Linguaggi di programmazione

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1 Linguaggi di programmazione Introduzione al corso Introduzione al corso Linguaggi di programmazione 1 / 1

2 Una presentazione generale dei linguaggi di programmazione: Completare le conoscenze acquisite finora: assembly ARM Scheme Java C Principi generali nella: definizione dei linguaggi, funzionamento (es. uso degli identificatori, della memoria, gestione del controllo) esecuzione del codice Introduzione al corso Linguaggi di programmazione 2 / 1

3 Obiettivi. Rendere più semplice l apprendimento di nuovi linguaggi. Mettere in risalto: gli aspetti comuni dei linguaggi, punti critici della loro comprensione. Cercheremo il giusto livello di astrazione concretizzare con degli esempi. Introduzione al corso Linguaggi di programmazione 3 / 1

4 Libri di testo Corso e contenuti standard. Diversi libri di testo con contenuti e ordine di presentazione sovrapponibili M. Gabbrielli, S. Martini. Linguaggi di programmazione - Principi e paradigmi. McGraw-Hill Michael Scott. Programming language pragmatics Elsevier, MK Morgan Kaufmann. Sebasta. Concept in progamming language Pearson Introduzione al corso Linguaggi di programmazione 4 / 1

5 Esame Tradizionale scritto orale obbligatorio per tutti Introduzione al corso Linguaggi di programmazione 5 / 1

6 Organizzazione periodo didattico orario aula Introduzione al corso Linguaggi di programmazione 6 / 1

7 Perché tanti linguaggi di programmazione? Più paradigmi di programmazione: Imperativo: von Neumann (Fortran, Pascal, Basic, C) orientato agli oggetti (Smalltalk, Eiffel, C ++?) linguaggi di scripting (Perl, Python, JavaScript, PHP) Dichiarativo: funzionale (Scheme, ML, pure Lisp, FP) logico, basato su vincoli (Prolog, VisiCalc, RPG) Introduzione al corso Linguaggi di programmazione 7 / 1

8 Perché tanti linguaggi di programmazione? evoluzione: nel tempo si scoprono nuove tecniche, principi migliori fattori economici: interessi proprietari, vantaggio commerciale diversi bisogni: codice efficiente, pulizia del codice, flessibilità usi specifici, particolari: diversi tipi di hardware (sistemi embedded, server,... ) Introduzione al corso Linguaggi di programmazione 8 / 1

9 Cosa rende un linguaggio di successo? buon supporto: librerie, codice preesistente, IDE (tutti i linguaggi più diffusi) supporto di un potente sponsor (C#, Visual Basic, Objetive C, Switft, Go) ampia diffusione a costi minimi, portabilità (JavaScript, Java, Pascal) espressivo, flessibile, potente (C, Lisp, APL, Perl) possibilità di ottenere codice veloce / compatto (Fortran, C) facile da implementare (BASIC, Forth) Introduzione al corso Linguaggi di programmazione 9 / 1

10 Attributi di un linguaggio: chiarezza, naturalità, semplicità: è facile passare dagli algoritmi al codice, e viceversa supporto all astrazione: stesso codice su dati diversi ortogonalità: diverse caratteristi si integrano tra loro, poche eccezione (es. tipi e passaggi parametri a procedura) facilità di verifica, facile da imparare (BASIC, Pascal, Scheme) Introduzione al corso Linguaggi di programmazione 10 / 1

11 A cosa servono i linguaggi di programmazione? astrarre della macchina fisica: specificare ciò che l hardware deve fare senza scendere nei bit formalizzare il pensiero: esprimere algoritmi Introduzione al corso Linguaggi di programmazione 11 / 1

12 Perché studiare i linguaggi di programmazione? Rende più facile l apprendimento di nuove linguaggi: alcuni linguaggi sono piuttosto simili: albero genealogico. i concetti base sono ancora più simili, sono comuni a molti linguaggi: iterazione, ricorsione, astrazione Introduzione al corso Linguaggi di programmazione 12 / 1

13 Perché studiare i linguaggi di programmazione? Aiuta a farne un uso migliore: capire le caratteristiche complesse: passaggi dei parametri, uso della memoria comprendere i costi di implementazione: scegliere tra modi alternativi di fare la stessa cosa: ricorsione di coda Capire come implementare features che non supportate esplicitamente: * mancanza di strutture di controllo adeguate, ricorsione in Fortran, * riscrivere un algoritmo ricorsivo in uno iterativo, eliminazione meccanica della ricorsione Introduzione al corso Linguaggi di programmazione 13 / 1

14 Caratteristiche di un linguaggio di programmazione sintassi: quali sequenze di caratteri costituiscono programmi, la loro struttura semantica: come si comporta un programma, l effetto della loro esecuzione pragmatica: utilizzo pratico; come scrivere buon codice; convenzioni, stili nello scrivere i programmi. implementazione Introduzione al corso Linguaggi di programmazione 14 / 1

15 Macchina astratta. Sistema di calcolo diviso in un gerarchia di macchine virtuali (astratte) M i. Ciascuna costruita sulla precedente, a partire dal livello hardware. Ciascuna caratterizzata da un linguaggio L i, con cui descrivere l esecuzione, l algoritmo. Introduzione al corso Linguaggi di programmazione 15 / 1

16 Traduzione Come eseguire un programma, scritto in L i (Java), per la macchina astratta relativa M i (macchina Java) si sfrutta uno dei livelli di macchina sottostanti M j (JVM) che qualcuno ha già implementato, si esegue una traduzione nel linguaggio relativo L j (Java ByteCode) Introduzione al corso Linguaggi di programmazione 16 / 1

17 Compilazione vs. Interpretazione Compilazione pura: Il compilatore traduce il programma sorgente di alto livello in un programma di destinazione equivalente (tipicamente in linguaggio macchina), Programma sorgente e compilatore scompaiono. Introduzione al corso Linguaggi di programmazione 17 / 1

18 Interpretazione pura L interprete riceve programma sorgente e dati, e traduce, passo passo, le singole istruzione che vengono eseguite immediatamente. L interprete, programma sorgente, sono presenti durante l esecuzione del programma L interprete è il luogo del controllo durante l esecuzione Introduzione al corso Linguaggi di programmazione 18 / 1

19 Compilazione vs. Interpretazione Compilazione Migliori prestazioni: si evita traduzione (e controlli) a tempo di esecuzione Interpretazione: Maggiore flessibilità (Scheme) Migliore diagnostica (messaggi di errore a run time) Introduzione al corso Linguaggi di programmazione 19 / 1

20 Compilazione vs. Interpretazione Nei casi reali, traduzione in codice macchina, avviene con più passi di traduzione, la maggior parte delle implementazioni prevede una combinazione tra compilazione e interpretazione spesso compilazione (semplice pre-elaborazione) seguita dall interpretazione esempi: Pascal P-code, Java byte code, Microsoft COM + Introduzione al corso Linguaggi di programmazione 20 / 1

21 Preprocessing vs. Compilazione schema precedente può descrivere un pre-processing (semplice elaborazione dell input) in questo caso caso parliamo di linguaggi interpretato, compilazione traduzione da una lingua all altra, prevede un analisi complessiva del dell input compilazione implica una comprensione semantica di ciò che viene elaborato; il preprocessing no un pre-processore non garantisce assenza di errori nel tradotto Introduzione al corso Linguaggi di programmazione 21 / 1

22 Supporto a run-time: raramente compilatore produce solo codice macchina, anche istruzioni virtuali chiamate al sistema operativo chiamate a funzioni di libreria es. funzioni matematiche (sin, cos, log, ecc.), input-output -traduzione a livello di sistema operativo o a livello di libreria un programma linker unisce codice library subroutine Introduzione al corso Linguaggi di programmazione 22 / 1

23 Assemblaggio post-compilazione Il compilatore produce assembly (non codice macchina) facilita il debugging (assembly più leggibile) isola il compilatore da modifiche nel formato delle istruzioni (solo l assemblatore deve essere modificato, è condiviso da molti compilatori) Introduzione al corso Linguaggi di programmazione 23 / 1

24 Traduzioni da linguaggio a linguaggio (C++) prime implementazioni C++ generano un programma intermedio in C: Introduzione al corso Linguaggi di programmazione 24 / 1

25 Implementare il compilatore Bootstrap: sollevarsi tirando i lacci dei propri stivali (Barone Munchausen) scrivo il compilatore per C, come programma in C. circolo vizioso evitato usando versioni differenti Introduzione al corso Linguaggi di programmazione 25 / 1

26 Pascal a P-code Introduzione al corso Linguaggi di programmazione 26 / 1

27 Compilazione dinamica, just-in-time si ritarda la compilazione fino all ultimo momento. implementazioni efficienti di Java (JVM) analogamente compilatore C# produce.net Common Intermediate Language (CIL), tradotto in codice macchina immediatamente prima dell esecuzione. Lisp o Prolog invocano il compilatori just-in-time, per tradurre il nuovo sorgente creato in linguaggio macchina o per ottimizzare il codice per un particolare set di input. Introduzione al corso Linguaggi di programmazione 27 / 1

28 Firmware, microcodice, Le istruzioni a livello macchina non sono implementate direttamente nell hardware; circuiti di controllo del processore microprogramma, funziona con un interprete, Introduzione al corso Linguaggi di programmazione 28 / 1

29 Tools Introduzione al corso Linguaggi di programmazione 29 / 1

30 Una panoramica della compilazione Compilazione divisa in più fasi. Introduzione al corso Linguaggi di programmazione 30 / 1

31 Analisi lessicale - Scansione: divide il programma in token, le unità più piccole e significative scanner: lavoro è semplice, semplifica le fasi successive possibile progettare un parser che esamina caratteri anziché token come input, ma inefficiente la scansione è il riconoscimento di una linguaggio regolare, riconosciuto tramite DFA Introduzione al corso Linguaggi di programmazione 31 / 1

32 Analisi sintattica - Parsing si analizza l intero programma, definendo la sua struttura programmi definiti a linguaggi liberi dal contesto, riconosciuti tramite PDA alternativamente grammatica definita da diagrammi sintattici (vedi cerchi e le frecce in manuale Pascal) Introduzione al corso Linguaggi di programmazione 32 / 1

33 L analisi semantica costruisce l albero della sintassi astratta esegue controlli sul codice statici (es type checking) non implementabili dal parser (contex free grammar) altri controlli (ad esempio, indice di matrice fuori limite) eseguibili sola a tempo di esecuzione (dinamici) Introduzione al corso Linguaggi di programmazione 33 / 1

34 Modulo intermedio Si produce codice intermedio codice intermedio: indipendente dal processore, facilità di ottimizzazione o compattezza (richieste contrastanti) codice intermedio assomiglia spesso a codice macchina per qualche macchina astratta; per esempio. una macchina stack o una macchina con molti registri Introduzione al corso Linguaggi di programmazione 34 / 1

35 L ottimizzazione prende un programma a codice intermedio e ne produce un altro che fa la stessa cosa più velocemente o con meno memoria il termine è improprio; si migliora il codice: fase facoltativa La fase di generazione del codice produce linguaggio assembly o linguaggio macchina rilocabile (a volte) Alcune ottimizzazioni specifiche della macchina (uso di istruzioni speciali o modalità di indirizzamento, ecc.) Possono essere eseguite durante o dopo la generazione del codice target Introduzione al corso Linguaggi di programmazione 35 / 1

36 Tabella dei simboli tutte le fasi si basano su una tabella dei simboli tiene traccia di tutti gli identificatori nel programma e di ciò che il compilatore sa di loro può essere mantenuta (in qualche modo) per essere utilizzata da un debugger, anche dopo che la compilazione è stata completata Introduzione al corso Linguaggi di programmazione 36 / 1

37 Esempio Programma GCD (in C) int main () { int i = getint (), j = getint (); while (i! = j) { if (i> j) i = i - j; else j = j - i; } putint (i); } Introduzione al corso Linguaggi di programmazione 37 / 1