Blm 3 Sentaks ve semantik tarifi ISBN 0

Bölüm 3 Sentaks ve semantik tarifi ISBN 0 -321 -49362 -1

Bölüm 3 Konuları • • • Giriş Genel olarak sentaks tarifi Sentaks tarifinin matematiksel yöntemleri Özellik gramerleri (Attribute Grammars) Programların anlamını tarif etme: Dinamik Semantik Tercüme edip geliştiren: Doç. Dr. Zeki Bayram, DAÜ 1 -2

Giriş • Sentaks: program ünitelerinin ve ifadelerinin şekli/yapısı • Semantik: program ünitelerinin ve ifadelerinin anlamı • Bir dilin tanımı sentaks ve semantiği ile yapılır • Dil tanımını kullananlar: • Diğer dil tasarımcıları • Dil implementasyonu yapanlar (derleyici-tercüman yazanlar) • Programcılar (dilin kullanıcıları) Tercüme edip geliştiren: Doç. Dr. Zeki Bayram, DAÜ 1 -3

Sentaks tarifi: terimler • Cümle: bir alfabeden gelen karakterler dizisi • Dil: Cümleler kümesi • Sözcük (lexeme): dilin en alt seviyeli parçalara ayrılamayan ünitesi (örnek: *, sum, begin, if, while, =) • Jeton (token): sözcükler kategorisi (örnek: değişken, if, sayı) Tercüme edip geliştiren: Doç. Dr. Zeki Bayram, DAÜ 1 -4

Dillerin matematiksel tanımı • Tanıyıcılar – Tanıyıcı alfabeden oluşturulan dizileri okur ve dile ait olup olmadığına karar verir. – Örnek: derleyicinin sentaks analiz kısmı • Üreticiler – Dile ait cümleleri sistematik olarak üretebilen “cihazlar” – Örnek “gramerler” – Tanıyıcıdan üretici (veya tersi) elde etmek mümkündür. Tercüme edip geliştiren: Doç. Dr. Zeki Bayram, DAÜ 1 -5

BNŞ ve Ortam-Bağımsız gramerler • Ortam-bağımsız gramerler – 1950 ortalarında Noam Chomsky tarafından geliştirildi – Dil üreticisi; amacı doğal dillerin sentaksını tarif etmek – Ortam-bağımsız diller sınıfını tanımlar • Backus-Naur Şekli (BNŞ) (Backus-Naur Form) (1959) – John Backus tarafından Algol 58 dilini tarif etmek için tasarlandı – Ortam-bağımsız gramere eşdeğer Tercüme edip geliştiren: Doç. Dr. Zeki Bayram, DAÜ 1 -6

BNŞ Temelleri • Nonterminal semboller – sentaks yapı sınıflarını gösteren değişkenler • Terminaller – jetonlar (‘=’ ‘{’ gibi tek karakterler de jeton sayılıyor) • Kuralların solunda bir nonterminal, sağında ise terminal ve/veya nonterminallerden oluşan bir dizi olur. • Nonterminaller çoğunlukla köşeli parantez içinde yazılırlar – Örnek BNŞ kuralları: <ident_list> → identifier | identifier, <ident_list> <if_stmt> → if <logic_expr> then <stmt> • Gramer: sonlu, boş olmayan kurallar kümesi • Başlangıç sembolü: nonterminallerin özel bir üyesi. Türeme her zaman başlangıç sembolü ile başlar. Tercüme edip geliştiren: Doç. Dr. Zeki Bayram, DAÜ 1 -7

BNŞ Kuralları • Bir nonterminali tanımlayan kuralın birden çok sağ tarafı olabilir. <stmt> <single_stmt> | begin <stmt_list> end Tercüme edip geliştiren: Doç. Dr. Zeki Bayram, DAÜ 1 -8

Liste tarifi • Listeler özyineleme ile gösterilir <ident_list> ident | ident, <ident_list> • Türeme başlangıç sembolünden başlayarak her seferınde bir kural uygulanarak cümle (terminallerden oluşan dizi) elde edilmesidir. Kural uygulanması bir nonterminalin onu tanımlayan kuralın sağ tarafı ile değiştirilmesi ile yapılır. Tercüme edip geliştiren: Doç. Dr. Zeki Bayram, DAÜ 1 -9

Örnek Türeme <program> => <stmts> => <stmt> => <var> = <expr> => a = <term> + <term> => a = <var> + <term> => a = b + const Tercüme edip geliştiren: Doç. Dr. Zeki Bayram, DAÜ 1 -11

Türemeler • Bir türemedeki her dizi bir cümlesel şekil dir (sentential form) • Cümle sadece terminallerden oluşan bir cümlesel şekildir. • Soldan (sağdan) türemenin her adımında cümlesel şekildeki en soldaki (sağdaki) nonterminali seçmekle değiştirmekle olur. • Ne soldan, ne de sağdan olan türemeler mümkündür. Tercüme edip geliştiren: Doç. Dr. Zeki Bayram, DAÜ 1 -12

Ayrıştırma ağacı (“gramer ağacı”) • Türemenin hiyerarşik temsiliyeti <program> <stmts> <stmt> <var> = <expr> a <term>+ <term> <var> const b Tercüme edip geliştiren: Doç. Dr. Zeki Bayram, DAÜ 1 -13

Gramerlerde belirsizlik • Bir gramer ayni cümle için iki tane farklı ağaç üretebiliyorsa, bu gramer belirsizdir. Tercüme edip geliştiren: Doç. Dr. Zeki Bayram, DAÜ 1 -14

Belirsiz bir ifade grameri <expr> <op> / | <expr> - <op> <expr> const / Tercüme edip geliştiren: Doç. Dr. Zeki Bayram, DAÜ const <expr><op><expr> const | <expr><op><expr> const - const / const 1 -15

Belirsiz olmayan bir ifade grameri <expr> - <term> | <term> / const| const <expr> - <term> / const Tercüme edip geliştiren: Doç. Dr. Zeki Bayram, DAÜ const 1 -16

Operatör birleşebilirliği (associativity) • Sol özyineleme, sola birleşebilirlik • Sağ özyineleme, sağa birleşebilirlik <expr> -> <expr> + <expr> | const <expr> -> <expr> + const | const <expr> + (ambiguous) (unambiguous) const <expr> + const Tercüme edip geliştiren: Doç. Dr. Zeki Bayram, DAÜ 1 -17

Genişletilmiş BNŞ (GBNŞ) • Opsiyonel kısımlar köşeli parantez içine[ ] <proc_call> -> ident [(<expr_list>)] • Sağ tarafın alternatif kısımları parantez içinde | ile ayrılır <term> → <term> (+|-) const • Sıfır veya daha çok defa tekrar için {} kullanılır. • <ident> → letter {letter|digit} Tercüme edip geliştiren: Doç. Dr. Zeki Bayram, DAÜ 1 -18

BNŞ ve GBNŞ • BNF <expr> + <term> | <expr> - <term> | <term> * <factor> | <term> / <factor> | <factor> • GBNŞ <expr> <term> {(+ | -) <term>} <term> <factor> {(* | /) <factor>} Tercüme edip geliştiren: Doç. Dr. Zeki Bayram, DAÜ 1 -19

Statik Semantik • Anlamla ilgisi yok • Ortam-bağımsız gramerler programlama dillerinin bütün yapılarını tarif edemezler veya tarif edilmeleri pratik değildir. • Örnek sorunlu yapılar: - Ifadelerin tipleri - Değişkenlerin kullanım öncesi tanımlanmaları Tercüme edip geliştiren: Doç. Dr. Zeki Bayram, DAÜ 1 -20

Özellik (attribute) gramerleri (ÖG) • Özellik gramerlerinin ortam-bağımsız gramerlere göre ayrıştırma ağaçlarının düğümlerinde (nodes) fazladan bilgi saklama yetenekleri vardır. • ÖG’lerin kullanım yerleri: – Statik semantik belirlemesi – Derleyiçi tasarımı (kod üretimi, statik semantik kontrolü) Tercüme edip geliştiren: Doç. Dr. Zeki Bayram, DAÜ 1 -21

Özellik Gramerleri: Tanım • Özellik grameri, ortam bağımsız gramer G = (S, N, T, P) e aşağıdaki eklemelerle oluşur. – Her gramer sembolü x için bir özellik kümesi A(x) vardır – Her kuralda, bazı/tüm özelliklerin nasıl hesaplandıklarını gösteren fonksiyonlar vardır. – Her kuralda özelliklerinin tutarlılığını kontrol eden sıfır veya daha çok yüklem (predicate) vardır. Tercüme edip geliştiren: Doç. Dr. Zeki Bayram, DAÜ 1 -22

Özellik Gramerleri: Tanım • X 0 X 1. . . Xn bir kural olsun • A(X 0)’in herhangi bir elemanı kendi değeri için sadece X 1. . . Xn özelliklerinin değerlerine bağlı ise, sentezlenmiş (synthesized) bir özelliktir. • Aksi halde miras kalmış (inherited) bir özelliktir. • İlk başta, yapraklarda gerçek özellikler (hesaplanması gerekmeyen) ve değerleri bulunur. Tercüme edip geliştiren: Doç. Dr. Zeki Bayram, DAÜ 1 -23

Özellik Gramerleri : Örnek • Sentaks <assign> -> id = <expr> -> <expr> + id <expr> -> id • gerçek_tip: <expr> için sentezlenmiş • beklenen_tip: <expr> için miras kalmış Tercüme edip geliştiren: Doç. Dr. Zeki Bayram, DAÜ 1 -24

Özellik Gramerleri (devam) Sentaks kuralı: <assign> -> id = <expr> Semantik kurallar: <expr>. beklenen_tip lookup. Type(id. index) Yüklem: <expr>. beklenen_tip == <expr>. gerçek_tip • lookup. Type: sembol tablosundan bir değişkenin vs. tipini bakan fonksiyon Tercüme edip geliştiren: Doç. Dr. Zeki Bayram, DAÜ 1 -25

Özellik Gramerleri (devam) Sentaks kuralı: <expr> + id Semantik kurallar: <expr>1. gerçek_tip <expr>2. gerçek_tip <expr>2. beklenen_tip <expr>1. beklenen_tip Yüklemler: <expr>2. gerçek_tip == <expr>2. beklenen_tip <expr>2. gerçek_tip == lookup. Type(id. index) Tercüme edip geliştiren: Doç. Dr. Zeki Bayram, DAÜ 1 -26

Özellik Gramerleri (devam) Sentaks kuralı: <expr> -> id Semantik kurallar: <expr>. gerçek_tip lookup. Type(id. index) Tercüme edip geliştiren: Doç. Dr. Zeki Bayram, DAÜ 1 -27

Özellik Gramerleri (devam) • Özellik değerleri nasıl hesaplanır? – Bütün özellikler miras kalmış ise, ağaç yukarıdan aşağı doğru “süslenebilir” – Bütün özellikler sentezlenmiş ise, ağaç aşağıdan yukarı doğru “süslenebilir” – Çoğu zaman her iki tür özellik olduğundan, ağacın hem yukarıdan aşağı, hem de aşağıdan yukarı “süslenmesi” gerekir. Tercüme edip geliştiren: Doç. Dr. Zeki Bayram, DAÜ 1 -28

Semantik • Semantiği anlatmak için kabul gören tek bir yöntem yoktur. • Üç ana yaklaşım – Operasyonel semantik – Aksiyomatik semantik – Gösterimsel semantik Tercüme edip geliştiren: Doç. Dr. Zeki Bayram, DAÜ 1 -29

Operasyonel Semantik • Bir programın anlamı program ifadelerinin gerçek veya benzetimi yapılan bir makinenin üzerinde çalıştırılması ile elde edilir. Makinenin durumundaki değişiklik ifadelerin anlamını tanımlar. Tercüme edip geliştiren: Doç. Dr. Zeki Bayram, DAÜ 1 -30

Operasyonel Semantik (devam) • Yöntem: – İdeal özelliklerde bir bilgisayar tasarla – Bu ideal bilgisayar için bir simülatör yaz – Kaynak dilden ideal makine koduna bir derleyicinin kurallarını ver – Bu kuralları gerçekleştiren derleyici yaz Tercüme edip geliştiren: Doç. Dr. Zeki Bayram, DAÜ 1 -31

Operasyonel Semantik (devam) • Değerlendirme: – Çok detaya girmeden kullanılırsa iyi – Matematiksel kullanım karmaşık olabilir Tercüme edip geliştiren: Doç. Dr. Zeki Bayram, DAÜ 1 -32

Aksiyomatik Semantik • Matematiksel mantığa dayalı • İlk amacı: matematiksel program doğruluğu • Dildeki her ifade türü için bir aksiyom (çıkarım kuralı) var • Aksiyomların parçası olan mantık ifadelerine iddia denir. Tercüme edip geliştiren: Doç. Dr. Zeki Bayram, DAÜ 1 -33

Aksiyomatik Semantik (devam) • İfade öncesi bir iddia (öncekişart) değişkenler arasında o anda var olan ilişkileri belirtir • İfade sonrası iddialara sonrakişart denir. • En zayıf öncekişart en az sınırlaması olup da sonrakişartı garantileyen iddiadır. Tercüme edip geliştiren: Doç. Dr. Zeki Bayram, DAÜ 1 -34

Aksiyomatik semantik şekli • {P} ifade {Q} • Örnek – a = b + 1 {a > 1} – Olası bir öncekişart: {b > 10} – En zayıf öncekişart : {b > 0} Tercüme edip geliştiren: Doç. Dr. Zeki Bayram, DAÜ 1 -35

Program doğruluğunun ispatı • Tüm programın sonrakişartı istenilen neticedir – Sondan başlayıp geriye doğru gidin. Programın önşartına erişebilirseniz o zaman program doğrudur. Tercüme edip geliştiren: Doç. Dr. Zeki Bayram, DAÜ 1 -36

Aksiyomatik Semantik: Aksiyomlar • Atama ifadeleri için aksiyom: {Qx->E} x = E {Q} • Sonuç kuralı: Tercüme edip geliştiren: Doç. Dr. Zeki Bayram, DAÜ 1 -37

Aksiyomatik Semantik: Aksiyomlar • S 1; S 2 şeklinde sıralı ifadeler için çıkarım kuralı {P 1} S 1 {P 2} S 2 {P 3} Tercüme edip geliştiren: Doç. Dr. Zeki Bayram, DAÜ 1 -38

Aksiyomatik Semantik: Aksiyomlar • Ön testli döngüler için çıkarım kuralı {P} while B do S end {Q} I döngü değişmezi dir Tercüme edip geliştiren: Doç. Dr. Zeki Bayram, DAÜ 1 -39

Aksiyomatik Semantik: Aksiyomlar • Döngü değişmezinin özellikleri: I aşağıdaki şartları sağlamalı: – – P => I -- ilk başta doğru olmalı {I} B {I} -- Bnin çalışması I’yı değiştirmemeli {I and B} S {I} -- I dongü tarafından değiştirilmemeli (I and (not B)) => Q -- I doğru ise ve B yanlış ise Q doğru olmalı – Döngü son bulur Tercüme edip geliştiren: Doç. Dr. Zeki Bayram, DAÜ -- ispatı zor olabilir 1 -40

Döngü değişmezi • Döngü değişmezi hem bir önşarttır, hem de döngü sonrakişartının zayıflatılmış şeklidir • Döngüye girmeden önce doğru olmak için yeterince zayıf olmalı, ama dongü bitiş şartı ile birleştiğinde sonrakişartın doğruluğunu garanti etmeli Tercüme edip geliştiren: Doç. Dr. Zeki Bayram, DAÜ 1 -41

Aksiyomatik semantik değerlendirmesi • Dilin her ifadesi için çıkarım kuralı üretmek zordur. • Program doğruluğu ispatları ve programlar hakkında mantık neticelerine varmak için iyi bir araçtır • Programlama dilinin anlamını vermede kullanıcıIara ve derleyici yazanlara çok yararlı değildir Tercüme edip geliştiren: Doç. Dr. Zeki Bayram, DAÜ 1 -42

Gösterimsel Semantik • Özyinelemeli fonksiyon kuramına dayalı • En soyut semantik anlatım yöntemi • Scott ve Strachey tarafından geliştirildi (1970) Tercüme edip geliştiren: Doç. Dr. Zeki Bayram, DAÜ 1 -43

Gösterimsel Semantik (devam) • Bir dil için göserimsel sematik tanımlama yöntemi: - Her dil varlığı için matematiksel bir nesne tanımla • Dil varlıklarını matematiksel nesnelere eşleştiren bir fonksiyon tanımla. Tercüme edip geliştiren: Doç. Dr. Zeki Bayram, DAÜ 1 -44

Gösterimsel Semantik Değerlendirmesi • Programların doğruluğunu ispat için kullanılabilir • Programlar hakkında matematiksel kesinlikle düşünme yoludur • Dil tasarımına yardımcı olabilir • Derleyici üretim sistemlerinde kullanıldı • Karmaşıklığından dolayı, dil kullanıcılarına faydası sınırlı Tercüme edip geliştiren: Doç. Dr. Zeki Bayram, DAÜ 1 -45

Özet • BNŞ ve ortab bağımsız gramerler birbiri ile eşdeğer • Programlama dillerinin sentaksını tanımlamaya uygun • Özellik gramerleri dilin sentaksını ve statik semantiğini anlatmaya uygun • Dinamik semantik tanımı için üç ana yöntem: operasyonel, aksiyomatik ve gösterimsel Tercüme edip geliştiren: Doç. Dr. Zeki Bayram, DAÜ 1 -46