Generování vnitřní reprezentace programu Miroslav Beneš Dušan Kolář.

Prezentace na téma: "Generování vnitřní reprezentace programu Miroslav Beneš Dušan Kolář."— Transkript prezentace:

1 Generování vnitřní reprezentace programu Miroslav Beneš Dušan Kolář

2 Vnitřní reprezentace programu2 Možnosti překladu Interpretace Okamžité provádění programu Překlad do instrukcí procesoru Závislost na konkrétním typu procesoru Překlad do vnitřní reprezentace Následuje interpretace nebo překlad do instrukcí procesoru

3 Vnitřní reprezentace programu3 Výhody překladu do vnitřní reprezentace Strukturalizace překladače Mnohem jednodušší přenos na více typů procesorů Možnost optimalizace na úrovni vnitřní reprezentace strojově nezávislé metody

4 Vnitřní reprezentace programu4 Formáty vnitřní reprezentace programu Grafová reprezentace Zásobníkový kód Tříadresový kód

5 Vnitřní reprezentace programu5 Grafová reprezentace Abstraktní syntaktický strom (AST) a:=b*(-c)+b*(-c) assign bb + * cc a * uminus Uzly - operátory Listy - operandy

6 Vnitřní reprezentace programu6 Grafová reprezentace DAG (Directed Acyclic Graph) a:=b*(-c)+b*(-c) assign b + * c a uminus Společné podvýrazy jako sdílené uzly Používá se pro optimalizaci

7 Vnitřní reprezentace programu7 Příklad var n, f: Integer; begin read n; f:=1; while n>1 do begin f:=f*n; n:=n-1 end; write f,”\n” end.

8 Vnitřní reprezentace programu8 Grafová reprezentace read seq := n1f> while 1n write seq \n f := f* fn n- n1

9 Vnitřní reprezentace programu9 Zásobníkový kód Postfixová notace a b c uminus * b c uminus * + assign výsledek průchodu AST nebo DAG typu post- order uzel následuje bezprostředně za svými následníky žádný formální rozdíl mezi operandy a operátory

10 Vnitřní reprezentace programu10 Zásobníkový kód Virtuální zásobníkový procesor load b(b)vrchol zás. vpravo load c(b) (c) inv(b) (-c) mul(b*-c) load b(b*-c) (b) load c(b*-c) (b) (c) inv(b*-c) (b) (-c) mul(b*-c) (b*-c) add(b*-c+b*-c) store a

11 Vnitřní reprezentace programu11 Zásobníkový kód Virtuální zásobníkový procesor virtuální počítač s pamětí a zásobníkem P-kód (Wirth) přenositelný mezikód pro Pascal specializované procesory Java Virtual Machine MSIL – Microsoft Intermediate Language (.NET – C#, C++, VB, …)

12 Vnitřní reprezentace programu12 Příklad - JVM public class Priklad { public static void main(String[] args) { int x = 1; System.out.println(x + 2); }

13 Vnitřní reprezentace programu13 Příklad - JVM 0: iconst_1 1: istore_1 2: getstatic #2; //java/lang/System.out 5: iload_1 6: iconst_2 7: iadd 8: invokevirtual #3; //java/io/PrintStream.println 11: return

14 Vnitřní reprezentace programu14 Příklad - MSIL using System; public class Priklad { public static void Main(string[] args) { int x = 1; Console.WriteLine(x + 2); }

15 Vnitřní reprezentace programu15 Příklad - MSIL.method public static void Main(string[] args) {.entrypoint.maxstack 2.locals init (int32 V_0) ldc.i4.1 stloc.0 ldloc.0 ldc.i4.2 add call void System.Console::WriteLine(int32) ret }

16 Vnitřní reprezentace programu16 Tříadresový kód x := y op z x - (dočasná) proměnná y, z - (dočasné) proměnné, konstanty Operandy nemohou být výrazy rozklad na primitivní výrazy s dočasnými proměnnými Explicitní odkazy na operandy možnost přesouvání příkazů při optimalizaci

17 Vnitřní reprezentace programu17 Příklad 1 a:=b*(-c)+b*(-c) t1 := -ct1 := -c t2 := b*t1t2 := b*t1 t3 := -ct5 := t2+t2 t4 := b*t3a := t5 t5 := t2+t4 a := t5 Strom DAG dočasné proměnné = vnitřní uzly stromu (DAG)

18 Vnitřní reprezentace programu18 Příklad 2 var n,f:integer; begin 1: read n read n;2: f := 1 f:=1;3: if n 1 do begin4: f := f * n f:=f*n; n:=n-15: n := n - 1 end;6: goto 3 write f,"\n"7: write f end.8: write "\n"

19 Vnitřní reprezentace programu19 Příkazy tříadresového kódu x := y op zop – binární operátor x := op yop - unární operátor (-, not, typová konverze, …) x := y goto Lnepodmíněný skok if x relop y goto Lpodmíněný skok

20 Vnitřní reprezentace programu20 Příkazy tříadresového kódu param x 1 … param x n volání podprogramu call p,np(x 1,…,x n ) return ynávrat z podprogramu

21 Vnitřní reprezentace programu21 Příkazy tříadresového kódu x := y[j] x[j] := yindexování x := &yreference (získání adresy) x := *y *x := ydereference ukazatele

22 Vnitřní reprezentace programu22 Čtveřice oparg1arg2výsledek (0)uminusct1 (1)*bt1t2 (2)uminusct3 (3)*bt3t4 (4)+t2t4t5 (5):=t5a a:=b*(-c)+b*(-c)

23 Vnitřní reprezentace programu23 Příklad – překlad výrazů Atributy id.name – jméno identifikátoru E.place – jméno proměnné obsahující hodnotu E Pomocné funkce newtemp – vytvoří novou proměnnou lookup – vyhledá proměnnou v tabulce emit – generuje instrukci error – hlášení chyby

24 Vnitřní reprezentace programu24 Příklad – překlad výrazů S -> id := E { p = lookup(id.name); if( p != null ) emit(p,‘:=’,E.place); else error(); } E -> E 1 + E 2 { E.place = newtemp(); emit(E.place,‘:=’, E 1.place,’+’,E 2.place);} E -> E 1 * E 2 { E.place := newtemp(); emit(E.place,‘:=’, E 1.place,’*’,E 2.place);}

25 Vnitřní reprezentace programu25 Příklad – překlad výrazů E -> - E 1 { E.place = newtemp(); emit(E.place,‘:=’, ‘uminus’,E 1.place);} E -> (E 1 ) { E.place = E 1.place; } E -> id { p := lookup(id.name); if( p != null ) E.place := p; else error(); }

26 Vnitřní reprezentace programu26 array [low..high] of T prvek a[j] leží na adrese: base+(j-low)*w = j*w+(base-low*w) =konstanta! Přístup k prvkům pole lowlow+1highw=sizeof(T) base

27 Vnitřní reprezentace programu27 Přístup k prvkům pole a[j 1,j 2 ] base+((j 1 -low 1 )*n 2 +j 2 -low 2 )*w => ((j 1 *n 2 )+j 2 )*w+(base-((low 1 *n 2 )+low 2 )*w) =konstanta! base low1 low2 high1 n2 := high2-low2+1 high2

28 Vnitřní reprezentace programu28 Přístup k prvkům pole Obecně: a[j 1, …, j k ] addresa: (…(j 1 n 2 +j 2 )n 3 +j 3 )…)n k +j k )*w + base -(…(low 1 n 2 +low 2 )n 3 +low 3 )…)n k +low k )*w mapovací funkce n j = high j -low j +1

29 Vnitřní reprezentace programu29 Překlad výrazů s indexy S -> L := E E -> E 1 + E 2 | (E 1 ) | L L -> Elst ] | id Elst -> Elst 1, E | id [ E

30 Vnitřní reprezentace programu30 Překlad výrazů s indexy L.offset index (null=bez indexu) L.place proměnná E.place proměnná s hodnotou id.place Elst.array popis pole Elst.ndim počet rozměrů Elst.place proměnná obsahující index

31 Vnitřní reprezentace programu31 Překlad výrazů s indexy const(Elst.array) konstantní část mapovací funkce width(Elst.array) velikost prvku pole limit(Elst.array,m) počet prvků v m-té dimenzi

32 Vnitřní reprezentace programu32 Překlad výrazů s indexy S -> L := E { if( L.offset==null ) /* bez indexu */ emit(L.place,‘:=’,E.place); else emit(L.place,‘[’,L.offset,‘]’, ‘:=’,E.place); } E -> E 1 + E 2 { E.place = newtemp(); emit(E.place,‘:=’,E 1.place, ‘+’,E 2.place); }

33 Vnitřní reprezentace programu33 Překlad výrazů s indexy E -> (E 1 ) { E.place = E 1.place } E -> L { if( L.offset==null ) /* bez indexu */ E.place = L.place; else { E.place = newtemp(); emit(E.place,‘:=’,L.place, ‘[’,L.offset,‘]’) } }

34 Vnitřní reprezentace programu34 Překlad výrazů s indexy L -> Elst ] { L.place = newtemp(); L.offset = newtemp(); emit(L.place,‘:=’,const(Elst.array)); emit(L.offset,‘:=’,Elst.place,‘*’, width(Elst.array)); } L -> id { L.place = id.place; L.offset = null; }

35 Vnitřní reprezentace programu35 Překlad výrazů s indexy Elst -> Elst 1, E { t = newtemp(); m = Elst 1.ndim+1; emit(t,‘:=’,Elst 1.place,‘*’, limit(Elst 1.array,m)); emit(t,‘:=’,t,‘+’,E.place); Elst.array = Elst 1.array; Elst.place = t; Elst.ndim = m; }

36 Vnitřní reprezentace programu36 Překlad výrazů s indexy Elst -> id [ E { Elst.array = id.place; Elst.place = E.place; Elst.ndim = 1; }

37 Vnitřní reprezentace programu37 Příklad A: array [1..10,1..20] of integer; sizeof(integer) = 4 n 1 = 10 n 2 = 20 w = 4 x := A[y, z]

38 Vnitřní reprezentace programu38 Příklad x := A[y, z] t1 := y*20 t2 := t1+z t3 := c/* konstanta c = &A-84 */ t4 := 4*t2(1*20+1)*4=84 t5 := t3[t4] x := t5

39 Vnitřní reprezentace programu39 Překlad logických výrazů E -> E or E | E and E | (E) | not E | id relop id | true | false

40 Vnitřní reprezentace programu40 Překlad logických výrazů Reprezentace logických hodnot celými čísly: true=1, false=0 a or b and not cx<y 1: t1 := not c1: if x<y goto 4 2: t2 := b and t12: t1 := 0 3: t3 := a or t23: goto 5 4: …4: t1 := 1 5: …

41 Vnitřní reprezentace programu41 Překlad logických výrazů Zkrácené vyhodnocení reprezentace logických hodnot tokem řízení (pozicí v programu) a<b or c<d and e<f if a<b goto Ltrue goto L1 L1:if c<d goto L2 goto Lfalse L2:if e<f goto Ltrue goto Lfalse

42 Vnitřní reprezentace programu42 Překlad řídicích příkazů Instrukce zásobníkového kódu: LBL L– definice návěští L pro skok JMP L– nepodmíněný skok na návěští L FJP L- podmíněný skok na návěští L, pokud je na vrcholu zásobníku False výstupní symboly překladové gramatiky - {LBL} Pomocné funkce: getLbl() – vygeneruje nové číslo návěští zanoření příkazů – nelze použít konstanty!

43 Vnitřní reprezentace programu43 Překlad příkazu IF S -> if ( E ) S FJP L1 LBL L1 S -> if ( E ) {FJP} S {LBL} FJP.l = LBL.l = getLbl(); E S FJP L1 LBL L1

44 Vnitřní reprezentace programu44 Překlad příkazu IF S -> if ( E ) S 1 else S 2 S -> X {LBL} LBL.l = X.l S -> X {JMP} {LBL 1 } else S {LBL 2 } JMP.l = LBL 2.l = getLbl(); LBL 1.l = X.l X -> if (E) {FJP} S FJP.l = getLbl() E FJP L1 S1S1 S1S1 JMP L2 L1: L2:

45 Vnitřní reprezentace programu45 Překlad příkazu WHILE S -> while ( E ) S LBL L1 FJP L2 JMP L1 LBL L2 E S L1: L2: FJP L2 JMP L1

46 Vnitřní reprezentace programu46 Překlad příkazu WHILE S -> {LBL 1 } while ( E ) {FJP 2 } S {JMP 1 } {LBL 2 } LBL 1.l = JMP 1.l = getLbl(); LBL 2.l = FJP.l = getLbl(); S -> break/continue ; S.blab – dědičný atribut, návěští pro break S.clab – dědičný atribut, návěští pro continue while musí zajistit předání návěští speciální hodnota návěští – poznáme, že nejsme uvnitř cyklu, break/continue může hlásit chybu