Semantica Operazionale di un frammento di Java lo

Semantica Operazionale di un frammento di Java: lo stato estensione (con piccole varianti) di quella in Barbuti, Mancarella, Turini, Elementi di Semantica Operazionale, appunti di Fondamenti di Programmazione 1

Semantica operazionale 4 modello di esecuzione – importanti soprattutto le strutture che compongono lo stato 4 simile alle strutture a run-time della JVM, che esegue il byte-code prodotto dal compilatore – con alcune semplificazioni legate alle ottimizzazioni effettuate dal compilatore 2

Cosa aggiungiamo 4 le gerarchie di classi – trattiamo l’ereditarietà ed l’overriding 4 l’attributo “static” per variabili e metodi – esistono variabili e metodi propri della classe 4 i costruttori – metodi che vengono invocati al momento della creazione di una istanza di classe 3

Semantica statica 4 nella formalizzazione trascuriamo tutti gli aspetti legati alla semantica statica – in particolare, quelli che darebbero origine a messaggi di errore durante la compilazione – tipi, visibilità dei nomi, vincoli sull’overriding 4 le proprietà statiche importanti verranno descritte in modo informale 4 semantica semplificata solo per programmi che supererebbero con successo l’analisi statica 4

Lo stato 4 pila di attivazioni s – per la valutazione dei metodi – simile alla pila dei record di attivazione nei linguaggi tradizionali 4 heap z – contiene gli oggetti (istanze di classi) 4 ambiente delle classi r – contiene le classi dichiarate prima dell’inizio dell’esecuzione 5

Ambiente delle classi r 4 r è una funzione da identificatori di classe a descrizioni di classe – r : Cenv – Cenv = Id -> Cdescr 4 cos’è una descrizione di classe? 4 vediamo prima la sintassi (semplificata) che usiamo per le dichiarazioni di classe 6

Dichiarazione di classe: sintassi Class_decl : = class Id extends Id { Static_var_decl_list Static_meth_decl_list Inst_var_decl_list Inst_meth_decl_list Costruttore } Cdescr = Id * Frame * Menv superclasse variabili istanza variabili statiche metodi istanza metodi statici il costruttore (sequenza di assegnamenti) viene aggiunto ai metodi istanza 7

Il frame 4 è una tabella (estendibile e mutabile) che mantiene associazioni fra – identificatori (di variabili) – valori • interi, booleani • locazioni (puntatori ad oggetti) 4 un frame j: Frame viene creato vuoto (newframe()) 4 l’operazione bind(j, i, v) estende j inserendo l’associazione tra i e v 4 l’operazione update(j, i, v) modifica in j l’associazione per i (che deve esistere) 4 l’operazione defined(j, i) dice se j contiene un’associazione per i 4 per ottenere il valore di una variabile, si applica il frame all’Id 8

Ambiente di metodi m 4 m è una funzione da identificatori di metodo a descrizioni di metodo – m : Menv – Menv = Id -> Mdescr 4 cos’è una descrizione di metodo? 4 vediamo prima la sintassi (semplificata) che usiamo per le dichiarazioni di metodo 9

Dichiarazione di metodo: sintassi Method_decl : = Id (Idlist) Blocco – ignoriamo i tipi – quando il metodo verrà invocato, dovrà sapere la classe o l’oggetto a cui appartiene Mdescr = Idlist * Blocco * ( Loc | Id ) parametri formali corpo del metodo nome di classe puntatore a oggetto 10

Operazioni sugli ambienti di metodi e di classi 4 cbind((r: Cenv), (i: Id), (c: Cdescr)) estende r 4 4 associando ad i il valore c cdefined(r: Cenv, i: Id) dice se r è definita per i mbind((m: Menv), (i: Id), (m: Mdescr)) estende m associando ad i il valore m mdefined(m : Menv, i: Id) dice se m è definita per i instantiate((m: Menv), (l: Loc)) crea un nuovo ambiente m 1 diverso da m perché tutte le descrizioni di metodi contengono l’oggetto l 11

La heap z 4 z è una funzione da locazioni a descrizioni di istanza (oggetto) – z : Heap – Heap = Loc -> Odescr 4 cos’è una descrizione di oggetto? Odescr = Id * Frame * Menv classe variabili di istanza metodi di istanza 12

Operazioni sullo heap 4 newheap() genera una heap vuota 4 newloc(z) genera una nuova locazione in z 4 hbind((z: Heap), (l: Loc), (o: Odescr)) estende z associando ad l il valore o 4 un oggetto viene creato con l’espressione new Id – – genera il valore o: Odescr a partire dalla classe Id l = newloc(z) hbind((z: Heap), (l: Loc), (o: Odescr)) restituisce l 13

La pila di attivazioni s 4 s è una pila di records di attivazione di metodi – s : Astack – Astack = Stack (Record) 4 il record di attivazione – oggetto o classe a cui il metodo appartiene – pila di frames (blocchi annidati) Record = ( Id | Loc ) * Stack(Frame) classe oggetto variabili locali 14

Operazioni sulle pile (record, frame) 4 emptystack() genera una pila vuota 4 top((p: Stack(x)) restituisce l’elemento di tipo x in testa a p 4 pop((p: Stack(x)) modifica p eliminando l’elemento in testa 4 push((p: Stack(x), (e: x)) modifica p inserendo l’elemento e in testa 4 empty((p: Stack(x)) verifica se p è vuota 15

Le strutture dello stato (riepilogo 1) 4 Ambiente delle classi Cenv = Id -> Cdescr = Id * Frame * Menv * Frame* Menv – cbind((r: Cenv), (i: Id), (c: Cdescr)) – cdefined((r: Cenv), (i: Id)) 4 Heap = Loc -> Odescr = Id * Frame * Menv – newheap() – newloc ((z: Heap)) – hbind((z: Heap), (l: Loc), (o: Odescr)) 16

Le strutture dello stato (riepilogo 2) 4 Pila delle attivazioni Astack = Stack (Record) Record = ( Id | Loc ) * Stack(Frame) – operazioni delle pile 17

Le strutture (ausiliarie) dello stato (riepilogo 3) 4 Ambiente dei metodi Menv = Id -> Mdescr = Idlist * Blocco * ( Loc | Id ) – mbind((m: Menv), (i: Id), (m: Mdescr)) – mdefined ((m: Menv), (i: Id)) – instantiate((m: Menv), (l: Loc)) 4 Frames Frame = Id -> Val = (Bool | Int | Loc) – newframe() – bind((j: Frame) , (i: Id), (v: Val)) – update((j: Frame) , (i: Id), (v: Val)) – defined((j: Frame), (i: Id)) 18

Uno stato (1) puntatore ad oggetto codice blocco f 1 codice blocco f 2 codice blocco f 3 C A a 23 f 1 (y, z) C b c 5 f 2 (w) C d ? e ? f 3 () f 4 (x) ? ? C () ? codice blocco f 4 codice blocco C B A Object 4 parte statica (classi) 19

Uno stato (2) x d 3 e C f 3 () f 4 (x) C () stack heap puntatori al codice dei metodi 4 parte dinamica (pila e heap) – è in esecuzione il metodo f 4 di una istanza di C 20

Cosa si “vede” in questo stato x d 3 e C f 3 () f 4 (x) C () stack heap puntatori al codice dei metodi 4 tutti i nomi delle classi – attraverso queste, le variabili ed i metodi statici 21

Cosa si “vede” in questo stato x d 3 e C f 3 () f 4 (x) C () stack heap puntatori al codice dei metodi 4 nomi di variabili (nell��’ordine) – stack locale – frame dell’oggetto a cui appartiene il metodo – frames (statici) lungo la catena di sottoclassi 22

Cosa si “vede” in questo stato x d 3 e C f 3 () f 4 (x) C () stack heap 4 nomi di metodi (nell�� ’ordine) puntatori al codice dei metodi – ambiente di metodi dell’oggetto a cui appartiene il metodo • lui incluso (ricorsione) – ambienti di metodi (statici) lungo la catena di sottoclassi 23