Ι ΘΕΜΕΛΙΑ 33. Περιεχόμενα. 1 Εισαγωγή Σύνταξη των γλωσσών προγραμματισμού 65

Transcript

1 Περιεχόμενα Προοίμιο 7 Πρόλογος του συγγραφέα 21 Πρόλογος της ελληνικής έκδοσης 29 Ι ΘΕΜΕΛΙΑ 33 1 Εισαγωγή Η τέχνη της σχεδίασης γλωσσών Το φάσμα των γλωσσών προγραμματισμού Γιατί μελετούμε τις γλώσσες προγραμματισμού; Μεταγλώττιση και διερμηνεία Προγραμματιστικά περιβάλλοντα Γενικά για τη μεταγλώττιση Λεκτική και συντακτική ανάλυση Σημασιολογική ανάλυση και παραγωγή ενδιάμεσου κώδικα Παραγωγή τελικού κώδικα Βελτίωση κώδικα Περίληψη και συμπεράσματα Ασκήσεις Εξερευνήσεις Βιβλιογραφικές σημειώσεις 63 2 Σύνταξη των γλωσσών προγραμματισμού Περιγραφή της σύνταξης Λεκτικές μονάδες και κανονικές εκφράσεις Γραμματικές χωρίς συμφραζόμενα Παραγωγές και δένδρα συντακτικής ανάλυσης Λεκτική ανάλυση Δημιουργία πεπερασμένου αυτομάτου 76

2 10 Περιεχόμενα Κώδικας του λεκτικού αναλυτή Λεκτική ανάλυση βάσει πίνακα Λεκτικά σφάλματα Οδηγίες προς το μεταγλωττιστή Συντακτική ανάλυση Αναδρομική κατάβαση Καθοδική συντακτική ανάλυση βασισμένη σε πίνακα Ανοδική συντακτική ανάλυση Συντακτικά σφάλματα Θεωρητική θεμελίωση Περίληψη και συμπεράσματα Ασκήσεις Εξερευνήσεις Βιβλιογραφικές σημειώσεις Ονόματα, εμβέλεια, και δέσμευση Η έννοια του χρόνου δέσμευσης Διάρκεια ζωής των αντικειμένων και διαχείριση μνήμης Στατική εκχώρηση Εκχώρηση βασισμένη σε στοίβα Εκχώρηση βασισμένη σε σωρό Συλλογή σκουπιδιών Κανόνες εμβέλειας Στατική εμβέλεια Ένθετες υπορουτίνες Σειρά δηλώσεων Μονάδες κώδικα Τύποι μονάδων κώδικα και κλάσεις Δυναμική εμβέλεια Υλοποίηση της εμβέλειας Η δέσμευση του περιβάλλοντος αναφοράς Κλείσιμο υπορουτίνας Υπορουτίνες πρώτης και δεύτερης κατηγορίας Δεσμεύσεις μέσα σε μια εμβέλεια Ψευδώνυμα Υπερφόρτωση Πολυμορφισμός και σχετικές έννοιες Ξεχωριστή μεταγλώττιση Περίληψη και συμπεράσματα Ασκήσεις Εξερευνήσεις Βιβλιογραφικές σημειώσεις Σημασιολογική ανάλυση Ο ρόλος του σημασιολογικού αναλυτή 174

3 Περιεχόμενα Γραμματικές χαρακτηριστικών Υπολογισμός χαρακτηριστικών Ρουτίνες ενεργειών Διαχείριση χώρου για τα χαρακτηριστικά Διακόσμηση του συντακτικού δένδρου Περίληψη και συμπεράσματα Ασκήσεις Εξερευνήσεις Βιβλιογραφικές σημειώσεις Αρχιτεκτονική του τελικού υπολογιστή Η ιεραρχία της μνήμης Αναπαράσταση δεδομένων Αριθμητική υπολογιστών Αρχιτεκτονική συνόλου εντολών Τρόποι διευθυνσιοδότησης Συνθήκες και άλματα Αρχιτεκτονική και υλοποίηση Μικροπρογραμματισμός Μικροεπεξεργαστές RISC Δυο παραδείγματα αρχιτεκτονικών: x86 και MIPS Ψευδοσυμβολική γλώσσα Η μεταγλώττιση για σύγχρονους επεξεργαστές Αποδοτική χρήση της διοχέτευσης Δέσμευση καταχωρητών Περίληψη και συμπεράσματα Ασκήσεις Εξερευνήσεις Βιβλιογραφικές σημειώσεις 231 II ΒΑΣΙΚΑ ΖΗΤΗΜΑΤΑ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ ΓΛΩΣΣΩΝ Ροή ελέγχου Αποτίμηση εκφράσεων Προτεραιότητα και προσεταιριστικότητα Αναθέσεις Απόδοση αρχικών τιμών Σειρά αποτίμησης μέσα σε εκφράσεις Βραχυκυκλωμένη αποτίμηση Δομημένη και μη δομημένη ροή Δομημένες εναλλακτικές της goto 254

4 12 Περιεχόμενα Συνέχειες Ακολουθιακή εκτέλεση Επιλογή Βραχυκυκλωμένες συνθήκες Εντολές case/switch Επανάληψη Βρόχοι ελεγχόμενοι με απαρίθμηση Συνδυασμένοι βρόχοι Επαναλήπτες Γεννήτριες στην Icon Λογικά ελεγχόμενοι βρόχοι Αναδρομή Επανάληψη και αναδρομή Εφαρμοστική αποτίμηση και αποτίμηση κανονικής σειράς Μη ντετερμινισμός Περίληψη και συμπεράσματα Ασκήσεις Εξερευνήσεις Βιβλιογραφικές σημειώσεις Τύποι δεδομένων Συστήματα τύπων Έλεγχος τύπων Πολυμορφισμός Ο ορισμός των τύπων Η ταξινόμηση των τύπων Ορθογωνιότητα Έλεγχος τύπων Ισοδυναμία τύπων Συμβατότητα τύπων Συναγωγή τύπων Το σύστημα τύπων της ML Εγγραφές (δομές) και παραλλαγές (ενώσεις) Σύνταξη και πράξεις Η διάταξη στη μνήμη και η σημασία της Εντολές with Εγγραφές με παραλλαγές Πίνακες Σύνταξη και πράξεις Διαστάσεις, όρια, και εκχώρηση μνήμης Διάταξη μνήμης Συμβολοσειρές Σύνολα Δείκτες και αναδρομικοί τύποι Σύνταξη και πράξεις 352

5 Περιεχόμενα Αιωρούμενες αναφορές Συλλογή σκουπιδιών Λίστες Αρχεία και είσοδος-έξοδος Έλεγχος ισότητας και ανάθεση Περίληψη και συμπεράσματα Ασκήσεις Εξερευνήσεις Βιβλιογραφικές σημειώσεις Υπορουτίνες και η αφαίρεση του ελέγχου Ανασκόπηση της διάταξης της στοίβας Ακολουθίες κλήσεων Πίνακες δεικτών Μελέτες περιπτώσεων: C στο MIPS, Pascal στον x Παράθυρα καταχωρητών Εμβόλιμη ανάπτυξη Μεταβίβαση παραμέτρων Τρόποι μεταβίβασης παραμέτρων Κλήση κατ όνομα Παράμετροι ειδικού σκοπού Επιστρεφόμενες τιμές συναρτήσεων Γενικές υπορουτίνες και μονάδες κώδικα Επιλογές υλοποίησης Περιορισμοί γενικών παραμέτρων Έμμεση δημιουργία παρουσιών Γενικές δομές στη C++, την Java, και τη C# Χειρισμός εξαιρέσεων Ορισμός εξαιρέσεων Διάδοση εξαιρέσεων Παράδειγμα: Ανάνηψη επιπέδου φράσης σε συντακτικό αναλυτή αναδρομικής κατάβασης Υλοποίηση των εξαιρέσεων Συρρουτίνες Εκχώρηση στη στοίβα Μεταφορά Υλοποίηση επαναληπτών Προσομοίωση διακριτών συμβάντων Περίληψη και συμπεράσματα Ασκήσεις Εξερευνήσεις Βιβλιογραφικές σημειώσεις Αφαίρεση δεδομένων και αντικειμενοστρεφείς γλώσσες Αντικειμενοστρεφής προγραμματισμός 440

6 14 Περιεχόμενα 9.2 Ενθυλάκωση και κληρονομικότητα Μονάδες κώδικα Κλάσεις Επεκτάσεις τύπων Απόδοση αρχικών τιμών και καταστροφή Επιλογή κατασκευαστή Αναφορές και τιμές Σειρά εκτέλεσης Συλλογή σκουπιδιών Δυναμική δέσμευση μεθόδων Εικονικές και μη εικονικές μέθοδοι Αφηρημένες κλάσεις Αναζήτηση μελών Πολυμορφισμός Κλεισίματα Πολλαπλή κληρονομικότητα Επιστροφή στον αντικειμενοστρεφή προγραμματισμό Το μοντέλο αντικειμένων της Smalltalk Περίληψη και συμπεράσματα Ασκήσεις Εξερευνήσεις Βιβλιογραφικές σημειώσεις 481 III ΕΝΑΛΛΑΚΤΙΚΑ ΜΟΝΤΕΛΑ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΥ Συναρτησιακές γλώσσες Ιστορικά στοιχεία Έννοιες συναρτησιακού προγραμματισμού Μια ανασκόπηση/σύνοψη της Scheme Δεσμεύσεις Λίστες και αριθμοί Έλεγχος ισότητας και αναζήτηση Ροή ελέγχου και ανάθεση Προγράμματα ως λίστες Εκτενές παράδειγμα: προσομοίωση ΝΠΑ Επιστροφή στη σειρά αποτίμησης Αυστηρότητα και οκνηρή αποτίμηση Είσοδος-έξοδος: ρεύματα και μονάδες Συναρτήσεις υψηλής τάξης Θεωρητικές βάσεις Απόψεις περί συναρτησιακού προγραμματισμού Περίληψη και συμπεράσματα 509

7 Περιεχόμενα Ασκήσεις Εξερευνήσεις Βιβλιογραφικές σημειώσεις Γλώσσες λογικού προγραμματισμού Έννοιες του λογικού προγραμματισμού Prolog Επίλυση και ενοποίηση Λίστες Αριθμητικές πράξεις Αναζήτηση και σειρά εκτέλεσης Εκτενές παράδειγμα: τρίλιζα Προστακτικός έλεγχος ροής Διαχείριση της βάσης δεδομένων Θεωρητικές βάσεις Προοπτικές του λογικού προγραμματισμού Μέρη της λογικής που δεν καλύψαμε Σειρά εκτέλεσης Άρνηση και η υπόθεση του κλειστού κόσμου Περίληψη και συμπεράσματα Ασκήσεις Εξερευνήσεις Βιβλιογραφικές σημειώσεις Ταυτοχρονισμός Υπόβαθρο και κίνητρα Λίγη ιστορία Η υπόθεση των πολυνηματικών προγραμμάτων Αρχιτεκτονική πολυεπεξεργαστών Θεμελιώδεις έννοιες του ταυτόχρονου προγραμματισμού Επικοινωνία και συγχρονισμός Γλώσσες και βιβλιοθήκες Σύνταξη δημιουργίας νημάτων Υλοποίηση νημάτων Κοινόχρηστη μνήμη Συγχρονισμός αναμονής με απασχόληση Υλοποίηση χρονοπρογραμματιστή Σηματοφόροι Μόνιτορ Κρίσιμες περιοχές υπό συνθήκη Έμμεσος συγχρονισμός Μεταβίβαση μηνυμάτων Ονομασία επικοινωνούντων μερών Αποστολή Παραλαβή Κλήση απομακρυσμένων διαδικασιών Περίληψη και συμπεράσματα 605

8 16 Περιεχόμενα 12.6 Ασκήσεις Εξερευνήσεις Βιβλιογραφικές σημειώσεις Γλώσσες σεναρίων Τι είναι γλώσσα σεναρίων; Κοινά γνωρίσματα Πεδία εφαρμογής Γλώσσες (διαταγών) κελύφους Επεξεργασία κειμένου και παραγωγή εκθέσεων Μαθηματικά και στατιστική Γλώσσες συγκόλλησης και σενάρια γενικού σκοπού Γλώσσες επέκτασης Σενάρια στον Παγκόσμιο Ιστό Σενάρια CGI Ενσωματωμένα σενάρια εξυπηρετητή Σενάρια πελάτη Μικροεφαρμογές Java XSLT Καινοτομίες Ονόματα και εμβέλειες Επεξεργασία συμβολοσειρών και προτύπων Τύποι δεδομένων Αντικειμενοστρέφεια Περίληψη και συμπεράσματα Ασκήσεις Εξερευνήσεις Βιβλιογραφικές σημειώσεις 689 IV ΜΙΑ ΠΙΟ ΚΟΝΤΙΝΗ ΜΑΤΙΑ ΣΤΗΝ ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ Δημιουργία ενός εκτελέσιμου προγράμματος Δομή του οπίσθιου τμήματος του μεταγλωττιστή Μια εύλογη οργάνωση σε φάσεις Φάσεις και διελεύσεις Ενδιάμεσος κώδικας Παραγωγή κώδικα Ένα παράδειγμα γραμματικής χαρακτηριστικών Δέσμευση καταχωρητών Οργάνωση χώρου διευθύνσεων Συμβολική γλώσσα Παραγωγή εντολών Ανάθεση διευθύνσεων σε ονόματα Σύνδεση 712

9 Περιεχόμενα Επανατοποθέτηση και επίλυση ονομάτων Έλεγχος τύπων Δυναμική σύνδεση Περίληψη και συμπεράσματα Ασκήσεις Εξερευνήσεις Βιβλιογραφικές σημειώσεις Βελτίωση κώδικα 723 Α Γλώσσες προγραμματισμού που αναφέρθηκαν 725 Β Σχεδίαση και υλοποίηση γλωσσών 735 Γ Αριθμημένα παραδείγματα 739 Βιβλιογραφία 747 Ευρετήριο 761 Περιεχόμενα του CD Στην αγγλική γλώσσα. (Με τελεία σημειώνονται οι αντίστοιχες εισαγωγικές παράγραφοι στο βιβλίο.) Syntax Errors CD eoretical Foundations CD Finite Automata CD Push-Down Automata CD Grammar and Language Classes CD Implementing Scope CD Symbol Tables CD Association Lists and Central Reference Tables CD Separate Compilation CD Separate Compilation in C CD Packages and Automatic Header Inference CD Module Hierarchies CD Space Management for Attributes CD Bottom-Up Evaluation CD Top-Down Evaluation CD Computer Arithmetic CD Two Example Architectures: e x86 and MIPS CD Generators in Icon CD Nondeterminacy CD e ML Type System CD With Statements CD Files and Input/Output CD 93

10 18 Περιεχόμενα Interactive I/O CD File-Based I/O CD Text I/O CD Displays CD Case Studies: C on the MIPS; Pascal on the x86 CD Register Windows CD Call by Name CD Generics in C++, Java, and C# CD Implementation of Iterators CD Discrete Event Simulation CD Multiple Inheritance CD Semantic Ambiguities CD Replicated Inheritance CD Shared Inheritance CD Mix-In Inheritance CD e Object Model of Smalltalk CD eoretical Foundations CD Lambda Calculus CD Control Flow CD Structures CD eoretical Foundations CD Clausal Form CD Limitations CD Skolemization CD Intermediate Forms CD Diana CD GNU RTL CD Position-Independent Code CD Fully Dynamic (Lazy) Linking CD Code Improvement CD Phases of Code Improvement CD Peephole Optimization CD Redundancy Elimination in Basic Blocks CD A Running Example CD Value Numbering CD Global Redundancy and Data Flow Analysis CD SSA Form and Global Value Numbering CD Global Common Subexpression Elimination CD Loop Improvement I CD Loop Invariants CD Induction Variables CD Instruction Scheduling CD Loop Improvement II CD Loop Unrolling and So ware Pipelining CD Loop Reordering CD Register Allocation CD 248

11 Περιεχόμενα Summary and Concluding Remarks CD Exercises CD Explorations CD Bibliographic Notes CD 258