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 Zeiten zu kommen.
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 Übungsforum (Details dazu siehe Übungshomepage).
Wenn Sie eine Frage zur Übung haben, stellen Sie sie am besten im Übungsforum (dann können auch andere von der Antwort profitieren). Sie können auch den Leiter der Übung per Email fragen anton@mips.complang.tuwien.ac.at, oder in die Sprechstunde kommen (Montag 10h-11h).
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 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. 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. So sind in dieser Sprache zwar grundlegende Kontrollstrukturen vorhanden und es können Variablen definiert werden, aber Datenstrukturen können innerhalb dieser Sprache nicht erzeugt werden. Sprachkonstrukte für Speicherzugriff sind jedoch vorhanden. Daher müssen bei den letzten Beispielen, um die Codegenerierung testen zu können, Datenstrukturen in einem C-Programm erzeugt werden und dann mit dem von Ihnen generierten Code gelinkt werden. Dadurch erlernen Sie auch, wie verschiedene Sprachen miteinander kombiniert werden können. Zum Beispiel gibt es keine direkte Möglichkeit, Daten ein- oder auszugeben; diese Funktionen werden durch eine C-Funktion übernommen, die Funktionen in der Sprache 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 19. März 2014, 14 Uhr.
Gegeben ist folgende C-Funktion:
Schreiben Sie diese Funktion in Assembler unter Verwendung von pminub (viel mehr ist übrigens auch nicht nötig, insbesondere keine Schleife).
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 verändern. 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 pminub 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.
Legen Sie ein Verzeichnis ˜/abgabe/asma an, in das Sie die maßgeblichen Dateien stellen. 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 26. März 2014, 14 Uhr.
Gegeben ist folgende C-Funktion:
Schreiben Sie diese Funktion in Assembler unter Verwendung von pminub. Sie dürfen dabei annehmen, dass hinter dem letzten Zeichen von s, t. und u noch 16 Bytes zugreifbar sind, und sie dürfen bis zu 15 Zeichen hinter dem Ende von u beliebig verändern.
Für besonders effiziente Lösungen (gemessen an der Anzahl der ausgeführten Maschinenbefehle; wird ein Befehl n mal ausgeführt, zählt er n-fach) gibt es Bonuspunkte.
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.
Legen Sie ein Verzeichnis ˜/abgabe/asmb an, in das Sie die maßgeblichen Dateien stellen. 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 2. April 2014, 14 Uhr.
Schreiben Sie mit flex einen Scanner, der Identifier, Zahlen, und folgende Schlüsselwörter unterscheiden kann: struct end func return with do let in cond then not or. Weiters soll er auch noch folgende Lexeme erkennen: : ( ) ; = . - + * > <> ,
Identifier bestehen aus Buchstaben, Ziffern, und _, dürfen aber nur mit Buchstaben beginnen.
Zahlen sind entweder Hexadezimalzahlen oder Dezimalzahlen. Hexadezimalzahlen beginnen mit einer Dezimalziffer, gefolgt von null oder mehr Hexadezimalzifferm, gefolgt von H. Hex-Ziffern dürfen sowohl groß als auch klein geschrieben werden. Dezimalzahlen bestehen aus einer oder mehr Dezimalziffern.
Leerzeichen, Tabs und Newlines zwischen den Lexemen sind erlaubt und werden ignoriert, ebenso Kommentare, die mit /* anfangen und bis zum nächsten */ gehen; Kommentare können also nicht geschachtelt werden.
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).
Abgabe spätestens am 9. April 2014, 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 (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 7. Mai 2014, 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.
Die folgenden Dinge haben Namen: Funktionen, Strukturen, Felder 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 Strukturen, Felder, und Variablen 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 (ids), die in einer Parameterdefinition oder in einer let-Anweisung3 vorkommen, sind Variablennamen. Variablen, die in einer Parameterdefinition definiert wurden, sind in der ganzen Funktion sichtbar. Variablen, die einer let-Anweisung definiert wurden, sind zwischen dem in und dem end sichtbar, und nirgendwo sonst. In der Definition ist die Variable noch nicht sichtbar.
Strukturnamen aus Structdefs (und nur diese) können in einer with-Anweisung als id (zwischen : und do) verwendet werden. Strukturnamen sind im gesamten Programm an diesen Stellen sichtbar (auch vor der Definition).
Alle Namen (ids) in einer Felddefinition sind Feldnamen.
Feldnamen können in zwei Kontexten verwendet werden: 1) Im schreibenden oder lesenden Feldzugriff hinter dem Punkt (Feldkontext). 2) Im schreibenden oder lesenden Variablenzugriff (Variablenkontext).
Feldnamen sind im ganzen Programm im Feldkontext sichtbar (auch vor der Definition).
Ein Feldname ist normalerweise nicht im Variablenkontext sichtbar. In den Stats einer with-Anweisung sind die Namen der Felder der Struktur sichtbar, deren Namen als id in der with-Anweisung vorkommt (zwischen : und do). Beispiel: with a:b do c=d; end; hier können c und d Felder sein, die in der Definition der Struktur b definiert wurden.
In einem Programm darf ein Name nur einmal als Strukturname vorkommen. In einem Programm darf ein Name nur einmal als Feldname vorkommen. Strukturen und Felder haben getrennte Namensräume, derselbe Name kann also für eine Struktur und für ein Feld verwendet werden.
In einer Funktion dürfen an keiner Stelle zwei Variablen oder Felder mit dem gleichen Namen im Variablenkontext sichtbar sein (unabhängig davon, ob der Name tatsächlich im Variablenkontext verwendet wird). Es darf aber derselbe Name definiert werden, wenn sich die Sichtbarkeitsbereiche nicht überlappen. Beispiel:
[Die Funktion f ergibt zur Laufzeit keinen Sinn (nach den Regeln aus den folgenden Beispielen), aber das braucht und soll der Compiler nicht statisch überprüfen.]
Bei einem Variablenzugriff muss eine Variable, ein Parameter oder Feld (im Variablenkontext) mit dem Namen sichtbar sein.
Es ist empfehlenswert, die Grammatik so umzuformen, dass sie für die Attributierung 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 bei der Attributberechnung keine globalen Variablen oder Funktionen mit Seiteneffekten (z.B. Funktionen, die übergebene Datenstrukturen ändern)! 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 21. Mai 2014, 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.
Ein Teil der Sprache wurde schon im Beispiel attributierte Grammatik erklärt, hier der für dieses Beispiel notwendige Zusatz:
Datendarstellung. Diese Programmiersprache kennt nur einen Datentyp: das 64-bit-Wort, das als vorzeichenbehaftete Zahl oder als Speicheradresse verwendet werden kann. Weder der Compiler noch das Laufzeitsystem soll eine Typüberprüfung vornehmen. Der Programmierer (der Anwender des Compilers) muss wissen, was er tut, der Compiler soll (und kann) das nicht überprüfen. Unsere Testprogramme führen keine Zugriffe auf ungültige Adressen aus.
Bedeutung der Operatoren. +, - und das binäre * haben ihre übliche Bedeutung (ein etwaiger Überlauf soll ignoriert werden). or und not führen die Operation bitweise auf ihren Operanden durch. > und <> (entspricht ≠) vergleichen ihre Operanden und liefern -1 für wahr und 0 für falsch.
Bei einem Feldzugriff ist Term die Anfangsadresse der Struktur. Die Felder einer Struktur sind 64-bit (8 Bytes) groß und enthalten 64-bit-Wörter. Das erste Feld einer Struktur hat den Offset 0 von der Anfangsadresse, das zweite den Offset 8 usw. Bei einem Feldzugriff erfolgt der Zugriff auf die Adresse Term+Offset. Der lesende Feldzugriff liefert als Resultat das 64-bit-Wort an dieser Adresse.
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. Der erzeugte Code wird nach dem Assemblieren und Linken von C-Funktionen aufgerufen. Beispiel: Die Funktion func 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.
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 Ausdrucks4 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 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 das, was 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 4. Juni 2014, 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:
Eine Zuweisung schreibt den Wert der Expr in die durch Lexpr angegebene Variable bzw. Speicherstelle.
Die cond-Anweisung wertet die erste Expr aus. Ist das Ergebnis negativ, werden die Stats zwischen then und end ausgeführt, und danach die Ausführung hinter dem Ende der cond-Anweisung fortgesetzt. Ansonsten wird mit der nächsten Expr then Stats end-Klausel der Vorgang wiederholt. Ist keine solche Klausel (mehr) vorhanden, setzt die Ausführung des Programms hinter dem Ende der cond-Anweisung fort.
Die let-Anweisung wertet für jede id ’=’ Expr-Klausel die Expr aus und weist das Ergebnis der definierten Variable id zu. Danach werden die Stats ausgeführt.
Die with-Anweisung wertet Expr aus und merkt sich den Wert. Jeder Variablenzugriff auf ein Feld der von id benannten Struktur verwendet diesen Wert als Startadresse der Struktur; der Feldname gibt wie bei einem Feldzugriff den Offset von dieser Startadresse an. Beispiel: Die folgenden beiden Anweisungen sind äquivalent:
Eine Term-Anweisung wertet den Term aus und macht mit dem Ergebnis nichts (in diesem Beispiel gibt es keine Funktionsaufrufe, daher macht diese Anweisung hier gar nichts).
Erzeugter Code. Es gelten die gleichen Anforderungen und Einschränkungen wie im vorigen Beispiel, mit folgender Abweichung: Die maximale Tiefe eines Ausdrucks ist ≤ 6 - v - w, wobei v die Anzahl der sichtbaren Variablen ist, und w die Anzahl der Ableitungen einer with-Anweisung zwischen Funcdef und der betrachteten Stelle. D.h, jede with-Anweisung entspricht auch bezüglich der Registerbelegung einer let-Anweisung, die eine Variable definiert.
Es bringt nichts, für iburg Bäume zu bauen, die mehr als eine einfache Anweisung oder einen Vergleich 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 18. Juni 2014, 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 id 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 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 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 kann die Ausgabe beliebig sein. Der ausgegebene Code muss vom Assembler verarbeitet werden können.