Informatica 3. LEZIONE 2: Sintassi e semantica

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1 Informatica 3 LEZIONE 2: Sintassi e semantica Modulo 1: Introduzione ai concetti di sintassi e semantica Modulo 2: Il concetto di binding Modulo 3: Variabili Modulo 4: Routine Convenzioni dei nomi

2 Informatica 3 Lezione 2- Modulo 1 Introduzione ai concetti di sintassi e semantica

3 Le componenti di un linguaggio di programmazione Un linguaggio di programmazione è una notazione formale caratterizzata da due componenti: Sintassi: insieme di regole formali che specificano la composizione di programmi Per determinare se un programma è valido Semantica: insieme di regole che specificano il significato di un programma sintatticamente valido Per determinare l effetto di un programma Notazioni formali Semantica operazionale: comportamento di un processore astratto che esegue il programma scritto nel linguaggio di programmazione

4 Sintassi di un linguaggio Sintassi: regole che definiscono le sequenze valide di simboli Frasi come sequenze di parole Parole: definite su un alfabeto Regole lessicali: insieme di caratteri che costituiscono l alfabeto del linguaggio Esempi: Caratteri maiuscoli e minuscoli differiscono in C/C++ ma sono identici in Pascal L operatore diverso è:!= in C/C++ e <> in Pascal

5 EBNF regole sintattiche on erminale terminale EBNF=Extended Backus Naur Form Metalinguaggio con metasimboli ::= < > * + Regole sintattiche: <programma> ::= { <istruzione>* } non terminale definito da regole lessical <istruzione> ::= <assegnamento> <condizione> <ciclo> <assegnamento> ::= <identificatore> = <espr> ; <condizione> ::= if <espr> { <istruzione> + } if <espr> { <istruzione> + } else { <istruzione> + } <ciclo> ::= while <espr> { <istruzione> + } <espr> ::= <identificatore> <numero> ( <espr> ) <espr> <operatore> <espr>

6 EBNF regole lessicali Regole lessicali: <operatore> ::= + - * / = /= < > <= >= <identificatore> ::= <lettera> <ld>* <ld> ::= <lettera> <cifra> <numero> ::= <cifra>+ <lettera> ::= a b c... z <cifra> ::=

7 Diagrammi sintattici programma { } istruzione istruzione assegnamento condizione ciclo assegnamento identificatore = espressione

8 Diagrammi sintattici condizione if espressione { istruzione } else { istruzione } ciclo while espressione { istruzione } espressione espressione operatore espressione identificatore numero { espressione }

9 Sintassi astratta e concreta Costrutti in linguaggi diversi possono avere la stessa struttura concettuale, ma avere regole lessicali diverse: while (x!=y) { } while x<>y do begin end Stessa sintassi astratta Diversa sintassi concreta

10 Sintassi concreta e usabilità <> è più leggibile di!= Se il ciclo contiene una singola istruzione le { } possono essere omesse Facile commettere errori!! while (num!=0){ cin >> num; } while (num!=0) cin >> num; while num <> 0 do end

11 Informatica 3 Lezione 2- Modulo 2 Il concetto di binding

12 Il concetto di binding I programmi sono costituiti da entità variabili, routine, istruzioni Le entità sono caratterizzate da attributi Variabile: nome, tipo, area di memoria Routine: nome, parametri, modalità di passaggio parametri Binding: associa un valore agli attributi Per ogni entità le informazioni sulle entità sono contenute in un descrittore

13 Binding Concetto fondamentale nella definizione della semantica di un linguaggio Linguaggi diversi presentano Un numero di entità diverse Un numero di attributi diversi per ogni entità Tempi di binding diversi (es. a tempo di compilazione o esecuzione) Stabilità differenti di binding (fissi o modificabili) Binding statico: non può essere modificato Binding dinamico: modificabile durante l esecuzione

14 Linguaggi e binding Binding definito dalla definizione del linguaggio: Esempio: interi insieme di operazioni eseguibili (Fortran, Ada, C, C++) Binding definito dall implementazione del linguaggio: Esempio: interi rappresentazione in memoria (Fortran, Ada, C, C++) Binding definito a tempo di compilazione: Esempio: in Pascal il binding degli interi avviene durante la compilazione Binding definito a tempo di esecuzione: Maggior parte dei linguaggi di programmazione Esempio alle variabili vengono associati dei valori durante l esecuzione Binding dinamico

15 Informatica 3 Lezione 2- Modulo 3 Variabili

16 Variabili I linguaggi di programmazione possono essere visti come un astrazione del comportamento dei computer convenzionali: Memoria centrale consiste di celle elementari identificate da un indirizzo Il contenuto di una cella rappresenta un valore (codificato) Il valore può essere modificato (nuova codifica) durante l esecuzione di un programma Variabile: astrazione del concetto di cella di memoria Nome di variabile: astrazione dell indirizzo della cella di memoria Istruzione di assegnamento: astrazione della modifica del valore di una cella Formalmente: variabile = <nome, scope, tipo, l-value, r-value>

17 Nome e regole di visibilità variabile = <nome, scope, tipo, l-value, r-value> Nome: stringa di caratteri che denota la variabile Solitamente introdotto tramite una dichiarazione Visibilità (o scope): insieme di istruzioni a cui il nome è noto Dal punto in cui la variabile viene dichiarata fino ad un punto di chiusura successivo Un programma può manipolare le variabili tramite il loro nome all interno del loro scope Una variabile è visibile con il suo nome all interno del suo scope

18 Nome e regole di visibilità Le regole di binding di una variabile all interno del suo scope dipendono dal linguaggio Binding statico dello scope Lo scope viene definito staticamente, tramite una dichiarazione implicita o esplicita, senza dover eseguire il programma Maggior parte di linguaggi di programmazione (C/C++) Binding dinamico dello scope Lo scope viene definito durante l esecuzione del programma APL, vecchi LISP, SNOBOL4

19 Esempio di binding dinamico dello scope { } { } { } /* blocco A */ int x; /* blocco B */ int x; /* blocco C */ x =...; Esempio: A C; B C Regole semplici da implementare Implementazione meno efficiente Programmi difficili da leggere

20 Tipo variabile = <nome, scope, tipo, l-value, r-value> Tipo di una variabile: insieme di valori che possono essere associati alla variabile operazioni per creare, accedere, modificare tali valori +

21 Tipi e binding Tipi predefiniti (esempio: int) Il nome del tipo viene associato tramite binding alla classe di valori e all insieme di operazioni definite dal linguaggio I valori e le operazioni vengono associate tramite binding alla rappresentazione della macchina durante l implementazione Dichiarazioni di tipo (esempio: typedef float reale;) Definisce il binding tra il nome del tipo e l implementazione Eredita tutte le operazioni del tipo specificato Tipi di dati astratti nome_nuovo_tipo ={ struttura dati degli oggetti del nuovo tipo; operazioni per manipolare gli oggetti del nuovo tipo; } Associano il nuovo tipo alle operazioni definite

22 Tipizzazione statica e dinamica Tipizzazione statica (C/C++, Pascal, ecc.) Il binding delle variabili al loro tipo avviene a tempo di compilazione Il binding non può essere cambiato durante l esecuzione Permette la verifica del corretto uso delle variabili a tempo di compilazione Tipizzazione dinamica (LISP, APL, Smalltalk, ecc.) Il binding avviene a tempo di esecuzione Le variabili sono polimorfiche (il tipo dipende dal valore associato dinamicamente) Non è possibile verificare l uso corretto delle variabili staticamente Linguaggi non tipizzati (linguaggi di script, assemblatori) Le variabili non sono tipizzate Celle di memoria e registri contengono stringhe che possono essere interpretate come valori di qualsiasi tipo

23 l-value variabile = <nome, scope, tipo, l-value, r-value> l-value: area di memorizzazione associata ad una variabile durante l esecuzione Tempo di vita (lifetime o extent): durata di tale binding Allocazione della memoria: Allocazione di un area della memoria ad una variabile Il tempo di vita di una variabile va dalla sua allocazione alla sua disallocazione Allocazione statica: prima dell esecuzione e disallocazione al termine dell esecuzione (automaticamente) Allocazione dinamica: durante l esecuzione e disallocazione durante l esecuzione (automaticamente o su richiesta)

24 r-value variabile = <nome, scope, tipo, l-value, r-value> r-value: Valore codificato memorizzato nella locazione associata alla variabile (l-value) Interpretato a seconda del tipo della variabile Istruzioni di un programma Accedono alle variabili attraverso l-value (left) Modificano r-value (right) x=y; // x indica una locazione, y un valore Binding tra una variabile ed il valore: Dinamico operazione di assegnamento: x=10; Statico costanti simboliche: const int MAX = 10;

25 Inizializzazione di variabili Qual è l r-value di una variabile dopo la sua creazione? In alcuni linguaggi il binding deve essere definito quando la variabile viene creata (ML) Altri lo supportano ma non lo richiedono (C/C++) int i=0; Se l inizializzazione non viene specificata la soluzione adottata dipende dall implementazione Ignorata: considera la stringa nell area di memoria come valore iniziale Definita dal sistema: es. int inizializzati a 0 Valore speciale non definito per inizializzare la variabile che non permette di usare la variabile finchè non viene assegnato un valore (verifica di correttezza del programma)

26 Reference e variabili senza nome Variabili che possono essere accedute tramite l r-value di altre variabili reference o puntatore alla variabile Possono non avere un nome (ma esiste percorso di accesso) Esempio: int x = 5; //r-value di x è 5 int *px; px = &x; //r-value di px è 5 Condivisione di oggetti Accessibili: direttamente (x) indirettamente (px) *px = 0; //r-value di px è 0 int y = *px; //r-value di px è 0 Dereferenziazione: accesso tramite il puntatore

27 Informatica 3 Lezione 2- Modulo 4 Routine Convenzioni dei nomi

28 Routine Routine: unità di decomposizione di un programma che implementa un operazione astratta Assembler: sottoprogramma C: funzione Pascal: procedure e funzioni Procedure: non restituiscono valori Funzioni: restituiscono valori

29 Oggetti di una routine Routine = <nome, scope, tipo, l-value, r-value> Il nome della routine può essere introdotto tramite la dichiarazione della routine int sum(int n); //prototipo C Lo scope va dalla dichiarazione ad un punto di chiusura (C: fine del file che contiene la dichiarazione) L attivazione di una routine avviene tramite l invocazione o chiamata della routine Dev essere nello scope della routine Specifica il nome della routine ed i parametri

30 Oggetti di una routine La routine definisce lo scope per le dichiarazioni in essa annidate Dichiarazioni locali (visibili solo dalla routine) Non locali (visibili da altre unità) Globali (visibili da tutte le unità del programma) Routine = <nome, scope, tipo, l-value, r-value> Il tipo della routine è definito dalla sua intestazione Signature: tipi dei parametri di input e tipo restituito int funzione(int, int, float) Una chiamata di una routine è corretta se è conforme al suo tipo

31 l-value e r-value Routine = <nome, scope, tipo, l-value, r-value> l-value: area di memoria che contiene il corpo della routine r-value: corpo della routine correntemente associato tramite binding Normalmente è statico, definito a tempo di traduzione Alcuni linguaggi supportano un binding dinamico: Variabili di tipo routine a cui si può assegnare una routine Es. linguaggio C int sum(int); int (*ps)(int); ps= int i = (*ps)(5); Routine come first-class objects

32 Dichiarazione e definizione Dichiarazione: intestazione della routine Definisce lo scope Definizione: intestazione e corpo della routine La distinzione serve per poter avere mutua ricorsione Esempio: int funza (int x); //dichiarazione float funzb (int y){ //definizione z=funza (y); //chiamata di funzione (visibile!) }

33 Parametri della routine Per passaggio informazioni Oggetti di dati Routine (in alcuni linguaggi) Parametri Formali: parametri che appaiono nella definizione Attuali: parametri che appaiono nella chiamata alla routine Binding Secondo il metodo posizionale Routine: R(F1,F2,,Fn); Chiamata: R(A1,A2,,An); Tramite associazione del nome Routine: R(A:T1; B:T2; C:T3); Chiamata: R(C=>Z, A=>X, B=>Y);

34 Routine generiche Esempio: Routine per ordinare array di interi int i,j; swap(i,j); //caso 1 Routine per ordinare array di float float i,j; swap(i,j); //caso 2 Template con tipo generico in C++: template <class T> void swap(t& a, T& b) { T temp = a; a = b; b = temp; } Nel caso 1 viene istanziata una routine con interi, nel caso 2 una routine con float I parametri generici vengono associati tramite binding ai parametri attuali a tempo di compilazione

35 Overloading int i,j,k; float a,b,c; a=b+c+b(); b variabile b() funzione i=j+k; a=b+c; Operatore + Somma tra interi Somma tra float a=b()+c+b(i); b() e b(int) funzioni distinte Overloading: la stessa entità viene utilizzata con significati diversi. Il binding per l entità viene stabilito a tempo di compilazione in base alle informazioni disponibili Esempio: per l operatore + il binding con la corrispondente operazioni viene stabilito in base al tipo dei parametri

36 Aliasing Aliasing: contrario di overloading Due nomi sono alias se denotano la stessa entità nello stesso punto del programma int x; int *y=&x; x e *y rappresentano la stessa variabile int q1 (int a) { return a*= a; } void q2 (int &a) { a *= a; } int x=2; cout << q1(x); cout << x; // stampa 4 e 2 q2(x); cout << x; // stampa 4 i e a rappresentano la stessa variabile