Melden Sie sich in unserem Anmeldesystem https://www.complang.tuwien.ac.at/anmeldung/ für die Lehrveranstaltung an. Mit der Anmeldung wird ein Account für Sie auf unserer Übungsmaschine g0.complang.tuwien.ac.at eingerichtet, der Accountname ist u gefolgt von der Matrikelnummer, z.B. u9999999. Das Passwort für diesen Account geben Sie bei der Anmeldung ein.
In den Übungsräumen in der Argentinierstraße 8, Erdgeschoß stehen Ihnen ca. 25 X-Terminals als Arbeitsplätze zur Verfügung. Die offiziellen Öffnungszeiten des Labors sind Montag bis Freitag 9h-17h, jedoch sind die Übungsräume normalerweise wochentags bis 22h und samstags bis 17h zugänglich (es kommt aber vor, dass die Eingangstür schon früher versperrt wird). Die Übungsrechner sind rund um die Uhr in Betrieb, sodass Sie sich von auswärts (z.B. von den Benutzerräumen des ZID) auch zu anderen Zeiten einloggen können. Sollte es allerdings außerhalb der offiziellen Öffnungszeiten zu einem technischen Problem (z.B. Absturz) kommen, wird das Problem erst am nächsten Arbeitstag behoben.
Auf den X-Terminals können Sie Verbindungen zu verschiedenen Computern auswählen. Die Übungsmaschine ist die g0; sollte sie längerfristig ausfallen, steht als Ersatzmaschine die g2 zur Verfügung (Sie können sich aber vorerst nicht auf die Ersatzmaschine einloggen). Sie können sich von auswärts mit ssh g0.complang.tuwien.ac.at einloggen.
Vor dem Einloggen sollten Sie einen Doppelklick auf das Ende-Icon machen oder zweimal CtrlAltBackspace drücken (X-server reset, verbessert die Stabilität). Nach dem Einloggen erscheint ein Emacs-Fenster und einige andere. Sie können die Session beenden, indem Sie einen X-Server-Reset auslösen (z.B. per Doppelklick auf das Ende-Icon).
Auf allen Arbeitsplätzen liegt die Meta-Taste auf Alt.
Wir haben keine Möglichkeit, Dateien von oder auf USB-Sticks o.ä. zu überspielen. Falls Sie zuhause arbeiten wollen, müssen Sie Ihre Dateien für die Abgabe mit scp (eine ssh-Anwendung) auf unsere Rechner übertragen.
Die in der Übung verwendeten Werkzeuge sind für verschiedene Plattformen auf http://www.complang.tuwien.ac.at/ubvl/tools/ erhältlich.
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).
Nach den Erfahrungen der letzten Jahre kommt es kurz vor den Abgabeterminen manchmal zu großem Andrang in den Übungsräumen. Wir empfehlen daher, möglichst zu anderen, von Tutoren betreuten Zeiten zu kommen.
Verlautbarungen zur Übung (z.B. Klarstellungen zur Angabe) gibt es in der Newsgroup tuwien.lva.uebersetzerbau-lu; derzeit ist sie nur auf wenigen Newsservern vorhanden; auf http://www.complang.tuwien.ac.at/ubvl/newsgroup.html werden verschiedene Zugriffsmöglichkeiten erläutert. Stellen Sie Fragen, deren Antwort vermutlich auch andere Übungsteilnehmer interessiert, bitte dort. Wir bemühen uns, Fragen innerhalb eines Arbeitstages zu beantworten. Bitte schauen Sie zuerst, ob die Frage nicht schon gestellt und beantwortet wurde. Wenn Ihre Frage schon früher beantwortet wurde, wird die Antwort auf Ihre Frage meist die Message-Id der alten Antwort sein. Mit der Message-Id kommen Sie auf folgende Weise an den Artikel, wenn Ihr Newsreader diese Funktion nicht bietet:
Im WWW finden Sie unter http://www.complang.tuwien.ac.at/ubvl/ Informationen zur Übung.
Während der Übung stehen zu gewissen Zeiten in den Übungsräumen Tutoren bereit (siehe http://www.complang.tuwien.ac.at/ubvl/stundenplan.txt). Wenn die Tutoren Ihre Frage nicht beantworten können, erreichen Sie unter anton@mips.complang.tuwien.ac.at einen betreuenden Assistenten. Wenn Sie Ihre Fragen gerne persönlich stellen, kommen Sie am Montag von 10h-11h zu Anton Ertl in die Sprechstunde.
Technische Probleme wie Computerabstürze, Druckerprobleme, falsche Permissions, oder vergessene Passwörter sind eine Sache für den Techniker. Wenden Sie sich direkt an ihn: email an Herbert Pohlai ( root@mips.complang.tuwien.ac.at), Tel. 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 einen Tutor.
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. 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 in tuwien.lva.uebersetzerbau-lu 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. Weitere Maßnahmen behalten wir uns vor.
Ihr Account ist nur für Sie lesbar. Bringen Sie andere nicht durch Ändern der Permissions in Versuchung, zu schummeln.
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Abbildung 1 zeigt die zur Verfügung stehenden Werkzeuge.
Die mit „man“ gekennzeichnete Dokumentation können Sie lesen, indem sie auf der Kommandozeile man ... eintippen. 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).
Alle Werkzeuge rufen Sie von der Shell-Kommandozeile aus auf, indem Sie ihren Namen tippen.
Mit flex erzeugte Scanner müssen normalerweise mit -lfl gelinkt werden.
Das auf den Übungsgeräten unter yacc aufrufbare Programm ist bison -y (für den Fall, dass Sie Diskrepanzen zwischen diesem yacc und dem auf kommerziellen Unices bemerken). Mit xvcg können Sie sich die Ausgabe von bison -g anschauen.
mail ist ein primitives Email-Werkzeug, mutt ist etwas bequemer1.
Das Ox User Reference Manual ist nicht in diesem Skriptum abgedruckt, sondern steht nur on-line zur Verfügung, da es relativ umfangreich ist und nur ein Teil der enthaltenen Information in dieser Übung nützlich ist.
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. Zum Beispiel gibt es keine direkte Möglichkeit, Daten ein- oder auszugeben; diese Funktionen werden durch eine C-Funktion uebernommen, die Funktionen in der Sparache aufruft, oder durch Aufrufen von C-Funktionen von Funktionen in unserer Sprache.
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 den meisten 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 16. März 2011, 14 Uhr.
Gegeben ist folgende C-Funktion:
Schreiben Sie diese Funktion in Assembler unter Verwendung von adcq und ohne Verwendung eines Vergleichsbefehls.
Am einfachsten tun Sie sich dabei wahrscheinlich, wenn Sie eine einfache C-Funktion wie
mit z.B. gcc -O -S in Assembler übersetzen und sie dann erweitern. Dann stimmt schon das ganze Drumherum. Die Originalfunktion auf diese Weise zu übersetzen ist auch recht lehrreich, aber vor allem, um zu sehen, wie man es nicht machen soll.
Beachten Sie, dass Sie nur dann Punkte bekommen, wenn Ihre Version adcq verwendet und korrekt ist, also bei gleicher (zulässiger) Eingabe das gleiche Resultat liefert wie das Original.
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 23. März 2011, 14 Uhr.
Gegeben ist folgende C-Funktion:
Schreiben Sie diese Funktion in Assembler unter Verwendung von adc.
Für besonders effiziente Lösungen (gemessen an der Anzahl der ausgeführten Maschinenbefehle; wird ein Befehl n mal ausgeführt, zählt er n-fach) gibt es Bonuspunkte. Dabei könnte Ihnen das Wissen helfen, dass add und sub das Carry-Flag verändern, inc, dec, lea und mov dagegen nicht.
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 30. März 2011, 14 Uhr.
Schreiben Sie mit flex einen Scanner, der Identifier, Zahlen, und folgende Schlüsselwörter unterscheiden kann: cond end not or. Weiters soll er auch noch folgende Lexeme erkennen: ; ( ) , = ~ -> - + * . > _
Identifier bestehen aus Buchstaben und Ziffern, dürfen aber nicht mit Ziffern beginnen. Zahlen beginnen mit einer Ziffer und bestehen entweder ausschließlich aus Dezimalziffern oder aus Hexadezimalziffern gefolgt von H (führende Nullen sind erlaubt, und sowohl Groß- als auch Kleinbuchstaben als Hex-Ziffern). Leerzeichen, Tabs und Newlines zwischen den Lexemen sind erlaubt und werden ignoriert, ebenso Kommentare, die mit // anfangen und bis Ende der Zeile gehen. Alles andere sind lexikalische Fehler. Es soll jeweils das längste mögliche Lexem erkannt werden, if39 ist also ein Identifier (longest input match), 39or ist eine Zahl gefolgt vom Schlüsselwort or.
Der Scanner soll für jedes Lexem eine Zeile ausgeben: für Schlüsselwörter und Lexeme aus Sonderzeichen soll das Lexem ausgegeben werden, für Identifier ident 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 6. April 2011, 14 Uhr.
Gegeben ist die Grammatik (in yacc/bison-artiger EBNF):
Schreiben Sie einen Parser für diese Sprache mit flex und yacc/bison. Die Lexeme sind die gleichen wie im Scanner-Beispiel (ident 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 auf 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 4. Mai 2011, 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 und Variablen.
Eine Funktion wird im Funktionsaufruf verwendet und in der Funktionsdefinition definiert. Verwendete Funktionen müssen nicht definiert werden und können nicht deklariert2 werden. Funktionen dürfen, soweit es den Compiler betrifft, doppelt definiert werden und dürfen den gleichen Namen wie Variablen oder Felder haben; daher muss der Compiler Funktionsnamen nicht in einer Symboltabelle verwalten. Auch die Übereinstimmung der Anzahl der Argumente soll (und kann) der Compiler nicht überprüfen.
Alle Namen (idents), die in einer Parameterdefinition oder in der Lexpr eines Strukturfalls vorkommen, sind Variablennamen. Variablen, die in einer Parameterdefinition definiert wurden, sind in der ganzen Funktion sichtbar. Variablen, die in der Lexpr eines Strukturfalls definiert wurden, sind in der gesamten Expr nach dem -> sichtbar und nirgendwo sonst.
Die Sichtbarkeitsbereiche von zwei Variablen mit dem gleichen Namen dürfen sich nicht überlappen (auch nicht Variablen mit Parametern).
Bei einer Variablenverwendung muss eine Variable oder ein Parameter mit dem Namen sichtbar sein.
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. Heuer sind diese Möglichkeiten zwar für das AG-Beispiel wohl nicht nötig, aber behalten Sie sie für spätere Beispiele im Hinterkopf.
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 18. Mai 2011, 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 keine cond-Ausdrücke und keine Funktionsaufrufe vorkommen. Programme, die statisch korrekt sind, aber dieser Einschränkung nicht entsprechen, werden bei diesem Beispiel nicht als Testeingaben vorkommen.
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 beliebige Daten 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.
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 * haben ihre übliche Bedeutung (ein etwaiger Überlauf soll ignoriert werden).
x.y baut 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).
or und not arbeiten bitweise auf ganzen Zahlen.
Typprüfung Einige Operatoren überprüfen zur Laufzeit, ob ihre Operanden ganze Zahlen sind: not or - + * >. Wenn nicht, soll das Programm zur Laufzeit mit einem Signal abbrechen.
Funktionsresultat Eine Funktion gibt als Ergebnis den Wert der Expr zurück.
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) = ...; 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. Um die Freigabe der Elemente brauchen Sie sich nicht kümmern, es ist genug Platz für die Listenelemente, die in dem Ausdruck vorkommen.
Im Fall eines Typfehlers soll ein Signal erzeugt werden, das den Prozess beendet. Bei den Operatoren, die ganze Zahlen erwarten, müssen Sie das für jeden Operanden selbst abfragen (z.B. mit 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 Ausdrucks3 ist ≤ 6 - v, wobei v die Anzahl der sichtbaren Variablen ist. Die im Quellprogramm vorkommenden Zahlen und konstanten Ausdrücke sind ≥-231 und < 231; 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 Typchecks 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 Ausnutzung der Adressierungsarten) und eventuell einige algebraische Optimierungen (siehe z.B. http://www.complang.tuwien.ac.at/papers/ertl00dagstuhl.ps.gz). 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 1. Juni 2011, 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:
In einem cond-Ausdruck werden die Fälle nacheinander getestet, bis einer zutrifft. Trifft kein Strukturfall oder Ausdrucksfall zu, dann ist das Ergebnis des Cond-Ausdrucks das Ergebnis der Expr im Defaultfall.
Bei einem Ausdrucksfall wird der Ausdruck vor dem -> ausgewertet; ist er ungleich 0, trifft der Fall zu und das Ergebnis des cond-Ausdrucks ist das Ergebnis des Ausdrucks hinter dem ->.
Bei einem Strukturfall wird überprüft, ob der Ausdruck vor dem ~ die in Lexpr angegebene Struktur hat. Wenn ja, dann ist der Wert einer Variablen in der Lexpr der entsprechende Listenteil im Ausdruck. Listenteile, für die _ steht, werden nicht gebraucht. Nehmen wir als Beispiel (1.2).3.4 ~ (a._).b; dabei erhält a den Wert 1 und b den Wert 3.4.
Erzeugter Code. Es gelten die gleichen Anforderungen und Einschränkungen wie im vorigen Beispiel.
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 15. Juni 2011, 14 Uhr.
Es gibt nur einen Nachtermin. Wenn Sie sich für ein Abschlussgespräch vor dem Nachtermin anmelden, wird für die Note nur das Ergebnis des ersten Abgabetermins berücksichtigt.
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 ident auf, mit den Ergebnissen der Terme 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 (davon n - 1 in den Klammern) bei der Berechnung der Tiefe mit dem Wert max(0,n - 1) (zuzüglich der Tiefen 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. Verwenden Sie keine globalen Variablen. Der ausgegebene Code muss vom Assembler verarbeitet werden können.