Análise Contextual

• Tem o objetivo de verificar se o programa está de acordo com as restrições contextuais da linguagem fonte.

Análise Contextual

• Tipicamente, em uma linguagem com tipos estáticos e ligação estática ela:– Verifica regras de escopo;– Verifica regras de tipos;

Análise Contextual

• Consiste de duas fases:– Identificação: associa ocorrências de nomes a

suas definições– Verificação de tipos: aplica regras de tipos para

cada expressão, inferindo os tipos, e depois compara com os tipos esperados.

Identificação

• Faz a ligação entre uso de nomes e sua definição.

• Usa uma tabela de identificação (tabela de símbolos), com nome e atributos de cada identificador.

• Cada definição tem o seu escopo – parte do programa sobre a qual ela tem efeito.

• Um bloco delimita o escopo da declaração.

Escopo - Exemplo

• let D in C• proc I (FPS) ~ C

Estrutura de Blocos de um programa

• Define a organização da tabela de símbolos.• Monolítica: Basic, Cobol;• Plana: Fortran;• Aninhada: Pascal, Ada, C, Java

Estrutura de Blocos Monolítica

• O único bloco é o programa inteiro, ou seja, todas as declarações estão em um escopo global.

• Regras de escopo: – nenhum identificador pode ser declarado mais

de uma vez;– Nenhum identificador pode ser usado sem ter

sido definido.

Estrutura de Blocos Monolítica - Exemplo

• Program integer b = 10 integer n char cbegin ... n = n * b ... write cend

Ident. Attr.b (1)n (2)c (3)

Estrutura de Blocos Monolítica – em Java

public class Attribute { ... }public class IdentificationTable { public IdentificationTable( ) { ... } public void enter (String id, Attribute attr) { ... } public Attribute retrieve (String id) { ... }}

Estrutura de Blocos Plana

• O programa pode ser particionado em vários blocos disjuntos.

• Dois níveis de escopo:– Escopo local: ocorrencias de identificadores

declarados localmente são restritos a um bloco em particular

– Outras declarações têm escopo global

Exemplo Nível Ident. Attr.global Q (1)local r (2)local pi (3)

Nível Ident. Attr.global Q (1)global R (4)local c (5)

Nível Ident. Attr.global Q (1)global R (4)

procedure Q real r real pi = 3.14 begin ... endprocedure R integer c begin ... call Q ... endprogram integer i boolean b char c begin ... end

Nível Ident. Attr.Global Q (1)Global R (4)local i (6)local b (7)local c (8)

Estrutura de Blocos Plana – em Java

public class Attribute { ... }public class IdentificationTable { public IdentificationTable( ) { ... } public void enter (String id, Attribute attr) { ... } public Attribute retrieve (String id) { ... } public void openScope ( ) { ... }

public void closeScope ( ) { ... }}

Estrutura de Blocos Aninhada

• Blocos podem ser aninhados um dentro do outro.

• Vários níveis de escopo:– Declarações no nível mais externo têm escopo

global (nível 1)– Declarações dentro de um bloco interno são

locais ao bloco; cada bloco está dentro de outro bloco, com um nível a mais.

Atributos

public class Attribute { byte kind; // CONST ou VAR byte type; // BOOL ou INT public static final byte CONST = 0, VAR = 1; public static final byte BOOL = 0, INT = 1; ...}

Tipos

public abstract class Type {...}public class BoolType extends Type {...}public class CharType extends Type {...}public class IntType extends Type {...}public class RecordType extends Type { FieldList fields; }public class ArrayType extends Type { int elementCount; Type elementType; }

Atributos (2)

public abstract class Attribute {...}public class ConstAttribute extends Attribute {Type type;}public class VarAttribute extends Attribute {Type type;}public class ProcAttribute extends Attribute {FormalList formals;}public class FuncAttribute extends Attribute {FormalList formals; Type resultType;}

Atributos representados pela AST

• Informações sobre atributos são guardadas como ponteiro (referência) para os nós da árvore que contém as declarações, onde ficam informações de tipos etc.

Ambiente padrão

• Informações sobre tipos, variáveis e constantes predefinidas

• java.lang em Java• Prelude em Haskell

Verificação de Tipos

• Inferencia dos tipos de construções mais simples, e em seguida das construções mais complexas

• Literais: o tipo de um literal é obtido diretamente:325 é um inteiro, ‘a’ é um caracter etc.

• Identificador: o tipo do identificador é obtido de sua declaração.

Verificação de Tipos

• Aplicação de operador unário: expressão O E onde O tem tipo T1 T2, é verificado que E tem tipo equivalente a T1 e deduz que O E tem tipo T2 .

• Aplicação de operador binário: expressão E1 O E2 onde O tem tipo T1 T2 T3, é verificado que E1 tem tipo equivalente a T1 , E2 tem tipo equivalente a T2 e deduz que E1 O E2 tem tipo T3 .

Verificação de tipos em Java

public class Type { private byte kind; public static final byte BOOL = 0, INT = 1; public static Type (byte sort) { this.sort = sort; } public boolean equals (Object other) { Type otherType = (Type) other; return (this.kind == otherType.kind); }}

Equivalência de tipos

• Equivalência estrutural: tipos são equivalentes se sua estrutura é a mesma.Em Java a comparação seria feita com o método ‘equals’ na classe Type.

• Equivalência por nome: toda ocorrência de um construtor de tipos (array ou registro) cria um novo tipo distinto; a comparação é feita através da comparação dos ponteiros para objetos que representam tipos (em Java, usaria ‘==’)

Algorítmo de análise contextual

• O resultado da identificação pode ser guardado através de um ponteiro do local de uso para o local da definição na árvore do programa;

• O resultado da verificação de tipos é guardado anotando em cada nó da árvore o seu tipo (e.g. a classe Expression tem um atributo que guarda seu tipo).

Exemplo

let var n : Integer; var c: Charin begin c := ‘&’; n := n + 1 end

AST

n

sequentialDeclaration

Program

LetCommand

VarDeclaration VarDeclaration

Ident. Ident.

Integer

SimpleT.

c

Ident.

Char

SimpleT.

sequentialCommand

AssignCommand AssignCommand

Ident.

CharExpr.

CharLit.

‘&’

SimpleV.

c

Ident.

...

AST

1+

Program

LetCommand

sequentialCommand

AssignCommand

IntExpr.

Op.

BinaryExpr.

...

IntLit.SimpleV.

n

Ident.n

Ident.

SimpleV. VnameExpr.

...

AST decorada – Análise Contextual

n

sequentialDeclaration

Program

LetCommand

VarDeclaration VarDeclaration

Ident. Ident.

Integer

SimpleT.

c

Ident.

Char

SimpleT.

sequentialCommand

AssignCommand AssignCommand

Ident.CharLit.

‘&’

SimpleV.

c

Ident.

...: charCharExpr.

AST decorada – Análise Contextual

1+

Program

LetCommand

sequentialCommand

AssignCommand

Op.

...

IntLit.

n

Ident.n

Ident.

SimpleV.

...

: int

: int : intSimpleV. IntExpr.

: int

: intVnameExpr.

BinaryExpr.

Novos atributos

public abstract class Expression extends AST { public Type type; … }public abstract class Vname extends AST { public Type type; public boolean variable; }public class Identifier extends Terminal { public Declaration decl; }public class Operator extends Terminal { public OperatorDeclaration decl; }

Implementando a análise contextual

• Uso do padrão de projetos Visitor• Esse padrão de projeto será usado também para

geração de código.

Classes e Objetos Visitorpublic interface Visitor {

public Object visitProgram (Program prog, Object arg);public Object visitAssignCommand (AssignCommand com, Object arg);public Object visitCallCommand (CallCommand com, Object arg);...Public Object visitBinaryExpression (BinaryExpression expr, Object arg);...

}

Mudando a classe AST

public abstract class AST { ... public abstract Object visit (Visitor v, Object arg);}public class AssignCommand extends Command { ... public Object visit (Visitor v, Object arg) { return v.visitAssignCommand(this, arg); }}

VisitAssignCommand

public Object visitAssignCommand (AssignCommand com, Object arg) { Type vType = (Type) com.V.visit(this, null); Type eType = (Type) com.E.visit(this, null); if (! com.V.variable) ... if (! eType.equals(vType)) ...

return null;}

VisitSequentialCommand

public Object visitSequentialCommand (SequentialCommand com, Object arg) { com.C1.visit(this, null); com.C2.visit(this, null); return null;}

VisitIfCommand

public Object visitIfCommand (IfCommand com, Object arg) { Type eType = (Type) com.E.visit(this, null); if (! eType.equals(Type.bool)) ... com.C1.visit(this, null); com.C2.visit(this, null); return null;}

VisitLetCommand

public Object visitLetCommand (LetCommand com, Object arg) { idTable.openScope( ); com.D.visit(this, null); com.C.visit(this, null); idTable.closeScope( ); return null;}

VisitBinaryExpression

public Object visitBinaryExpression (BinaryExpression expr, Object arg) { Type e1Type = (Type) expr.E1.visit (this, null); Type e2Type = (Type) expr.E2.visit (this, null); OperatorDeclaration opdecl = (OperatorDeclaration) expr.O.visit (this, null); if (opdecl instanceof BinaryOperatorDeclaration) ... return expr.type;}

Classe Checker

public final class Checker implements Visitor {private IdentificationTable idTable;...public void check (Program prog) { idTable = new IdentificationTable ( ); idTable.enter(“false”,...); ... prog.visit(this, null);}

}