Elementos para el estudio de los compiladores

Transcripción

1 Ing. Adrian Ulises Mercado Martínez Enero 30, 2015 Ing. Adrian Ulises Mercado Martínez Enero 30, / 51

2 1 Objetivo 2 Historia 3 Traductor Tipo de Traductores Compilador Intérprete Máquina Virtual 4 Sistema de procesamiento de lenguaje 5 Fases de compilación 6 División de un compilador en etapas y módulos 7 Diagramas T Ing. Adrian Ulises Mercado Martínez Enero 30, / 51

3 Objetivo 1 Objetivo Ing. Adrian Ulises Mercado Martínez Enero 30, / 51

4 Objetivo Objetivo El alumno describirá las etapas del proceso de compilación, sin importar el tipo de traductor del que se trate. Ing. Adrian Ulises Mercado Martínez Enero 30, / 51

5 Historia 2 Historia Ing. Adrian Ulises Mercado Martínez Enero 30, / 51

6 Historia Historia 1940 Primeras computadoras Programación en código máquina Primeros ensambladores El proceso de ensamblado se vuelve automático 1950 John Backus dirige en IBM un proyecto de lenguaje algebraico Primer compilador de FORTRAN Primer compilador de FORTRAN para IBM modelo 704 Noam Chomsky publica sus estudios sobre la estructura de los lenguajes formales. Ing. Adrian Ulises Mercado Martínez Enero 30, / 51

7 Historia finales de 1950 Bauer dirige un proyecto de lenguaje formal (Universidad Munich) Se crea un cómitre con la Association for Computing Machinery, en el que participa Backus. Se define IAL(International Algebraic Language) IAL recibe el nombre de ALGOL 58 Definido en notación BNF (Backus-Naur Form) Declaración de variables Estructura modular Funciones recursivas Paso de parámetros por valor o por nombre Precursor de Pascal, Ada y Modula. Ing. Adrian Ulises Mercado Martínez Enero 30, / 51

8 Historia 1960 Primeras técnicas de desarrollo de compiladores Strong y otros dividen las fase de compilación en dos etapas: front-end y back-end y promueven la creación de UNCOL, lenguaje intermedio universal Rabin y Scott proponen el uso de AFD s para el análisis léxico Primer analizador sintáctico descendente recursivo Durante la década se estudian las gramáticas LL Ing. Adrian Ulises Mercado Martínez Enero 30, / 51

9 Historia Década de 1970 Se estudian las gramáticas LR Se definen los métodos de análisis ascendente SLR y LARL Se crean muchas herramientas para ayuda de diseño de compiladores. Aparecen lex y yacc Surgen flex y bison Generación de código Se usaba la gestión de memoria estática. Se desarrolla la pila como forma de gestionar la memoria. El uso de la memoria dinámica genera el uso del montículo(heap) como zona de memoria dinámica. Surgen problemas con respecto a las perdidas de referencia o la recolección de basura. Ing. Adrian Ulises Mercado Martínez Enero 30, / 51

10 Historia Últimos años Optimización de código Máquinas virtuales y auge de los lenguajes interpretados. Ing. Adrian Ulises Mercado Martínez Enero 30, / 51

11 Traductor 3 Traductor Ing. Adrian Ulises Mercado Martínez Enero 30, / 51

12 Traductor Traductor Un traductor es el software que se encarga de llevar un proceso de traducción de un lenguaje de entrada (lenguaje fuente) a otro de salida o destino (lenguaje objeto) Ing. Adrian Ulises Mercado Martínez Enero 30, / 51

13 Traductor Tipo de Traductores Maquina Virtual Traductor Ensamblador Interprete Compilador Ing. Adrian Ulises Mercado Martínez Enero 30, / 51

14 Traductor Tipo de Traductores Elementos del estudio de los compiladores Lenguaje Ensamblador Ensamblador Código Máquina Ensamblador Es un traductor para el lenguaje ensamblador de una computadora en particular. Lenguaje ensamblador Es un lenguaje de programación de bajo nivel, que representa las instrucciones binarias de una computadora en particular mediante mnemónicos. Ing. Adrian Ulises Mercado Martínez Enero 30, / 51

15 Traductor Compilador Elementos del estudio de los compiladores Compilador Programa Fuente Compilador Programa Objeto Compilador Es el programa que realiza el análisis y síntesis de un programa fuente a un programa objeto(no necesariamente programas de bajo nivel). Ing. Adrian Ulises Mercado Martínez Enero 30, / 51

16 Traductor Compilador Elementos del estudio de los compiladores Tipos de compiladores Compilador Cruzado Es aquel compilador que se ejecuta en una arquitectura distinta de la que genera el código objeto. Compilador Source to source Es un compilador que recibe como entrada un archivo escrito en lenguaje de alto nivel y como salida genera un programa escrito en un lenguaje de alto nivel distinto al de entrada. Ing. Adrian Ulises Mercado Martínez Enero 30, / 51

17 Traductor Intérprete Elementos del estudio de los compiladores Programa Fuente Intérprete Salidas Entradas Intérprete Un intérprete es un traductor que no genera como salida código fuente, en lugar de ello las instrucciones de código fuente son ejecutadas directamente y la salida son los resultados de ejecutar el programa. Ing. Adrian Ulises Mercado Martínez Enero 30, / 51

18 Traductor Máquina Virtual Elementos del estudio de los compiladores Programa Fuente Compilador Programa intermedio Entradas Intérprete Salidas Máquina Virtual Es un tipo de traductor que se construye a base de un compilador y un intérprete, en este caso el compilador genera un programa que será ejecutado por el intérprete. Ing. Adrian Ulises Mercado Martínez Enero 30, / 51

19 Sistema de procesamiento de lenguaje 4 Sistema de procesamiento de lenguaje Ing. Adrian Ulises Mercado Martínez Enero 30, / 51

20 Sistema de procesamiento de lenguaje Procesador de lenguaje Programa Fuente Preprocesador Programa fuente con código de bibliotecas Compilador Programa objeto en lenguaje ensamblador Ensamblador Código máquina relocalizable Enlazador/Cargador Archivos objeto de Biblioteca Código máquina ejecutable Ing. Adrian Ulises Mercado Martínez Enero 30, / 51

21 Sistema de procesamiento de lenguaje Elementos del estudio de los compiladores Preprocesador 1 Programa separado del compilador que es invocado antes de la traducción real 2 Elimina los comentarios. 3 Incluye los archivos de las bibliotecas. 4 Sustituye las macros. Ing. Adrian Ulises Mercado Martínez Enero 30, / 51

22 Sistema de procesamiento de lenguaje Elementos del estudio de los compiladores Enlazadores 1 Recopila el código ensamblado en archivos separados a un solo archivo objeto. 2 Conecta el código objeto con el código de las bibliotecas. 3 Conecta el código objeto con los recursos administrados por el sistema operativo. Cargadores 1 Sustituye las localidades de memoria relativa a una referencia inmediata. 2 Las direcciones nuevos son de memoria absoluta. 3 La carga del programa ser realiza en conjunto con el enlazado del programa fuente. Ing. Adrian Ulises Mercado Martínez Enero 30, / 51

23 Fases de compilación 5 Fases de compilación Ing. Adrian Ulises Mercado Martínez Enero 30, / 51

24 Fases de compilación Elementos del estudio de los compiladores Programa Fuente Análisis Léxico Tokens Análisis Sintáctico Árbol Sintáctico Análisis Semántico Árbol Sintáctico Anotado Generación de Código Intermedio Tabla de Símbolos Código Intermedio Optimización de Código Intermedio Tabla de Tipos Código Intermedio Generación de código Objeto Manejador de errores Código Objeto Optimización de Código Objeto Código Objeto Ing. Adrian Ulises Mercado Martínez Enero 30, / 51

25 Fases de compilación Estructuras de Símbolos y tipos Tabla de Símbolos 1 Estructura de datos que mantiene la información asociada con los identificadores: funciones, variables, constantes. 2 Interactúa con todas las fases del compilador. 3 Las operaciones de inserción, eliminación y búsqueda, necesitan ser eficientes, es decir operaciones de tiempo constante. Ing. Adrian Ulises Mercado Martínez Enero 30, / 51

26 Fases de compilación Elemenntos para el estudio de los compiladores Estructuras de Símbolos y tipos Tabla de Literales o cadenas 1 Estructura de datos que almacena la información acerca de las constantes y las cadenas. 2 Interactúa con todas las fases del compilador. 3 Ayuda a reducir el tamaño de un programa al almacenar las constantes y las cadenas que se utilizan con mayor frecuencia. Se debe impedir la eliminación de los datos de la tabla. 4 Es necesaria para que el compilador genere direcciones simbólicas para cada cadena o literal Ing. Adrian Ulises Mercado Martínez Enero 30, / 51

27 Fases de compilación Elemenbtos para el estudio de los compiladores Estructuras de Símbolos y tipos Tabla de Tipos 1 Estructura de datos que mantiene la información asociada con los tipos nativos del lenguaje de programación, así como los tipos de datos generados por el usuario: arreglos, clases, estructuras. 2 Interactúa con todas las fases del compilador. 3 Las operaciones de inserción, búsqueda y eliminación también deben ser eficientes debido a su gran uso en el proceso de compilación. Ing. Adrian Ulises Mercado Martínez Enero 30, / 51

28 Fases de compilación Análisis Léxico 1 Primera fase de un compilador. 2 Se encarga de separar el código fuente en tokens. 3 Un token es una tupla formada por < clase léxica, un valor de token> Diagrama Tokens Programa Fuente Análisis Léxico Análisis Sintáctico next token Ing. Adrian Ulises Mercado Martínez Enero 30, / 51

29 Fases de compilación Programa Fuente en C posicion = inicial + velocidad*60; Ejemplo Los tokens que salen del análisis léxico son: 1 <id, 1>, el número indica la posición en la tabla de símbolos. 2 <op, => 3 <id, 2> 4 <op, +> 5 <id, 3> 6 <op, *> 7 <num, 60> 8 <signo, ;> Ing. Adrian Ulises Mercado Martínez Enero 30, / 51

30 Fases de compilación Análisis Sintáctico 1 Segunda fase de compilación. 2 Utiliza los tokens para construir una estructura de datos llamada árbol sintáctico. 3 Las reglas de construcción de árbol sintáctico están definidas por una GLC. 4 Si el árbol sintáctico se puede construir, la cadena de entrada pertenece al lenguaje en caso contrario la cadena no pertenece. Diagrama Tokens Análisis Léxico Análisis Sintáctico Árbol Sintáctico next token Ing. Adrian Ulises Mercado Martínez Enero 30, / 51

31 Fases de compilación Ejemplo = id1 + id2 * id3 60 Ing. Adrian Ulises Mercado Martínez Enero 30, / 51

32 Fases de compilación Análisis Semántico El Análisis Semántico es la fase encargada de revisar la coherencia del programa fuente, es decir; recolecta el tipo de las variables, verifica el tipo de operandos en una operación, valida que las variables se hayan declarado antes de usarse, esta información y mucha mas se debe guardar en los nodos del árbol sintáctico. Diagrama Análisis Sintáctico Árbol Sintáctico Análisis Semántico Árbol Sintáctico con anotaciones Ing. Adrian Ulises Mercado Martínez Enero 30, / 51

33 Fases de compilación Ejemplo = id1, float + id2,float * id3,float 60, int Ing. Adrian Ulises Mercado Martínez Enero 30, / 51

34 Fases de compilación Generación de código Intermedio Esta fase de compilación se encarga de convertir el árbol sintáctico con la información adicional que agrego el análisis semántico en código intermedio. El código intermedio es una representación mas próxima al código máquina, pero sigue siendo independiente de la arquitectura final. Diagrama Árbol Sintáctico con anotaciones Análisis Semántico Generación de codigo iitermedio Código Intermedio Ing. Adrian Ulises Mercado Martínez Enero 30, / 51

35 Fases de compilación Ejemplo t1 = inttofloat(60) t2 = id3 * t1 t3 = id2 + t2 id1 = t3 Ing. Adrian Ulises Mercado Martínez Enero 30, / 51

36 Fases de compilación Optimización de Código Intermedio En esta fase se aplican varios algoritmos de optimización al código intermedio generado en la fase anterior para obtener código intermedio con mayor eficiencia. Ejemplo t1 = id3 * 60.0 id1 = id2 + t1 Ing. Adrian Ulises Mercado Martínez Enero 30, / 51

37 Fases de compilación Generación de Código Objeto Esta es la última fase de compilación que se encarga de convertir el código intermedio en código objeto, que por lo general es código en lenguaje ensamblador. Ejemplo LDF R2, id3 MULF R2, R2, #60.0 LDF R1, id2 ADDF R1, R1, R2 STF id1, R1 Ing. Adrian Ulises Mercado Martínez Enero 30, / 51

38 Fases de compilación Ing. Adrian Ulises Mercado Martínez Enero 30, / 51

39 División de un compilador en etapas y módulos 6 División de un compilador en etapas y módulos Ing. Adrian Ulises Mercado Martínez Enero 30, / 51

40 División de un compilador en etapas y módulos Etapas de un compilador La etapa de Análisis se encarga de revisar que toda la estructura del programa sea correcta y se pueda traducir al código objetivo. La etapa de Síntesis se encargar de transformar el árbol sintáctico en código objeto. Ing. Adrian Ulises Mercado Martínez Enero 30, / 51

41 División de un compilador en etapas y módulos El proceso de compilación consta de dos etapas: Análisis y Síntesis Programa Fuente Análisis Léxico Tokens Análisis Sintáctico Árbol Sintáctico Análisis Semántico Árbol Sintáctico Anotado Generación de Código Intermedio Código Intermedio Optimización de Código Intermedio Código Intermedio Generación de Código Objeto Código Objeto Optimización de Código Objeto Código Objeto Tabla de Símbolos Tabla de Tipos Manejador de errores Ing. Adrian Ulises Mercado Martínez Enero 30, / 51

42 División de un compilador en etapas y módulos Clasificación de las fases de compilación en front-end y back-end Programa Fuente Análisis Léxico Tokens Análisis Sintáctico Árbol Sintáctico Análisis Semántico Árbol Sintáctico Anotado Generación de Código Intermedio Tabla de Símbolos Código Intermedio Optimización de Código Intermedio Tabla de Tipos Código Intermedio Generación de código Objeto Manejador de errores Código Objeto Optimización de Código Objeto Código Objeto Ing. Adrian Ulises Mercado Martínez Enero 30, / 51

43 División de un compilador en etapas y módulos Front-end y Back-end Un compilador también puede dividirse en dos módulos funcionales: Front-end y Back-end El Front-end revisa la estructura del programa fuente y genera el código objeto que es la entrada para cualquier back-end que traduzca ese código intermedio en código de máquina. El Back-end este modulo traduce el código objeto en código máquina lo que se pueden tener varios back-end para un mismo código intermedio que lo transforme en distintos códigos de máquina. Ing. Adrian Ulises Mercado Martínez Enero 30, / 51

44 Diagramas T 7 Diagramas T Ing. Adrian Ulises Mercado Martínez Enero 30, / 51

45 Diagramas T Un compilador escrito en lenguaje H que traduce lenguaje S a lenguaje T. Si se tienen dos compiladores que se ejecutan en la misma máquina H, uno de los que traduce lenguaje A al lenguaje B mientras que el otro traduce el lenguaje B al C; dejando que la salida del primero sea la entrada al segundo. Entonces podemos combinarlos dejando que la salida del primero sea la entrada al segundo. El resultado es un compilador de A a C en máquina H. Ing. Adrian Ulises Mercado Martínez Enero 30, / 51

46 Diagramas T Podemos utilizar un compilador de la máquina H a la máquina K para traducir el lenguaje de implementación de otro compilador de H a K. Esto se expresa de la siguiente manera. Utilizando un compilador existente para el lenguaje B en la máquina H para traducir un compilador de lenguaje A a H escrito en B, puede verse como sigue. Ing. Adrian Ulises Mercado Martínez Enero 30, / 51

47 Diagramas T Ahora el compilador de lenguaje B se ejecuta en una máquina diferente, lo cual resulta en un compilador cruzado para A y puede describirse de la siguiente manera: Arranque de un compilador Es común escribir un compilador en el mismo lenguaje que está por compilarse Ing. Adrian Ulises Mercado Martínez Enero 30, / 51

48 Diagramas T El proceso de construcción consta se dos fases. Se puede escribir un compilador rápido e impreciso en lenguaje ensamblador o algún otro lenguaje de alto nivel, traduciendo solamente las características que en realidad sean utilizadas en el compilador.(fase 1) Este compilador puede ser ineficiente pero una vez en ejecución se utiliza para compilar el compilador eficiente y preciso para producir la versión final.(fase 2) Después del arranque automático se tiene un compilador tanto en código fuente como en código ejecutable. Ing. Adrian Ulises Mercado Martínez Enero 30, / 51

49 Diagramas T FASE 1 FASE 2 Ing. Adrian Ulises Mercado Martínez Enero 30, / 51

50 Diagramas T La ventaja de este proceso es que cualquier mejoramiento al código fuente del compilador puede ser transferido inmediatamente a un compilador que este trabajando, aplicando el mismo proceso Otra ventaja es que transportar ahora el compilador a una nueva computadora anfitrión solamente requiere que la etapa final del código fuente vuelva a escribirse para generar código para la nueva máquina. Se compila utilizando el compilador antiguo para producir un compilador cruzado y el compilador es nuevamente recompilado mediante uno cruzado para una versión de trabajo para una nueva máquina. Ing. Adrian Ulises Mercado Martínez Enero 30, / 51

51 Diagramas T Ing. Adrian Ulises Mercado Martínez Enero 30, / 51