pila.









159




Generadores automáticos de código intermedioGeneradores automáticos de código intermedio

Suelen estar integrados en los analizadores sintácticos

H d i i i á i d ió Hay dos versiones que incorporan acciones semánticas de generación de código intermedio:

Definiciones basadas en la sintaxisDefiniciones basadas en la sintaxis

Esquemas de traducción

Al r ar l árb l i tá ti j ta la a i á ti a d Al crear el árbol sintáctico, se ejecutan las acciones semánticas de generación de código intermedio

160









161




Generadores automáticos de códigoGeneradores automáticos de código

Se utilizan transformaciones basadas en reglas que tienen en cuenta:

L í i d l i i d l ódi Las características de las sentencias y operaciones del código intermedio

Las características de la máquina donde se va a ejecutar el código Las características de la máquina donde se va a ejecutar el código objeto:

- Acceso a las variables: almacenamiento en registros demáquina en memoria estática en la pila o el montónmáquina, en memoria estática, en la pila o el montón- Operaciones básicas disponibles

- Etc.

162

E

Las reglas utilizan plantillas de conversión.









163




Máquinas de optimización de códigoMáquinas de optimización de código

Se utilizan dispositivos para el análisis del flujo de datos.

S i f ió b l f l l iSe recoge información sobre la forma en que los valores se transmitende una parte a otra del programa

Ejemplos:Ejemplos:

Análisis de “uso siguiente” o de “vida”: se comprueba en qué lugares se usa una variable y, especialmente, cuándo no se va a utilizar másutilizar más.

Si una variable es utilizada frecuentemente entonces es preferible almacenarla en un registro de máquina.

164

Etc.









165


• COMBINACIÓN DE COMPILADORES: “BOOTSTRAPPING”La técnica de “bootstrapping” permite combinar compiladores ya creados para La técnica de bootstrapping permite combinar compiladores ya creados para

construir nuevos compiladores

Los lenguajes que aparecen en el proceso de compilación son:g j q p p p

Lenguaje fuente (F)

Lenguaje de implementación (I): lenguaje en el que está escrito el compiladorg j p ( ) g j q p

Lenguaje objeto (O)

El compilador se pueden representar en forma de Tf

FF OO

II

166Nota: si el lenguaje es ejecutable, se indicará con color rojo



Ej l il d Ejemplo: compilador gcc

Lenguaje fuente: Lenguaje C

Lenguaje de implementación: Lenguaje máquina de Unix (U)

Lenguaje objeto: Lenguaje máquina de Unix (U)

CC UUCC

UU

UU

UU

167



Si F I t l il d d i “ t il d ”Si F = I entonces el compilador se denomina “autocompilador”

Ejemplo:


Lenguaje de implementación: Lenguaje máquina de Unix (U)

Lenguaje objeto: Lenguaje C

CC UUCC

CC

UU

CC

Nota: habría que “compilar” este compilador para que se pueda ejecutar,

168

Nota: habría que compilar este compilador para que se pueda ejecutar, porque el lenguaje de implementación no es ejecutable.



Si I ≠ O t l il d d i “ il d d ” Si I ≠ O entonces el compilador se denomina “compilador cruzado”, porque se genera código para una máquina diferente a la que se ha compilado

Ejemplo:Ejemplo:


Lenguaje de implementación: Lenguaje máquina de Unix (U)Lenguaje de implementación: Lenguaje máquina de Unix (U)

Lenguaje objeto: Lenguaje máquina de Linux (L)

CC LL

UU

169



A li ió d l té i d “b t t i ”Aplicación de la técnica de “bootstrapping”:

Ejemplo 1: se pretende construir el siguiente compilador

Lenguaje fuente: Lenguaje L de alto nivel

Lenguaje de implementación: Lenguaje máquina (M)

Lenguaje objeto: Lenguaje máquina (M)

LL MMLL

MM

MM

MM

Dificultad: es muy difícil escribir un programa (compilador) directamente en

170

f y f p g ( p )código máquina




Ejemplo 1

Paso 1: se construyen dos compiladores auxiliares

171




Ejemplo 1

Paso 1: se construyen dos compiladores auxiliares

Primer compilador

Lenguaje fuente: Lenguaje S, que es más simple que el lenguaje L de alto nivel (V.g: un subconjunto de L o ensamblador).

L j d i l ió L j á i (M)SS MM


Lenguaje objeto: Lenguaje máquina (M)MMObservación: este compilador se puede construir con más facilidadporque S es más simple que L.11

172


• COMBINACIÓN DE COMPILADORES: “BOOTSTRAPPING”Aplicación de la técnica de “bootstrapping”:Aplicación de la técnica de bootstrapping :

Ejemplo 1

Paso 1: se construyen dos compiladores auxiliaresPaso 1: se construyen dos compiladores auxiliares

Segundo compilador

Lenguaje fuente: Lenguaje L de alto nivelLenguaje fuente: Lenguaje L de alto nivel

Lenguaje de implementación: Lenguaje S (que es más simple que el lenguaje L de alto nivel)

LL MM

Lenguaje objeto: lenguaje máquina (M)SS

22

173



Ejemplo 1

Paso 2: se compila el compilador 2 con el compilador 1, creándose el Paso 2: se compila el compilado 2 con el compilado 1, c eándose el compilador final

LL MM LL MM

SS MMSS MM

22 MM

11

22 Compilador finalCompilador final

174

11




Forma general: A I B + I M N = A N B

AA BB AA BB

II NN

AA

II

BB AA

NNII

MM

NNII

MM

175




Forma general: A I B + I M N = A N B

AA BB AA BB

II NN

AA

II

BB AA

NNII

MM

NNII

MM

176




Si se desea construir un compilador escrito en un lenguaje máquina M para un lenguaje de alto nivel L entonces se utilizan subconjuntos del lenguaje un lenguaje de alto nivel L, entonces se utilizan subconjuntos del lenguaje inicial.

LL MM

MM

177



Ejemplo 2

Sean tres lenguajes de programación: L1 ⊆ L2 ⊆ L3Sean tres lenguajes de programación: L1 ⊆ L2 ⊆ L3

Se pretende construir el siguiente compilador

Lenguaje fuente: Lenguaje L3 de alto nivelg j f g j


Lenguaje objeto: Lenguaje máquina (M)

L3L3 MM

MM

178Compilador finalCompilador final




Ejemplo 2:

Paso 1:

Se construyen los siguientes tres compiladores

L1L1 MM L2L2 MM L3L3 MM

MM L1L1 L2L2

11 22 33

179




Ejemplo 2

Paso 2:

Se compila el compilador 2 con el compilador 1: se crea un compilador 4

L2L2 MM L2L2 MM

L1L1 MML1L1 MM

MM22 44

18011




Ejemplo2

Paso 3:

Se compila el compilador 3 con el compilador 4: se crea el compilador finalfinal

L3L3 MM L3L3 MM

L2L2 MML2L2 MM

MM33 Compilador finalCompilador final

18144




Ejemplo 3:

Existe el compilador de un lenguaje L para una máquina M y se quiere construir otro compilador para otra máquina N

Compilador original: L M Compilador original: L M M

Objetivo: L N N

LL NNLL MM

NNMM

182Compilador originalCompilador original Compilador finalCompilador final




Ejemplo 3

Paso 1:

Se construye el auto compilador L L N

Este compilador es más fácil de construir que el compilador L N N

LL NN

LL

18311



Ejemplo 3

Paso 2: Paso 2:

Se compila el compilador obtenido en el paso 1 con el compilador original, creándose el compilador cruzado L M N

LL NN LL NN

LLLL MMMM

MM11 22

184Compilador originalCompilador original



Ejemplo 3

Paso 3: Paso 3:

Se compila el compilador obtenido en el paso 1 con el compilador obtenido en el paso 2, creándose el compilador final

LL NN LL NN

LLLL NNNN

MM11 Compilador finalCompilador final

18522



Resumen del ejemplo 3:

El compilador original y el compilador 1 se construyen directamentep g y p y

El compilador 2 se construye a partir del original y el compilador 1

El compilador final se construye a partir de los compiladores 1 y 2

LL NNLL NN11

LL NNLL

NN

NNLL NNLL

LLLLNN

MM MM11Compilador finalCompilador final

186MM 22p fp f

Compilador originalCompilador original



Resumen del ejemplo 3:

LL NNLL NN11

LL NNLL

NN

NNLL NNLL

LLLLNN

MM MM11Compilador finalCompilador final

MM 22p fp f

187Compilador originalCompilador original

UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA

ESCUELA POLITÉCNICA SUPERIOR

Á Á ÉDEPARTAMENTO DE INFORMÁTICA Y ANÁLISIS NUMÉRICO

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PRIMER CURSO DE SEGUNDO CICLOR M R C RS S G N C C

SEGUNDO CUATRIMESTRE

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