Melden Sie sich in TISS für die Lehrveranstaltung an. Nach Ende der Anmeldefrist (siehe Homepage) wird ein Account für Sie auf unserer Übungsmaschine g0.complang.tuwien.ac.at eingerichtet, der Accountname ist u gefolgt von der Matrikelnummer, z.B. u99999999. Ein Passwort für diesen Account erhalten Sie per Email. Bitte ändern Sie das Passwort möglichst bald, das zugesandte wird aus Sicherheitsgründen nach kurzer Zeit gesperrt.
Die Übungsmaschine ist g0.complang.tuwien.ac.at; sollte sie längerfristig ausfallen, steht als Ersatzmaschine g2.complang.tuwien.ac.at zur Verfügung (Sie können sich aber vorerst nicht auf die Ersatzmaschine einloggen). Sie können sich aus dem Internet mit ssh g0.complang.tuwien.ac.at einloggen; falls Sie sich von einem Windows-Client aus einloggen wollen, können Sie das mit Putty tun.
Falls Sie Ihre Programme woanders entwickeln, müssen Sie Ihre Dateien für die Abgabe mit scp (eine ssh-Anwendung) auf unsere Rechner übertragen. Rufen Sie dann unbedingt das Test-Skript für das Beispiel auf der Übungsmaschine auf, damit Sie eventuelle Fehler mit katastrophalen Auswirkungen bemerken (wie z.B. das Kopieren in das falsche Verzeichnis).
Die in der Übung verwendeten Werkzeuge sind für verschiedene Plattformen auf http://www.complang.tuwien.ac.at/ubvl/tools/ erhältlich (allerdings recht veraltet).
Wenn Sie selbst ein .forward-File einrichten oder ändern, testen Sie es unbedingt! Wenn es nicht funktioniert, haben wir keine Möglichkeit, Sie zu erreichen (z.B. um Ihnen die Ergebnisse der Abgabe mitzuteilen).
Im WWW finden Sie unter http://www.complang.tuwien.ac.at/ubvl/ Informationen zur Übung.
Verlautbarungen zur Übung (z.B. Klarstellungen zur Angabe) gibt es im Forum (Details dazu siehe Übungshomepage).
Wenn Sie eine Frage zur Übung haben, stellen Sie sie am besten im Forum (dann können auch andere antworten oder von der Antwort profitieren). Sie können auch den Leiter der Übung per Email fragen anton@mips.complang.tuwien.ac.at, oder in einer Sprechstunde (Termin per Email vereinbaren).
Technische Probleme wie Computerabstürze, falsche Permissions, oder vergessene Passwörter sind eine Sache für den Techniker. Wenden Sie sich direkt an ihn: email an Herbert Pohlai (herbert@mips.complang.tuwien.ac.at), Tel. (+43-1) 58801/18525.
Die Beispiele finden Sie weiter hinten im Skriptum. Beachten Sie, dass die ersten Beispiele erfahrungsgemäß wesentlich leichter sind als die Beispiele „Attributierte Grammatik“ bis „Gesamtbeispiel“. Versuchen Sie, mit den ersten Beispielen möglichst rasch fertig zu werden, um genügend Zeit für die schwierigeren zu haben.
Ihre Note wird aufgrund der Qualität der von Ihnen abgegebenen Programme ermittelt. Das Hauptkriterium ist dabei die Korrektheit. Sie wird mechanisch überprüft, Sie erhalten per Email das Ergebnis der Prüfung. Wenn Sie meinen, dass sich das Prüfprogramm geirrt hat, wenden Sie sich an den Leiter der Übung.
Die Prüfprogramme sind relativ einfach, dumm und kaum fehlertolerant. Damit Sie prüfen können, ob Ihr Programm im richtigen Format ausgibt und ähnliche wichtige Kleinigkeiten, stehen Ihnen die Testprogramme und einige einfache Testeingaben und -resultate zur Verfügung; Sie können die Testprogramme auch benutzen, um Ihre Programme mit eigenen Testfällen zu prüfen (siehe http://www.complang.tuwien.ac.at/ubvl/).
Beachten Sie, dass bei der Abgabe die Überprüfung mit wesentlich komplizierteren Testfällen erfolgt als denen, die wir Ihnen vorher zur Verfügung stellen (vor allem ab dem Scanner-Beispiel). Ein erfolgreiches Absolvieren der Ihnen vorher zur Verfügung stehenden Tests heißt also noch lange nicht, dass Ihr Programm korrekt ist. Sie müssen sich selbst weitere Testfälle überlegen (wie auch im Berufsleben).
Ihre Programme werden zu den angegebenen Terminen kopiert und später überprüft. Ändern Sie zu den Abgabeterminen zwischen 14h und 15h nichts im Abgabeverzeichnis, damit es nicht zu inkonsistenten Abgaben kommt.
Ein paar Tage nach der Abgabe erhalten Sie das Ergebnis per Email. Das Ausschicken der Ergebnisse wird auch im LVA-Forum verkündet, Sie brauchen also nicht nachfragen, wenn Sie dort noch nichts gesehen haben. Eine Arbeitswoche nach der ersten Abgabe werden Ihre (eventuell von Ihnen verbesserten) Programme erneut kopiert und überprüft. Diese Version wird mit 70% der Punkte eines rechtzeitig abgegebenen Programms gewertet. Das ganze wiederholt sich zwei Arbeitswochen nach dem ersten Abgabetermin (30% der Punkte). Sie erhalten für das Beispiel das Maximum der drei Ergebnisse.
Sollten Sie versuchen, durch Kopieren oder Abschreiben von Programmen eine Leistung vorzutäuschen, die Sie nicht erbracht haben, erhalten Sie keine positive Note. Die Kontrolle erfolgt in einem Gespräch am Ende des Semesters, in dem überprüft wird, ob Sie auch verstehen, was Sie abgegeben haben.
Ihr Account ist nur für Sie lesbar. Bringen Sie andere nicht durch Ändern der Permissions in Versuchung, zu schummeln.
| Name | online Doku | Bemerkung |
| emacs, vi, code | info emacs, man vi | Editor |
| gcc | info as | Assembler |
| gcc | info gcc | C-Compiler |
| make | info make | baut Programme |
| flex | info flex | Scanner-Generator |
| bison, yacc | info bison, man yacc | Parser-Generator |
| dotty | Graphenzeichnen |
|
| ox, ox-1.04 | AG-basierter Compilergenerator |
|
| iburg, burg | Baumparser-Generator |
|
| bfe | Skriptum | Präprozessor für burg |
| gdb | info gdb | Debugger |
| objdump | info objdump | Disassembler etc. |
Abbildung 1 zeigt die zur Verfügung stehenden Werkzeuge.
Die mit „info“ gekennzeichnete Dokumentation können Sie mit dem Programm info lesen, oder indem sie in Emacs C-h i tippen. In der Dokumentation für Emacs bedeutet C-x Ctrlx und M-x Metax (auf den Übungsgeräten also Altx). Neben den genannten Dokumentationsquellen erfahren Sie mit man P für die meisten Programme, wie Sie P aufrufen können.
Mit flex erzeugte Scanner müssen normalerweise mit -lfl gelinkt werden.
Das auf den Übungsgeräten unter yacc aufrufbare Programm ist bison -y. Mit dotty können Sie sich die Ausgabe von bison -g anschauen. ox-1.04 ist eine ältere Version von ox; sollte ox nicht so funktionieren wie dokumentiert, probieren Sie, ob ox-1.04 stattdessen funktioniert (und wenn ja, ist Ihr Code interessant, um einen Bug report an den aktuellen Maintainer von Ox zu schicken).
Es sind insgesamt acht Beispiele abzugeben. Die ersten beiden Beispiele dienen dem Erlernen einiger grundlegender Befehle der AMD64-Architektur. In den weiteren Beispielen wird eine Programmiersprache vollständig implementiert. Diese Beispiele bauen aufeinander auf, d.h. Fehler, die Sie in den ersten Sprachimplementierungsbeispielen machen, sollten Sie beheben, damit sie in späteren Abgaben die Beurteilung nicht verschlechtern. Bei der Implementierung der Sprache wird mit jedem Beispiel (ausgenommen die letzten) auch ein neues Werkzeug eingeführt, das nach Einarbeitung in die Verwendungsweise des Werkzeugs die Arbeit erleichtert.
Die zu implementierende Sprache ist eingeschränkt, um den Arbeitsaufwand nicht zu groß werden zu lassen. So sind in dieser Sprache zwar grundlegende Kontrollstrukturen vorhanden und es können Variablen definiert werden, aber es gibt z.B. keine Ein- und Ausgabe. Die fehlenden Elemente werden dadurch ergänzt, dass Programmteile in dieser Programmiersprache mit in C geschriebenen Programmteilen zusammengelinkt werden, die die fehlenden Funktionen durchführen. Dadurch erlernen Sie auch, wie verschiedene Sprachen miteinander kombiniert werden können.
Die Kenntnisse, die Sie bei den Assembler-Beispielen erlangen, werden Sie auch wieder bei der Codegenerierung der letzten Beispiele verwenden. Die Beispiele 3-8 können alle aufeinander aufbauend implementiert werden, d.h. wenn Sie Ihr Programm von Anfang an gut entwerfen, können Sie dieses ab dem Scanner-Beispiel bis zum Gesamtbeispiel stets wiederverwenden und erweitern. Beachten Sie jedoch, dass bei jeder Abgabe stets das gesamte Quellprogramm im Abgabeverzeichnis vorhanden sein muss (und zwar nicht in Form von symbolic links).
In den folgenden Abschnitten finden Sie die Angaben und Erklärungen für die Modalitäten der Beispielabgaben. Von der Sprache wird in jedem Abschnitt immer nur soviel erklärt, wie für das jeweilige Beispiel notwendig ist. Wenn Sie einen Überblick über die gesamte Sprache haben wollen, sollten Sie sich gleich am Anfang alle Angaben durchlesen.
In dieser Sprache kann man, wie in manchen anderen Programmiersprachen, auch Programme schreiben, deren Semantik nicht definiert ist, und die Ihr Compiler trotzdem nicht als fehlerhaft erkennen muss und darf. Bei solchen Programmen ist es egal, welchen Code Ihr Compiler produziert (Code aus solchen Testeingaben wird von unseren Abgabescripts ohnehin nicht ausgeführt). Ihr Compiler sollte aber für Programme mit definierter Semantik korrekten Code produzieren.
Abgabe spätestens am 20. März 2024, 14 Uhr.
Folgende C-Funktion addiert die 128-bit-Zahlen (dargestellt durch ein Array von zwei 64-bit-Zahlen) x, y und z und produziert die Summen xy (x+y) und xyz (xy+z).
void asma(unsigned long x[], unsigned long y[], unsigned long z[],
unsigned long xy[], unsigned long xyz[])
{
unsigned long carry_xy=0, carry_xy_z=0;
unsigned long s_xy, s_xyz;
/* round 0 */
s_xy = x[0]+y[0]+carry_xy;
xy[0] = s_xy;
carry_xy = carry_xy ? s_xy<=x[0] : s_xy<x[0];
s_xyz = s_xy+z[0]+carry_xy_z;
xyz[0] = s_xyz;
carry_xy_z = carry_xy_z ? s_xyz<=s_xy : s_xyz<s_xy;
/* round 1 */
s_xy = x[1]+y[1]+carry_xy;
xy[1] = s_xy;
carry_xy = carry_xy ? s_xy<=x[1] : s_xy<x[1];
s_xyz = s_xy+z[1]+carry_xy_z;
xyz[1] = s_xyz;
carry_xy_z = carry_xy_z ? s_xyz<=s_xy : s_xyz<s_xy;
return;
}
Schreiben Sie eine Variante dieser Funktion in Assembler. Verwenden Sie dabei die Befehle adcx und adox (also das C-bit für carry_xy und das O-bit für carry_xyz oder umgekehrt).
Am einfachsten tun Sie sich dabei wahrscheinlich, wenn Sie eine vereinfachte Variante der ursprünglichen Funktion (z.B. ohne die carry-Variablen) mit z.B. gcc -O -S in Assembler übersetzen und sie dann verändern. Dann stimmt schon das ganze Drumherum.
Beachten Sie, dass Sie nur dann Punkte bekommen, wenn Ihre Version korrekt ist.
Zum Assemblieren und Linken verwendet man am besten gcc, der Compiler-Treiber kümmert sich dann um die richtigen Optionen für as und ld.
Zum angegebenen Termin stehen im Verzeichnis ˜/abgabe/asma die maßgeblichen Dateien. Mittels make clean soll man alle von Werkzeugen erzeugten Dateien löschen können und make soll eine Datei asma.o erzeugen. Diese Datei soll nur die Funktion asma enthalten, keinesfalls main. Diese Funktion soll den Aufrufkonventionen gehorchen und wird bei der Prüfung der abgegebenen Programme mit C-Code zusammengebunden.
Abgabe spätestens am 10. April 2024, 14 Uhr.
Folgende C-Funktion implementiert eine 64*n Bit breite Addition von x, y und z.
#include <stdlib.h>
void asmb(unsigned long x[], unsigned long y[], unsigned long z[],
unsigned long xy[], unsigned long xyz[], size_t n)
{
unsigned long carry_xy=0, carry_xy_z=0;
unsigned long s_xy, s_xyz;
size_t i;
for (i=0; i<n; i++) {
s_xy = x[i]+y[i]+carry_xy;
carry_xy = carry_xy ? s_xy<=x[i] : s_xy<x[i];
s_xyz = s_xy+z[i]+carry_xy_z;
carry_xy_z = carry_xy_z ? s_xyz<=s_xy : s_xyz<s_xy;
xy[i] = s_xy;
xyz[i] = s_xyz;
}
return;
}
Schreiben Sie eine Variante dieser Funktion in Assembler. Verwenden Sie dabei die Befehle adcx und adox. Dabei ist es hilfreich, dass Sie mit dem Befehl lea eine Addition durchführen können, ohne ein Flag zu überschreiben (anders als z.B. add), und dass der Befehl loop ebenfalls keine flags überschreibt.
Für besonders effiziente Lösungen gibt es Bonuspunkte. Als Metrik zur Ermittlung der Effizienz dient die Anzahl der ausgeführten Maschinenbefehle; wird ein Befehl n mal ausgeführt, zählt er n-fach.
Beachten Sie, dass Sie nur dann Punkte bekommen, wenn Ihre Version korrekt ist, also bei jeder zulässigen Eingabe das gleiche Resultat liefert wie das Original. Dadurch können Sie viel mehr verlieren als Sie durch Optimierung gewinnen können, also optimieren Sie im Zweifelsfall lieber weniger als mehr.
Die Vertrautheit mit dem Assembler müssen Sie beim Gespräch am Ende des Semesters beweisen, indem Sie Fragen zum abgegebenen Code beantworten.
Zum angegebenen Termin stehen im Verzeichnis ˜/abgabe/asmb die maßgeblichen Dateien. Mittels make clean soll man alle von Werkzeugen erzeugten Dateien löschen können und make soll eine Datei asmb.o erzeugen. Diese Datei soll nur die Funktion asmb enthalten, keinesfalls main. Diese Funktion soll den Aufrufkonventionen gehorchen und wird bei der Prüfung der abgegebenen Programme mit C-Code zusammengebunden.
Abgabe spätestens am 17. April 2024, 14 Uhr.
Schreiben Sie mit flex einen Scanner, der Identifier, Zahlen, und folgende Schlüsselwörter unterscheiden kann: end return if then else while do var goto not head tail islist and. Weiters soll er auch noch folgende Lexeme erkennen: ; ( ) , : := + * . < = -
Identifier bestehen aus Buchstaben, _ und Ziffern, dürfen aber nicht mit Ziffern beginnen. Zahlen sind entweder Hexadezimalzahlen oder Dezimalzahlen. Hexadezimalzahlen beginnen mit einer Dezimalziffer, gefolgt von null oder mehr Hexadezimalziffern oder _, wobei Hex-Ziffern sowohl groß als auch klein geschrieben sein dürfen, gefolgt von H oder h. Dezimalzahlen beginnen mit einer Dezimalziffer gefolgt von 0 oder mehr Dezimalziffern oder _.
Leerzeichen, Tabs und Newlines zwischen den Lexemen sind erlaubt und werden ignoriert, ebenso Kommentare, die mit // anfangen und bis zum Zeilenende gehen. Alles andere sind lexikalische Fehler. Es soll jeweils das längste mögliche Lexem erkannt werden, end39 ist also ein Identifier (longest input match), 39end ist die Zahl 39 gefolgt vom Schlüsselwort end.
Der Scanner soll für jedes Lexem eine Zeile ausgeben: für Schlüsselwörter und Lexeme aus Sonderzeichen soll das Lexem ausgegeben werden, für Identifier id gefolgt von einem Leerzeichen und dem String des Identifiers, für Zahlen num gefolgt von einem Leerzeichen und der Zahl in Dezimaldarstellung ohne führende Nullen. Für Leerzeichen, Tabs, Newlines und Kommentare soll nichts ausgegeben werden (auch keine Leerzeile).
Der Scanner soll zwischen Groß- und Kleinbuchstaben unterscheiden, End ist also kein Schlüsselwort.
Legen Sie ein Verzeichnis ˜/abgabe/scanner an, in das Sie die maßgeblichen Dateien stellen. Mittels make clean soll man alle von Werkzeugen erzeugten Dateien löschen können (auch den ausführbaren Scanner) und mittels make ein Programm namens scanner erzeugen, das von der Standardeingabe liest und auf die Standardausgabe ausgibt. Korrekte Eingaben sollen akzeptiert werden (Ausstieg mit Status 0, z.B. mit exit(0)), bei einem lexikalischen Fehler soll der Fehlerstatus 1 erzeugt werden. Bei einem lexikalischen Fehler darf der Scanner Beliebiges ausgeben (eine sinnvolle Fehlermeldung hilft bei der Fehlersuche).
Die lex-Notation $ steht für ein ein Zeilenende, auf das ein Newline folgt; zusätzlich kann auch noch das Ende der Eingabe die Zeile (und damit einen Kommentar) beenden. Am einfachsten ist es, nur zu spezifizieren, was ein Kommentar ist, und es dem longest input match zu überlassen, den Kommentar nicht zu früh abzubrechen.
Abgabe spätestens am 24. April 2024, 14 Uhr.
Program: { Funcdef ’;’ }
;
Funcdef: id ’(’ Pars ’)’ Stats end /* Funktionsdefinition */
;
Pars: { id ’,’ } [ id ] /* Parameterdefinition */
;
Stats: { Label | Stat ’;’ }
;
Label: id ’:’ /* Labeldefinition */
;
Stat: return Expr
| var id ’:=’ Expr /* Variablendefinition */
| Lexpr ’:=’ Expr /* Zuweisung */
| Expr
| goto id
| if Expr then Stats [ else Stats ] end
| while Expr do Stats end
;
Lexpr: id /* schreibende Variablenverwendung */
| ( head | tail ) Expr
;
Expr: { not | head | tail | islist } Term
| Term { ’+’ Term }
| Term { ’*’ Term }
| Term { and Term }
| Term { ’.’ Term }
| Term ( ’<’ | ’=’ | ’-’ ) Term
;
Term: ’(’ Expr ’)’
| num
| id /* lesende Variablenverwendung */
| id ’(’ { Expr ’,’ } [ Expr ] ’)’ /* Funktionsaufruf */
;
Abbildung 2 zeigt die Grammatik (in yacc/bison-artiger EBNF) einer Programmiersprache. Schreiben Sie einen Parser für diese Sprache mit flex und yacc/bison. Die Lexeme sind die gleichen wie im Scanner-Beispiel (id steht für einen Identifier, num für eine Zahl). Das Startsymbol ist Program.
Zum angegebenen Termin stehen im Verzeichnis ˜/abgabe/parser die maßgeblichen Dateien. Mittels make clean soll man alle von Werkzeugen erzeugten Dateien löschen können und mittels make ein Programm namens parser erzeugen, das von der Standardeingabe liest. Korrekte Programme sollen akzeptiert werden (Ausstieg mit Status 0, z.B. mit exit(0)), bei einem lexikalischen Fehler soll der Fehlerstatus 1 erzeugt werden, bei Syntaxfehlern der Fehlerstatus 2. Das Programm darf auch etwas ausgeben (auch bei korrekter Eingabe), z.B. damit Sie sich beim Debugging leichter tun.
Die Verwendung von Präzedenzdeklarationen von yacc kann leicht zu Fehlern führen, die man nicht so schnell bemerkt (bei dieser Grammatik sind sie sowieso sinnlos). Konflikte in der Grammatik sollten Sie durch Umformen der Grammatik beseitigen; yacc löst den Konflikt zwar, aber nicht unbedingt in der von Ihnen gewünschten Art.
Links- oder Rechtsrekursion? Also: Soll das rekursive Vorkommen eines Nonterminals als erstes (links) oder als letztes (rechts) auf der rechten Seite der Regel stehen? Bei yacc/bison und anderen LR-basierten Parsergeneratoren funktioniert beides. Sie sollten sich daher in erster Linie danach richten, was leichter geht, z.B. weil es Konflikte vermeidet oder weil es einfachere Attributierungsregeln erlaubt. Z.B. kann man mittels Linksrekursion bei der Subtraktion einen Parse-Baum erzeugen, der auch dem Auswertungsbaum entspricht. Sollte es keine anderen Gründe geben, kann man der Linksrekursion den Vorzug geben, weil sie mit einer konstanten Tiefe des Parser-Stacks auskommt.
Abgabe spätestens am 8. Mai 2024, 14 Uhr.
Erweitern Sie den Parser aus dem letzten Beispiel mit Hilfe von ox um eine Symboltabelle und eine statische Analyse.
Die hervorgehobenen Begriffe beziehen sich auf Kommentare in der Grammatik.
Namen. Die folgenden Dinge haben Namen: Funktionen, Variablen, und Labels.
An einer Stelle darf nur eine Variable oder ein Label mit dem selben Namen sichtbar sein. Wenn ein Name in einem Stat sichtbar ist, das ein Stats enthält, ist er auch in diesem Stats sichtbar.
Alle Namen (ids), die in einer Parameterdefinition oder in einer Variablendefinition vorkommen, sind Variablennamen. Variablen, die in einer Parameterdefinition definiert wurden, sind in der ganzen Funktion sichtbar. Variablen, die einer Variablendefinition definiert wurden, sind in allen folgenden Statements der unmittelbar umgebenden Stats sichtbar, und nirgendwo sonst. In der Expr der Variablendefinition selbst ist die Variable noch nicht sichtbar.
Bei einer Variablenverwendung muss eine Variable mit dem Namen sichtbar sein.
In einer Labeldefinition vorkommende Namen sind Labels. Ein Label ist im gesamten Stats sichtbar, das seine Definition unmittelbar umgibt (auch vor der Definition). Bei einem goto muss ein Label mit dem Namen id sichtbar sein.
Eine Funktion wird im Funktionsaufruf verwendet und in der Funktionsdefinition definiert. Verwendete Funktionen müssen nicht definiert werden und können nicht deklariert1 werden. Funktionen dürfen, soweit es den Compiler betrifft, doppelt definiert werden und dürfen den gleichen Namen wie Variablen oder Labels haben; daher muss der Compiler Funktionsnamen nicht in einer Symboltabelle verwalten. Auch die Übereinstimmung der Anzahl der Argumente soll (und, im allgemeinen, kann) der Compiler nicht überprüfen.
Ihre statische Analyse soll überprüfen, dass alle verwendeten Variablen- und Label-Namen sichtbar sind und der richtigen Klasse (Label oder Variable) angehören, und dass zwei Definitionen des gleichen Label- oder Variablen-Namens keine überlappenden Sichtbarkeitsbereiche haben (auch nicht mit einem Namen der anderen Klasse).
Es ist empfehlenswert, die Grammatik so umzuformen, dass sie für die AG günstig ist: Fälle, die syntaktisch gleich ausschauen, aber bei den Attributierungsregeln verschieden behandelt werden müssen, sollten auf verschiedene Regeln aufgeteilt werden; umgekehrt sollten Duplizierungen, die in dem Bemühen vorgenommen wurden, Konflikte zu vermeiden, auf ihre Sinnhaftigkeit überprüft und ggf. rückgängig gemacht werden. Testen Sie Ihre Grammatikumformungen mit den Testfällen.
Offenbar übersehen viele Leute, dass attributierte Grammatiken Information auch von rechts nach links (im Ableitungsbaum) weitergeben können. Sie denken sich dann recht komplizierte Lösungen aus. Dabei reichen die von ox zur Verfügung gestellten Möglichkeiten vollkommen aus, um zu einer relativ einfachen Lösung zu kommen.
Verwenden Sie keine globalen Variablen oder Funktionen mit Seiteneffekten (z.B. Funktionen, die übergebene Datenstrukturen ändern) bei der Attributberechnung! ox macht globale Variablen einerseits unnötig, andererseits auch fast unbenutzbar, da die Ausführungsreihenfolge der Attributberechnung nicht vollständig festgelegt ist. Bei Traversals ist die Reihenfolge festgelegt, und Sie können globale Variablen verwenden; seien Sie aber trotzdem vorsichtig.
Sie brauchen angeforderten Speicher (z.B. für Symboltabellen-Einträge oder Typinformation) nicht freigeben, die Testprogramme sind nicht so groß, dass der Speicher ausgeht (zumindest wenn Sie’s nicht übertreiben).
Das Werkzeug Torero (http://www.complang.tuwien.ac.at/torero/) ist dazu gedacht, bei der Erstellung von attributierten Grammatiken zu helfen.
Zum angegebenen Termin stehen die maßgeblichen Dateien im Verzeichnis ˜/abgabe/ag. Mittels make clean soll man alle von Werkzeugen erzeugten Dateien löschen können und mittels make ein Programm namens ag erzeugen, das von der Standardeingabe liest. Korrekte Programme sollen akzeptiert werden, bei einem lexikalischen Fehler soll der Fehlerstatus 1 erzeugt werden, bei Syntaxfehlern der Fehlerstatus 2, bei anderen Fehlern (z.B. Verwendung eines nicht sichtbaren Namens) der Fehlerstatus 3. Die Ausgabe kann beliebig sein, auch bei korrekter Eingabe.
Abgabe spätestens am 22. Mai 2024, 14 Uhr.
Erweitern Sie die statische Analyse aus dem AG-Beispiel mit Hilfe von iburg zu einem Compiler, der folgende Untermenge der statisch korrekten Programme in AMD64-Assemblercode übersetzt: alle Programme, in denen aus Stat nur return-Anweisungen abgeleitet werden, in denen aber kein Funktionsaufruf abgeleitet wird.
Programme, die statisch korrekt sind, aber dieser Einschränkung nicht entsprechen, werden bei diesem Beispiel nicht als Testeingaben vorkommen. Allerdings kommen Programme, die diesen Einschränkungen nicht entsprechen, aber statisch nicht korrekt sind, als Eingaben zum Testen der statischen Überprüfungen vor, genauso wie fehlerhafte Eingaben zum Testen des Parsers und des Scanners.
Ein Teil der Sprache wurde schon im Beispiel attributierte Grammatik erklärt, hier der für dieses Beispiel notwendige Zusatz:
Datendarstellung. Es gibt zwei Typen, die durch dynamische Typüberprüfung unterschieden werden: ganze Zahlen und Listenzellen. Listenzellen bestehen aus zwei Feldern: dem Kopf (head) und dem Rest (tail); in beiden Feldern können Daten beliebigen Typs gespeichert werden.
Für die dynamische Typüberprüfung müssen die Daten mit tags versehen werden, die den Typ angeben. Wir verwenden das niederwertigste Bit des Wortes als tag:
Wenn das tag 0 ist, ist das Datum eine vorzeichenbehaftete 63-Bit-Zahl; den Wert der Zahl erhält man durch bitweises arithmetisches Verschieben nach rechts um ein Bit. Dabei bleibt das signifikanteste Bit unverändert; bei negative Zahlen ist also sowohl in der getagten Darstellung als auch in der ungetagten das oberste Bit gesetzt.
Ist das tag 1, ist das Datum ein Zeiger auf eine Listenzelle; den tag-losen Zeiger erhält man, indem man vom Datum eins subtrahiert (die Adresse einer Listenzelle ist daher auf jeden Fall gerade). Das Kopffeld der Listenzelle ist auf Offset 0 vom tag-losen Zeiger, das Restfeld ist auf Offset 8. Eine Listenzelle ist 16 Bytes groß.
In Listen und bei der Parameterübergabe sind die Daten immer mit tags versehen, bei der Bearbeitung können sie dargestellt werden, wie es gerade paßt. Im folgenden wird bei Integern der Zahlenwert genannt, nicht die Darstellung mit tag.
Bedeutung der Operatoren. +, - und * arbeiten mit Zahlen als Operanden und haben ihre übliche Bedeutung (ein etwaiger Überlauf soll ignoriert werden).
x.y baut aus beliebigen Operanden eine Listenzelle, und zwar mit x als Kopf und y als Rest, und liefert als Resultat die Adresse der Zelle (entsprechend getagt). Bei Ausdrücken mit mehreren Punkten in Folge wird implizit wie folgt geklammert: x.y.z ist äquivalent zu x.(y.z), w.x.y.z zu w.(x.(y.z)) („Rechtsassoziativ“).
< und = vergleichen ihre Operanden und liefern -1 für “wahr” und 0 für “falsch”. < funktioniert dabei nur für ganze Zahen, = für beliebige Kombinationen von Zahlen und Listen. = vergleicht dabei nur die beiden 64-bit-Wörter, die die Daten repräsentieren. Bei Listen werden also nur die Zeiger verglichen, nicht die Elemente; d.h., bei zwei Listen mit gleichem Inhalt, die nicht in der selben Operation gebaut wurden, wird = also 0 liefern (z.B. (0.0)=(0.0) liefert 0).
and und not arbeiten bitweise auf ganzen Zahlen.
islist erwartet einen beliebigen Operanden und liefert -1, wenn der Operand eine Liste ist, sonst 0.
head erwartet eine Liste und liefert den Inhalt des Kopffeldes; entsprechend tail für das Restfeld.
Typprüfung Einige Operatoren überprüfen zur Laufzeit, ob ihre Operanden einen bestimmten Typ haben. Wenn das Datum nicht den erwarteten Typ hat, soll das Programm zur Laufzeit mit einem Signal abbrechen.
Anweisungen Die return-Anweisung beendet die Funktion und liefert das Resultat von Expr als Ergebnis des Aufrufs der Funktion.
Erzeugter Code. Ihr Compiler soll AMD64-Assemblercode ausgeben. Jede Funktion im Programm verhält sich gemäß der Aufrufkonvention, abgesehen vom Heap-Pointer (siehe unten). Der erzeugte Code wird nach dem Assemblieren und Linken von C-Funktionen aufgerufen. Beispiel: Die Funktion foo(a,b) ... end; kann von C aus mit foo(x,y) aufgerufen werden, wobei a den Wert von x bekommt und b den von y.
Der Name einer Funktion soll als Assembler-Label am Anfang des erzeugten Codes verwendet werden und das Symbol soll exportiert werden; andere Symbole soll Ihr Code nicht exportieren.
Die Listenzellen können Sie auf dem Heap anlegen. Der Heap-Zeiger befindet sich im Register r15 und wird schon von der aufrufenden Funktion passend übergeben (inkl. Ausrichtung auf gerade Adressen); der Heap wächst nach oben (in Richtung größere Adressen). Um die Freigabe der Elemente brauchen Sie sich nicht kümmern, es ist genug Platz für die Listenelemente, die in dem Testprogramm erzeugt werden.
Im Fall eines Typfehlers soll ein Signal erzeugt werden, das den Prozess beendet. Sie müssen das für jeden Operanden selbst abfragen (z.B. test und jne). Ihr Programm kann ein Signal erzeugen, indem es zum Label raisesig springt, das Ihnen unser Testframework zur Verfügung stellt.
Folgende Einschränkungen sind dazu gedacht, Ihnen gewisse Probleme zu ersparen, die reale Compiler bei der Codeauswahl und Registerbelegung haben. Sie brauchen diese Einschränkungen nicht überprüfen, unsere Testeingaben halten sich an diese Einschränkungen (eine Überprüfung könnte Ihnen allerdings beim Debuggen Ihrer eigenen Testeingaben helfen): Funktionen haben maximal 6 Parameter. Die maximale Tiefe eines Ausdrucks2 ist ≤ 6 - v, wobei v die Anzahl der derzeit sichtbaren Variablen ist. Die im Quellprogramm vorkommenden Zahlen und konstanten Ausdrücke sind ≥-230 und < 230; das gilt aber nicht für Ergebnisse von Berechnungen zur Laufzeit.
Der erzeugte Code soll korrekt sein und möglichst wenige Befehle ausführen (da es hier abgesehen von Typechecks keine Verzweigungen gibt, ist das gleichbedeutend mit „wenige Befehle enthalten“). Dabei ist nicht an eine zusätzliche Optimierung (wie z.B. common subexpression elimination) gedacht, sondern vor allem an die Dinge, die Sie mit iburg tun können, also eine gute Codeauswahl (besonders bezüglich konstanter Operanden) und eventuell einige algebraische Optimierungen (siehe z.B. http://www.complang.tuwien.ac.at/papers/ertl00dagstuhl.ps.gz); insbesondere können Sie in diesem Beispiel die Tag-Checks und das Taggen optimieren, indem Sie für getagte und enttagte Werte Nonterminals in der Baumgrammatik einführen. Für besonders effizienten erzeugten Code gibt es Sonderpunkte.
Beachten Sie, dass es leicht ist, durch eine falsche Optimierungsregel mehr Punkte zu verlieren, als Sie durch Optimierung überhaupt gewinnen können. Testen Sie daher ihre Optimierungen besonders gut (mindestens ein Testfall pro Optimierungsregel). Überlegen Sie sich, welche Optimierungen es wohl wirklich bringen (welche Fälle also tatsächlich vorkommen), und lassen Sie die anderen weg.
Zum angegebenen Termin stehen die maßgeblichen Dateien im Verzeichnis ˜/abgabe/codea. Mittels make clean soll man alle von Werkzeugen erzeugten Dateien löschen können und mittels make ein Programm namens codea erzeugen, das von der Standardeingabe liest und den generierten Code auf die Standardausgabe ausgibt. Bei einem lexikalischen Fehler soll der Fehlerstatus 1 erzeugt werden, bei einem Syntaxfehler Fehlerstatus 2, bei anderen Fehlern der Fehlerstatus 3. Im Fall eines Fehlers darf die Ausgabe beliebig sein.
Abgabe spätestens am 5. Juni 2024, 14 Uhr.
Erweitern Sie den Compiler aus dem vorigen Beispiel so, dass er folgende Untermenge der statisch korrekten Programme in AMD64-Assemblercode übersetzt: Alle Programme, in denen der Parser keinen Funktionsaufruf ableitet. Programme, die statisch korrekt sind, aber dieser Einschränkung nicht entsprechen, werden bei diesem Beispiel nicht als Testeingaben vorkommen.
Ein Teil der Sprache wurde schon erklärt, hier der für dieses Beispiel notwendige Zusatz:
Die Variablendefinition speichert den Wert von Expr unter dem Namen der Variable.
Bei einer Zuweisung wird Expr ausgewertet, mit dem Ergebnis v. Wenn Lexpr eine Variable ist, wird die Variable durch v überschrieben. Wenn Lexpr ein head oder tail einer Expr l ist, muss l eine Liste sein (Typprüfung); die Zuweisung überschreibt dann den entsprechenden Teil der Listenzelle durch v.
Eine Expr-Anweisung wertet die Expr aus und macht mit dem Ergebnis nichts (in diesem Beispiel gibt es keine Funktionsaufrufe, daher macht diese Anweisung hier gar nichts).
Eine goto-Anweisung springt zu dem durch id angegebenen Label.
Eine if-Anweisung wertet Expr aus. Ist das Resultat negativ, werden die ersten Stats ausgeführt (vor dem else, falls vorhanden) und dann hinter dem end weitergemacht. Ist das Resultat ≥ 0, werden die Stats hinter dem else ausgefuehrt, falls vorhanden, ansonsten wird einfach hinter dem end weitergemacht.
Eine while-Anweisung wertet Expr aus. Ist das Ergebnis negativ, werden Stats ausgeführt, und dann die while-Anweisung von vorne; ist das Ergebnis ≥ 0, wird hinter dem end weitergemacht (ohne Stats auszufuehren).
Erzeugter Code. Es gelten die gleichen Anforderungen und Einschränkungen wie im vorigen Beispiel.
Es bringt nichts, für iburg Bäume zu bauen, die mehr als eine einfache Anweisung oder den Teil einer if-Anweisung bis zum then oder den Teil einer while-Anweisung bis zum do umfassen: die Möglichkeit, durch die Baumgrammatik Knoten zusammenzufassen und so zu optimieren, kann nur auf der Ebene von Ausdrücken und einfachen Anweisungen genutzt werden (ausser man würde die Zwischendarstellung in einer Weise umformen, die zuviel Aufwand für diese LVA ist).
Auf höherer Ebene ist einfacher, für jede einfache Anweisung einen Baum zu bauen und dann in einem Traversal für jeden dieser Bäume den Labeler und den Reducer aufzurufen.
Zum angegebenen Termin stehen die maßgeblichen Dateien im Verzeichnis ˜/abgabe/codeb. Mittels make clean soll man alle von Werkzeugen erzeugten Dateien löschen können und mittels make ein Programm namens codeb erzeugen, das von der Standardeingabe liest und den generierten Code auf die Standardausgabe ausgibt. Bei einem lexikalischen Fehler soll der Fehlerstatus 1 erzeugt werden, bei einem Syntaxfehler Fehlerstatus 2, bei anderen Fehlern der Fehlerstatus 3. Im Fall eines Fehlers darf die Ausgabe beliebig sein.
Abgabe spätestens am 19. Juni 2024, 14 Uhr.
Es gibt nur einen Nachtermin.
Erweitern Sie den Compiler aus dem vorigen Beispiel so, dass er alle statisch korrekten Programme in AMD64-Assemblercode übersetzt.
Ein Teil der Sprache wurde schon erklärt, hier der für dieses Beispiel notwendige Zusatz:
Der Funktionsaufruf wertet alle Exprs aus und ruft dann die Funktion id auf, mit den Ergebnissen der Exprs als Parameter. Der von der Funktion zurückgegebene Wert ist der Wert des Funktionsaufrufs.
Erzeugter Code. Der erzeugte Code ruft Funktionen entsprechend den Aufrufkonventionen auf. Ansonsten gelten die gleichen Anforderungen und Einschränkungen wie im vorigen Beispiel, wobei ein Funktionsaufruf mit n Parametern bei der Berechnung der Tiefe mit dem Wert max(0,n - 1) (zuzüglich der maximalen Tiefe der Berechnungen der Parameter) eingeht.
Wichtigstes Kriterium ist wie immer die Korrektheit, für gute Codeerzeugung gibt es aber wieder Sonderpunkte. Wir empfehlen, nur Optimierungen durchzuführen, die mit den verwendeten Werkzeugen einfach möglich sind. Bei diesem Beispiel kommt es mehr auf gute Registerbelegung an als auf die Optimierung von Ausdrücken.
Bei der Registerbelegung gibt es sowohl ein großes Optimierungspotential als auch ein großes Fehlerpotential, besonders im Zusammenhang mit (verschachtelten) Funktionsaufrufen.
Eine einfache Strategie bezüglich der Parameter der aktuellen Funktion ist, sie nicht in den Argumentregistern zu lassen, sondern sie z.B. auf den Stack zu kopieren, damit man beim Berechnen der Parameter einer anderen Funktion problemlos auf sie zugreifen kann. Diese Strategie mag zwar nicht zum optimalen Code führen, aber eine gute Regel beim Programmieren lautet: “First make it work, then make it fast”.
Zum angegebenen Termin stehen die maßgeblichen Dateien im Verzeichnis ˜/abgabe/gesamt. Mittels make clean soll man alle von Werkzeugen erzeugten Dateien löschen können und mittels make ein Programm namens gesamt erzeugen, das von der Standardeingabe liest und auf die Standardausgabe ausgibt. Bei einem lexikalischen Fehler soll der Fehlerstatus 1 erzeugt werden, bei einem Syntaxfehler Fehlerstatus 2, bei anderen Fehlern der Fehlerstatus 3. Im Fall eines Fehlers kann die Ausgabe beliebig sein. Der ausgegebene Code muss vom Assembler verarbeitet werden können.