Compiladores Anlisis Semntico y Chequeo de Tipos Resumen

Compiladores Análisis Semántico y Chequeo de Tipos

Resumen • • • Introducción Tablas de Símbolos Chequeo Semántico Chequeo de Tipos Semántica de un Programa Orientado a Objetos Tipos Polimórficos Oscar Bonilla 2 Universidad Galileo

¿Dónde estamos? Programa (character stream) Analizador Léxico (Scanner) Token Stream Analizador Sintáctico (Parser) Arbol de Parseo Oscar Bonilla 3 Universidad Galileo

¿Dónde estamos? Programa (character stream) Analizador Léxico (Scanner) Token Stream Analizador Sintáctico (Parser) Arbol de Parseo Analizador Semántico Generador de Código Intermedio Representación Intermedia + Tabla de Símbolos Oscar Bonilla 4 Universidad Galileo

¿Qué es la semántica de un programa? • Sintáxis – Cómo se ve un programa – Representación textual o estructura – Es posible dar una definición matemática precisa • Semántica – Cuál es el significado del programa – Es más difícil dar una definición matemática precisa Oscar Bonilla 5 Universidad Galileo

Por qué hacer análisis semántico • Asegurarnos que el programa cumple con la definición del lenguaje de programación • Proveer mensajes de error útiles al usuario Oscar Bonilla 6 Universidad Galileo

Resumen • • • Introducción Tablas de Símbolos Chequeo Semántico Chequeo de Tipos Semántica de un Programa Orientado a Objetos Tipos Polimórficos Oscar Bonilla 7 Universidad Galileo

Tabla de Símbolos • Un lugar para guardar toda la información adicional acerca del programa – Representaciones intermedias: expresiones, statements, control de flujo, etc. – Tabla de Símbolos: Tipos, variables, scope, etc. Oscar Bonilla 8 Universidad Galileo

Scope • Un nombre puede tener significados distintos en lugares distintos – Tipos, variables, etc tiene scope (ámbito) • Tenemos que mantener una tabla de símbolos para cada scope Oscar Bonilla 9 Universidad Galileo

Operaciones en la tabla de símbolos • • make_table(parent_table) symbol_table scope(id) symbol_table lookup_variable(id, symbol_table) variable lookup_type(id, symbol_table) type get_type(variable) type add_type(id, symbol_table, type) type add_variable(id, symbol_table, type) variable Oscar Bonilla 10 Universidad Galileo

Siguiente Clase • Todo acerca de tablas de símbolos – Scopes y visibilidad – Información que se mantiene en la tabla de símbolos – Implementación de tablas de símbolos Oscar Bonilla 11 Universidad Galileo

Resumen • • • Introducción Tablas de Símbolos Chequeo Semántico Chequeo de Tipos Semántica de un Programa Orientado a Objetos Tipos Polimórficos Oscar Bonilla 12 Universidad Galileo

Chequeo Semántico • Chequeos estáticos vs. Chequeos dinámicos • Chequeos estáticos – Chequeos de control de flujo – Chequeos de unicidad – Chequeos de Tipo Oscar Bonilla 13 Universidad Galileo

Chequeos de Control de Flujo • El control de flujo del programa es sensitivo al contexto • Ejemplos: – Declaración de una variable debe ser visible al usarla (en scope) – Declaración de una variable debe estar ántes de usarla – Cada camino de salida (exit path) retorna un valor del tipo correcto • ¿Qué más? Oscar Bonilla 14 Universidad Galileo

Chequeos de Unicidad • Uso (y mal uso) de identificadores – No se puede representar en una CFG (mismo token) • Ejemplos: – Ningún identificador puede ser usado para dos definiciones diferentes en el mismo scope Oscar Bonilla 15 Universidad Galileo

Chequeos de Tipo • Los chequeos semánticos más extensos • Ejemplos: – Que el número de argumentos haga match con el número de parámetros formales y que los tipos correspondientes sean equivalentes – Si se llama como expresión, debe retornar un tipo – Cada acceso a una variable debe hacer match con la declaración (arreglo, estructura, etc. ) – Los identificadores en una expresión deben ser “evaluables” – LHS de una asignación debe ser “asignable” – En una expresión los tipos de las variables, tipos de retorno de métodos y de operadores deben ser “compatibles” Oscar Bonilla 16 Universidad Galileo

Chequeos Dinámicos • Chequeos de límites de arreglos • Chequeo de dereferencia del Null Pointer Oscar Bonilla 17 Universidad Galileo

Resumen • • • Introducción Tablas de Símbolos Chequeo Semántico Chequeo de Tipos Semántica de un Programa Orientado a Objetos Tipos Polimórficos Oscar Bonilla 18 Universidad Galileo

Sistemas de Tipos • Un sistema de tipos es usado para el chequeo de tipos • Un sistema de tipos incorpora – Construcciones estáticas del lenguaje – Noción de tipos – Reglas para asignar tipos a construcciones del lenguaje Oscar Bonilla 19 Universidad Galileo

Expresiones de Tipos • Un tipo compuesto es denotado por una expresión de tipo • Una expresión de tipo es – Un tipo básico – La aplicación de un constructor de tipo a otras expresiones de tipo Oscar Bonilla 20 Universidad Galileo

Expresiones de Tipos: Tipos Básicos • Tipos atómicos definidos por el lenguaje • Ejemplos: – – Enteros Booleanos floats caracteres • type_error – Tipo especial que produce un error • void – Tipo básico que denota “la ausencia de un valor” Oscar Bonilla 21 Universidad Galileo

Expresiones de Tipo: Nombres • Ya que las expresiones de tipos pueden ser nombradas, un nombre de tipo es una expresión de tipo Oscar Bonilla 22 Universidad Galileo

Expresiones de Tipo: Productos • Si T 1 y T 2 son expresiones de tipo, T 1 T 2 es también una expresión de tipo Oscar Bonilla 23 Universidad Galileo

Expresiones de Tipo: Arrays • Si T es una expresión de tipo, un array(T, I) es también una expresión de tipo – I es una constante entera que denota el número de elementos de tipo T – Ejemplo: int foo[128]; array(integer, 128) Oscar Bonilla 24 Universidad Galileo

Expresiones de Tipo: Function Calls • Matemáticamente una función mapea – Elementos de un conjunto (el dominio) – A elementos de otro conjunto (el contradominio) • Ejemplo int foobar(int a, boolean b, int c) integer boolean integer Oscar Bonilla 25 Universidad Galileo

Expresiones de Tipo: Otras • Records – Estructuras y clases – Ejemplo class { int i; int j; } integer • Lenguajes Funcionales – Funciones que toman funciones y retornan funciones – Ejemplo (integer integer) integer (integer integer) Oscar Bonilla 26 Universidad Galileo

Un lenguaje simple con tipos • Un lenguaje que tiene una secuencia de declaraciones seguidas de una sola expresión P D; E D D; D | id : T T char | integer | array [ num ] of T E literal | num | id | E + E | E [ E ] • Programa Ejemplo var: integer; var + 1023 Oscar Bonilla 27 Universidad Galileo

Un lenguaje simple con tipos • Un lenguaje que tiene una secuencia de declaraciones seguidas de una sola expresión P D; E D D; D | id : T T char | integer | array [ num ] of T E literal | num | id | E + E | E [ E ] • ¿Cuáles son las acciones del parser para este lenguaje? Oscar Bonilla 28 Universidad Galileo

Acciones del Parser P D; E D D; D D id : T { addtype(id. entry, T. type); } T char { T. type = char; } T integer { T. type = integer; } T array [ num ] of T 1 { T. type = array(T 1. type, num. val); } Oscar Bonilla 29 Universidad Galileo

Acciones del Parser E literal { E. type = char; } E num { E. type = integer; } E id { E. type = lookup_type(id. name); } Oscar Bonilla 30 Universidad Galileo

24 Acciones del Parser E E 1 + E 2 Oscar Bonilla { if E 1. type == integer and E 2. type == integer then E. type = integer else E. type = type_error } 31 Universidad Galileo

Acciones del Parser E E 1 [E 2 ] Oscar Bonilla { if E 2. type == integer and E 1. type == array(s, t) then E. type = s else E. type = type_error } 32 Universidad Galileo

Equivalencia de Tipos • ¿Cómo sabemos si dos tipos son iguales? – Mismo entrada de tipo – Ejemplo: int A[128]; foo(A); foo(int B[128]) { … } • Dos entradas de tipo distintas en dos tablas de símbolos distintas • Pero deberían ser iguales Oscar Bonilla 33 Universidad Galileo

Equivalencia Estructural • Si la expresión de tipo de dos tipos tiene la misma construcción, entonces son equivalentes • “Misma Construcción” – Tipos base equivalentes – Mismo conjunto de constructores de tipo son aplicados en el mismo orden (e. d. árbol de tipos equivalente) Oscar Bonilla 34 Universidad Galileo

Coerción de Tipos • Conversión implícita de un tipo a otro tipo • Ejemplo int A; float B; B = B + A • Dos tipos de coerción – widening conversions – narrowing conversions Oscar Bonilla 35 Universidad Galileo

Widening conversions • Conversiones sin pérdida de información • Ejemplos: – integers a floats – shorts a longs Oscar Bonilla 36 Universidad Galileo

Narrowing conversions • Conversiones que pueden perder información • Ejemplos: – integers a chars – longs a shorts • Raro en lenguajes Oscar Bonilla 37 Universidad Galileo

Type casting • Conversión explícita de un tipo a otro • Tanto widening como narrowing • Ejemplo int A; float B; A = A + (int)B • Typecasting ilimitado puede ser peligroso Oscar Bonilla 38 Universidad Galileo

Pregunta: • ¿Podemos asignarle un solo tipo a todas las variables, funciones y operadores? • ¿Qué hay de +, cuál es su tipo? Oscar Bonilla 39 Universidad Galileo

Overloading • Algunos operadores pueden tener más de un tipo. • Ejemplo int A, B, C; float X, Y, Z; A = A + B X = X + Y • Complica el sistema de tipos – Ejemplo A = A + X • ¿Cuál es el tipo de + ? Oscar Bonilla 40 Universidad Galileo

Resumen • • • Introducción Tablas de Símbolos Chequeo Semántico Chequeo de Tipos Semántica de un Programa Orientado a Objetos Tipos Polimórficos Oscar Bonilla 41 Universidad Galileo

Clases • Una clase es un tipo de datos abstracto • Contiene – Datos (campos) – Acciones (métodos) – Restricciones de acceso • Cada instancia de una clase va a crear un objeto separado – Con su propia copia de las variables instanciadas (compos) – Comparte las acciones (métodos) Oscar Bonilla 42 Universidad Galileo

Clase Ejemplo campo class vehicle { int num_wheels; void print_num_wheels( ) } { … } método vehicle A; A. print_num_wheels( ) • El Objeto es un parámetro implícito de la llamada del método Oscar Bonilla 43 Universidad Galileo

Herencia • Extiende las clases al permitirles relaciones de supertipo/subtipo • Soporta reuso de código incremental – Partes comúnes en un supertipo común – Diferencias individuales en cada subtipo Oscar Bonilla 44 Universidad Galileo

Ejemplo de Herencia class SUV extends vehicle { int rollover_speed; int get_rollover_speed( ) { … } void print_rollover_speed( ) { … } } • La clase SUV es una subclase de la clase vehicle • La clase vehicle es una superclase de la clase SUV • Una instancia (objeto) de la clase SUV contiene – Todos los campos de la clase vehicle – Todos los campos de la clase SUV • Los métodos tanto en SUV como en vehicle son visibles a la clase SUV Oscar Bonilla 45 Universidad Galileo

Herencia • Herencia Sencilla – Cuando cada clase está restringida a tener una sola superclase inmediata (máximo) • Herencia Múltiple – Cuando cada clase puede tener más de una superclase inmediata Oscar Bonilla 46 Universidad Galileo

Jerarquía de Herencia • La relación subclase/superclase – Definida por los “extends” – Puede ser modelada mediante un grafo acíclico dirigido (DAG) Oscar Bonilla 47 Universidad Galileo

Jerarquía de Herencia vehicle SUV 4 wd • • car 2 wd 2 -door 4 -door motorbike 5 -door Car es un hijo de vehicle (subclase inmediata) Vehicle es un padre de SUV (superclase inmediata) 4 wd es un descendiente de vehicle (subclase) Vehicle es un ancestro de 2 -door (superclase) Oscar Bonilla 48 Universidad Galileo

Reglas de Control de Acceso • Conjunto de tipos de control de acceso usados por un lenguaje OO genérico (e. d. Espresso) – Visibilidad en scope – Acceso a datos – Acceso a métodos públicos – Acceso a métodos privados • Muchos lenguajes OO tienen controles de acceso más complicados Oscar Bonilla 49 Universidad Galileo

Visibilidad en Scope • Las variables y los campos de una clase pueden ser declarados en cualquier parte en el programa en la que se permita una declaración y la definición de la clase esté visible • Si un campo en una subclase y superclase usa el mismo nombre – La resolución de nombres se hace usando reglas de scope – Se trata el scope de la subclase dentro del scope de la superclase Oscar Bonilla 50 Universidad Galileo

Acceso a Datos • Los campos de datos de una clase sólo pueden ser accesados por los métodos definidos en esa clase • Una variación más permisiva: – Todos los métodos de las subclases pueden accesar los campos en la superclase Oscar Bonilla 51 Universidad Galileo

Acceso a métodos públicos • Todos los métodos públicos de una clase pueden ser invocados por cualquier método que pueda declarar una variable o un campo del tipo de la clase Oscar Bonilla 52 Universidad Galileo

Acceso a métodos privados • Los métodos privados de una clase sólo pueden ser invocados por: – Los métodos de esa clase – Los métodos de cualquier clase que sea descendiente de la clase Oscar Bonilla 53 Universidad Galileo

Ejemplo: control de acceso de C++ • Una clase puede ser friend de otra clase • Los métodos y campos pueden ser – private: visibles a funciones miembro y friends – protected: visibles a funciones miembro, friends, y clases derivadas (y sus friends) – public: pueden ser usados por cualquier función Oscar Bonilla 54 Universidad Galileo

Conversión automática de tipos • Una expresión de una clase es coercionada a una clase ancestro cuando se requiera – Pero no al revés – Llamado “up-casting” – Siempre legal porque la subclase contiene todos los campos de la superclase • Down-casting – Esto es más permisivo – Conversión explícita de una clase ancestro a una clase descendiente – Sólo tiene sentido si el objeto fue creado inicialmente como en la subclase, pero después convertido a la superclase – No puede chequearse en tiempo de compilación Oscar Bonilla 55 Universidad Galileo

Métodos Estáticos vs. Dinámicos • Consecuencia de up-casting – Implementación del método declarado en una superclase puede ser desconocida al momento de compilar – El método es sobreescrito en una subclase – Variaciones de Lenguajes • Todos los métodos no declarados estáticos pueden ser up-casted • Sólo los métodos declarados virtuales pueden ser up-casted – Análisis e implementación de métodos dinámicos • No se puede efectuar ningún chequeo semántico • Necesitamos soporte en tiempo de corrida (runtime) al generar el código Oscar Bonilla 56 Universidad Galileo

Herencia vs. Agregación • Una clase T 2 es una agregación de una clase T 1 si T 2 contiene uno o más campos de tipo T 1 – A diferencia de la herencia, T 2 no puede accesar campos o métodos privados en T 1 • ¿Cuándo heredear y cuándo agregar? – heredar: T 2 es un T 1 – agregar: T 2 tiene un T 1 Oscar Bonilla 57 Universidad Galileo

Ejemplo: Herencia vs. Agregación • SUV es un vehículo • SUV tiene un motor class vehiculo { … } class SUV extends vehiculo { motor power_plant; … } Oscar Bonilla 58 Universidad Galileo

Herencia múltiple • Permite que una clase sea una extensión de múltiples clases – Lleva a semánticas más complicadas para subtipos Oscar Bonilla 59 Universidad Galileo

Ejemplo de Herencia Múltiple class vehicle { … } class yuppie_toys { … } class SUV extends vehicle, yuppie_toys { … } Oscar Bonilla 60 Universidad Galileo

Jerarquía de Herencia Múltiple toys yuppie_toy vehicle SUV 4 wd teen_toy car 2 wd 2 -door 4 -door motorbike 5 -door • Jerarquía de Herencia Múltiple es un DAG • Pregunta: ¿Sí tanto yuppie_toys como vehicle tienen un método price() cuándo SUV invoque a price, qué método se invoca? Oscar Bonilla 61 Universidad Galileo

Jerarquía de Herencia Múltiple big_ticket_items toys yuppie_toy vehicle SUV 4 wd teen_toy car 2 wd 2 -door 4 -door motorbike 5 -door • Es todavía más complicado cuándo hay un ancestro común • Pregunta: ¿Cuántas instancias de bti van a ser incluidas en la clase SUV? Oscar Bonilla 62 Universidad Galileo

Resumen • • • Introducción Tablas de Símbolos Chequeo Semántico Chequeo de Tipos Semántica de un Programa Orientado a Objetos Tipos Polimórficos Oscar Bonilla 63 Universidad Galileo

¿Qué es un tipo polimórfico? • Procedimientos ordinarios permiten que el cuerpo sea ejecutado con argumentos de tipo fijo • Cada llamada a un procedimiento polimórfico ejecuta el cuerpo con el tipo de los argumentos • Beneficios del polimorfismo – Reuso de Código – Ejemplo • El mismo procedimiento puede aplicarse a una lista de enteros o a una lista de strings Oscar Bonilla 64 Universidad Galileo

Polimorfismo Paramétrico • Los procedimientos tienen tipos paramétrizados • Instanciamos el procedimiento con un tipo determinado de datos • Templates en C++ • Ejemplo: template<class T> class linked_list_elem { T elem; linked_list_elem * next; . . . } lined_list_elem<int> integer_list; lined_list_elem<foo> foo_list; Oscar Bonilla 65 Universidad Galileo

Lecturas • Tigre – 6. 1, Capítulos 7 y 8 • Ballena – 4. 1, 4. 2, 4. 3, 4. 4, 4. 5 • Dragón – Capítulo 8 Oscar Bonilla 66 Universidad Galileo