Análisis Semántico y Chequeo de Tipos

Resumen Introducción Tablas de Símbolos Chequeo Semántico Chequeo de Tipos Semántica de un Programa Orientado a Objetos Tipos Polimórficos

¿Dónde estamos? Analizador Léxico (Scanner) Analizador Sintáctico (Parser) Token Stream Arbol de Parseo Programa (character stream)

¿Dónde estamos? Analizador Léxico (Scanner) Analizador Sintáctico (Parser) Token Stream Arbol de Parseo Programa (character stream) Analizador Semántico Generador de Código Intermedio Representación Intermedia + Tabla de Símbolos

¿Qué es la semántica de un programa? Sintáxis –Cómo se ve un programa –Representación textual o estructura –Es posible dar una definición matemática precisa Semántica –Cuál es el significado del programa –Es más difícil dar una definición matemática precisa

Por qué hacer análisis semántico Asegurarnos que el programa cumple con la definición del lenguaje de programación Proveer mensajes de error útiles al usuario

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Tabla de Símbolos Un lugar para guardar toda la información adicional acerca del programa –Representaciones intermedias: expresiones, statements, control de flujo, etc. –Tabla de Símbolos: Tipos, variables, scope, etc.

Scope Un nombre puede tener significados distintos en lugares distintos –Tipos, variables, etc tiene scope (ámbito) Tenemos que mantener una tabla de símbolos para cada scope

Operaciones en la tabla de símbolos make_table(parent_table)  symbol_table scope(id)  symbol_table lookup_variable(id, symbol_table)  variable lookup_type(id, symbol_table)  type get_type(variable)  type add_type(id, symbol_table, type)  type add_variable(id, symbol_table, type)  variable

Siguiente Clase Todo acerca de tablas de símbolos –Scopes y visibilidad –Información que se mantiene en la tabla de símbolos –Implementación de tablas de símbolos

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Chequeo Semántico Chequeos estáticos vs. Chequeos dinámicos Chequeos estáticos –Chequeos de control de flujo –Chequeos de unicidad –Chequeos de Tipo

Chequeos de Control de Flujo El control de flujo del programa es sensitivo al contexto Ejemplos: –Declaración de una variable debe ser visible al usarla (en scope) –Declaración de una variable debe estar ántes de usarla –Cada camino de salida (exit path) retorna un valor del tipo correcto ¿Qué más?

Chequeos de Unicidad Uso (y mal uso) de identificadores –No se puede representar en una CFG (mismo token) Ejemplos: –Ningún identificador puede ser usado para dos definiciones diferentes en el mismo scope

Chequeos de Tipo Los chequeos semánticos más extensos Ejemplos: –Que el número de argumentos haga match con el número de parámetros formales y que los tipos correspondientes sean equivalentes –Si se llama como expresión, debe retornar un tipo –Cada acceso a una variable debe hacer match con la declaración (arreglo, estructura, etc.) –Los identificadores en una expresión deben ser “evaluables” –LHS de una asignación debe ser “asignable” –En una expresión los tipos de las variables, tipos de retorno de métodos y de operadores deben ser “compatibles”

Chequeos Dinámicos Chequeos de límites de arreglos Chequeo de dereferencia del Null Pointer

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Sistemas de Tipos Un sistema de tipos es usado para el chequeo de tipos Un sistema de tipos incorpora –Construcciones estáticas del lenguaje –Noción de tipos –Reglas para asignar tipos a construcciones del lenguaje

Expresiones de Tipos Un tipo compuesto es denotado por una expresión de tipo Una expresión de tipo es –Un tipo básico –La aplicación de un constructor de tipo a otras expresiones de tipo

Expresiones de Tipos: Tipos Básicos Tipos atómicos definidos por el lenguaje Ejemplos: –Enteros –Booleanos –floats –caracteres type_error –Tipo especial que produce un error void –Tipo básico que denota “la ausencia de un valor”

Expresiones de Tipo: Nombres Ya que las expresiones de tipos pueden ser nombradas, un nombre de tipo es una expresión de tipo

Expresiones de Tipo: Productos Si T 1 y T 2 son expresiones de tipo, T 1  T 2 es también una expresión de tipo

Expresiones de Tipo: Arrays Si T es una expresión de tipo, un array(T, I) es también una expresión de tipo –I es una constante entera que denota el número de elementos de tipo T –Ejemplo: int foo[128]; array(integer, 128)

Expresiones de Tipo: Function Calls Matemáticamente una función mapea –Elementos de un conjunto (el dominio) –A elementos de otro conjunto (el contradominio) Ejemplo int foobar(int a, boolean b, int c) integer  boolean  integer  integer

Expresiones de Tipo: Otras Records –Estructuras y clases –Ejemplo class { int i; int j;} integer  integer Lenguajes Funcionales –Funciones que toman funciones y retornan funciones –Ejemplo (integer  integer)  integer  (integer  integer)

Un lenguaje simple con tipos Un lenguaje que tiene una secuencia de declaraciones seguidas de una sola expresión P  D; E D  D; D | id : T T  char | integer | array [ num ] of T E  literal | num | id | E + E | E [ E ] Programa Ejemplo var: integer; var

Un lenguaje simple con tipos Un lenguaje que tiene una secuencia de declaraciones seguidas de una sola expresión P  D; E D  D; D | id : T T  char | integer | array [ num ] of T E  literal | num | id | E + E | E [ E ] ¿Cuáles son las acciones del parser para este lenguaje?

Acciones del Parser P  D; E D  D; D D  id : T{ addtype(id.entry, T.type); } T  char { T.type = char; } T  integer { T.type = integer; } T  array [ num ] of T 1 { T.type = array(T 1.type, num.val); }

Acciones del Parser E  literal { E.type = char; } E  num { E.type = integer; } E  id { E.type = lookup_type(id.name); }

Acciones del Parser E  E 1 + E 2 { if E 1.type == integer and E 2.type == integer then E.type = integer else E.type = type_error } 24

Acciones del Parser E  E 1 [E 2 ] { if E 2.type == integer and E 1.type == array(s, t) then E.type = s else E.type = type_error }

Equivalencia de Tipos ¿Cómo sabemos si dos tipos son iguales? –Mismo entrada de tipo –Ejemplo: int A[128]; foo(A); foo(int B[128]) { … } Dos entradas de tipo distintas en dos tablas de símbolos distintas Pero deberían ser iguales

Equivalencia Estructural Si la expresión de tipo de dos tipos tiene la misma construcción, entonces son equivalentes “Misma Construcción” –Tipos base equivalentes –Mismo conjunto de constructores de tipo son aplicados en el mismo orden (e.d. árbol de tipos equivalente)

Coerción de Tipos Conversión implícita de un tipo a otro tipo Ejemplo int A; float B; B = B + A Dos tipos de coerción –widening conversions –narrowing conversions

Widening conversions Conversiones sin pérdida de información Ejemplos: –integers a floats –shorts a longs

Narrowing conversions Conversiones que pueden perder información Ejemplos: –integers a chars –longs a shorts Raro en lenguajes

Type casting Conversión explícita de un tipo a otro Tanto widening como narrowing Ejemplo int A; float B; A = A + (int)B Typecasting ilimitado puede ser peligroso

Pregunta: ¿Podemos asignarle un solo tipo a todas las variables, funciones y operadores? ¿Qué hay de +, cuál es su tipo?

Overloading Algunos operadores pueden tener más de un tipo. Ejemplo int A, B, C; float X, Y, Z; A = A + B X = X + Y Complica el sistema de tipos –Ejemplo A = A + X ¿Cuál es el tipo de + ?

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Clases Una clase es un tipo de datos abstracto Contiene –Datos (campos) –Acciones (métodos) –Restricciones de acceso Cada instancia de una clase va a crear un objeto separado –Con su propia copia de las variables instanciadas (compos) –Comparte las acciones (métodos)

Clase Ejemplo class vehicle { int num_wheels; void print_num_wheels( ) { … } } campo método vehicle A; A.print_num_wheels( ) El Objeto es un parámetro implícito de la llamada del método

Herencia Extiende las clases al permitirles relaciones de supertipo/subtipo Soporta reuso de código incremental –Partes comúnes en un supertipo común –Diferencias individuales en cada subtipo

Ejemplo de Herencia class SUV extends vehicle { int rollover_speed; int get_rollover_speed( ) { … } void print_rollover_speed( ) { … } } La clase SUV es una subclase de la clase vehicle La clase vehicle es una superclase de la clase SUV Una instancia (objeto) de la clase SUV contiene –Todos los campos de la clase vehicle –Todos los campos de la clase SUV Los métodos tanto en SUV como en vehicle son visibles a la clase SUV

Herencia Herencia Sencilla –Cuando cada clase está restringida a tener una sola superclase inmediata (máximo) Herencia Múltiple –Cuando cada clase puede tener más de una superclase inmediata

Jerarquía de Herencia La relación subclase/superclase –Definida por los “extends” –Puede ser modelada mediante un grafo acíclico dirigido (DAG)

Jerarquía de Herencia Car es un hijo de vehicle (subclase inmediata) Vehicle es un padre de SUV (superclase inmediata) 4wd es un descendiente de vehicle (subclase) Vehicle es un ancestro de 2-door (superclase) vehicle SUVcarmotorbike 4wd2wd4-door2-door5-door

Reglas de Control de Acceso Conjunto de tipos de control de acceso usados por un lenguaje OO genérico (e.d. Espresso) –Visibilidad en scope –Acceso a datos –Acceso a métodos públicos –Acceso a métodos privados Muchos lenguajes OO tienen controles de acceso más complicados

Visibilidad en Scope Las variables y los campos de una clase pueden ser declarados en cualquier parte en el programa en la que se permita una declaración y la definición de la clase esté visible Si un campo en una subclase y superclase usa el mismo nombre –La resolución de nombres se hace usando reglas de scope –Se trata el scope de la subclase dentro del scope de la superclase

Acceso a Datos Los campos de datos de una clase sólo pueden ser accesados por los métodos definidos en esa clase Una variación más permisiva: –Todos los métodos de las subclases pueden accesar los campos en la superclase

Acceso a métodos públicos Todos los métodos públicos de una clase pueden ser invocados por cualquier método que pueda declarar una variable o un campo del tipo de la clase

Acceso a métodos privados Los métodos privados de una clase sólo pueden ser invocados por: –Los métodos de esa clase –Los métodos de cualquier clase que sea descendiente de la clase

Ejemplo: control de acceso de C++ Una clase puede ser friend de otra clase Los métodos y campos pueden ser –private: visibles a funciones miembro y friends –protected: visibles a funciones miembro, friends, y clases derivadas (y sus friends) –public: pueden ser usados por cualquier función

Conversión automática de tipos Una expresión de una clase es coercionada a una clase ancestro cuando se requiera –Pero no al revés –Llamado “up-casting” –Siempre legal porque la subclase contiene todos los campos de la superclase Down-casting –Esto es más permisivo –Conversión explícita de una clase ancestro a una clase descendiente –Sólo tiene sentido si el objeto fue creado inicialmente como en la subclase, pero después convertido a la superclase –No puede chequearse en tiempo de compilación

Métodos Estáticos vs. Dinámicos Consecuencia de up-casting –Implementación del método declarado en una superclase puede ser desconocida al momento de compilar –El método es sobreescrito en una subclase –Variaciones de Lenguajes Todos los métodos no declarados estáticos pueden ser up-casted Sólo los métodos declarados virtuales pueden ser up-casted –Análisis e implementación de métodos dinámicos No se puede efectuar ningún chequeo semántico Necesitamos soporte en tiempo de corrida (runtime) al generar el código

Herencia vs. Agregación Una clase T2 es una agregación de una clase T1 si T2 contiene uno o más campos de tipo T1 –A diferencia de la herencia, T2 no puede accesar campos o métodos privados en T1 ¿Cuándo heredear y cuándo agregar? –heredar: T2 es un T1 –agregar: T2 tiene un T1

Ejemplo: Herencia vs. Agregación SUV es un vehículo SUV tiene un motor class vehiculo { … } class SUV extends vehiculo { motor power_plant; … }

Herencia múltiple Permite que una clase sea una extensión de múltiples clases –Lleva a semánticas más complicadas para subtipos

Ejemplo de Herencia Múltiple class vehicle { … } class yuppie_toys { … } class SUV extends vehicle, yuppie_toys { … }

Jerarquía de Herencia Múltiple Jerarquía de Herencia Múltiple es un DAG Pregunta: ¿Sí tanto yuppie_toys como vehicle tienen un método price() cuándo SUV invoque a price, qué método se invoca? vehicle SUVcarmotorbike 4wd2wd4-door2-door5-door toys yuppie_toyteen_toy

Jerarquía de Herencia Múltiple Es todavía más complicado cuándo hay un ancestro común Pregunta: ¿Cuántas instancias de bti van a ser incluidas en la clase SUV? vehicle SUVcarmotorbike 4wd2wd4-door2-door5-door toys yuppie_toyteen_toy big_ticket_items

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¿Qué es un tipo polimórfico? Procedimientos ordinarios permiten que el cuerpo sea ejecutado con argumentos de tipo fijo Cada llamada a un procedimiento polimórfico ejecuta el cuerpo con el tipo de los argumentos Beneficios del polimorfismo –Reuso de Código –Ejemplo El mismo procedimiento puede aplicarse a una lista de enteros o a una lista de strings

Polimorfismo Paramétrico Los procedimientos tienen tipos paramétrizados Instanciamos el procedimiento con un tipo determinado de datos Templates en C++ Ejemplo: template class linked_list_elem { T elem; linked_list_elem * next;... } lined_list_elem integer_list; lined_list_elem foo_list;

Lecturas Tigre –6.1, Capítulos 7 y 8 Ballena –4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5 Dragón –Capítulo 8