Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας Τμήμα Πληροφορικής

Transcript

1 Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας Τμήμα Πληροφορικής Τρίτη Σειρά Ασκήσεων 27 Δεκεμβρίου 2016 Μέρος Α. (παράδοση: τέλος εξεταστικής Ιανουαρίου ή Σεπτεμβρίου) Άσκηση 1: Έστω ένα απόσπασμα γραμματικής σε συμβολισμό EBNF 1 που περιγράφει τη γλώσσα C: stmt (CASE CONST : )* expression ; (CASE CONST : )* IF ( expression ) stmt [ELSE stmt] (CASE CONST : )* WHILE ( expression ) stmt (CASE CONST : )* SWITCH ( expression ) stmt (CASE CONST : )* RETURN [expression] ; (CASE CONST : )* BREAK ; (CASE CONST : )* CONTINUE ; { (stmt)* } όπου με κεφαλαία παριστάνονται τερματικά σύμβολα της γραμματικής, ενώ άλλοι κανόνες μη τερματικών συμβόλων της γραμματικής δε θα μας απασχολήσουν. Στη γραμματική αυτή δε φαίνονται οι πιο κάτω περιορισμοί: Η χρήση ετικέτας CASE επιτρέπεται μόνο σε εντολές που περιέχονται άμεσα σε εντολή SWITCH, και όχι στο εσωτερικό φωλιασμένων αυτής εντολών IF ή WHILE. Η εντολή BREAK μπορεί να εμφανίζεται μόνο στο εσωτερικό μιας εντολής WHILE ή μιας εντολής SWITCH, συμπεριλαμβανομένων φωλιασμένων αυτών εντολών. Η εντολή CONTINUE μπορεί να εμφανίζεται μόνο στο εσωτερικό μιας εντολής WHILE, συμπεριλαμβανομένων φωλιασμένων αυτής εντολών. Α. Να τροποποιήσετε κατάλληλα την παραπάνω γραμματική, ώστε οι παραγόμενες συμβολοσειρές να πληρούν αυτούς τους περιορισμούς. Β. Αντί της τροποποίησης του ερωτήματος Α, σχεδιάστε τη σημασιολογική ανάλυση που πρέπει να εφαρμοστεί στους υπάρχοντες κανόνες για την ικανοποίηση των περιορισμών, χρησιμοποιώντας κατάλληλα κατηγορήματα ή καθολικές μεταβλητές. Γ. Αν επιπλέον των παραπάνω, υπήρχε περιορισμός μέγιστου βάθους φωλιάσματος εντολών IF, WHILE και SWITCH, πχ. 5, εξηγήστε (α) πώς θα ενσωματώνατε έναν τέτοιο περιορισμό στη γραμματική και (β) πώς θα τον εφαρμόζατε μέσω σημασιολογικής ανάλυσης. Συγκρίνετε και σχολιάστε τις δύο μεθόδους. Άσκηση 2: Θεωρήστε την ακόλουθη δομή κώδικα C, εμφανώς κακογραμμένη: while (E1) { 1 Στο συμβολισμό EBNF οι τελεστές * και ( ) έχουν την ίδια λειτουργία που έχουν στις κανονικές εκφράσεις, ενώ ο τελεστής [ ] δηλώνει την προαιρετική χρήση του ορίσματός του. Προσέξτε ότι σύμβολα σε αποστρόφους (πχ. '(', ']', κοκ) είναι τερματικά σύμβολα της γραμματικής και όχι τελεστές EBNF.

2 2 do { E2; if (E3) while (E4) E5; else E6; E7;} while (E8); E9; for (E10; E11; E12) { if (E13) break; E14; if (E15) if (E16) E17; else continue; else E18; E19; } E20; if (E21) if (E22) break; else E23; E24; } όπου Ε1 έως E24 είναι εκφράσεις της C, είτε ως απλές εντολές είτε ως λογικές εκφράσεις σε σύνθετες εντολές if, if-else, while, do-while και for. Η μετάφραση της δομής αυτής δίνει μια ακολουθία κώδικα, όπου i1 έως i25 είναι ετικέτες στις οποίες ξεκινά ο αντίστοιχος κώδικας των παραπάνω εκφράσεων, με την τελευταία να ξεκινά τον κώδικα που ακολουθεί τη συνολική δομή. Κατά τη διαδικασία μετάφρασης, για κάθε λογική έκφραση Β διατηρούμε δύο διευθύνσεις, την B.true και την B.false, οι οποίες αντιστοιχούνται στις ετικέτες κώδικα όπου κατευθύνεται η ροή του προγράμματος για αληθή και για ψευδή τιμή της έκφρασης. Επίσης, για κάθε εντολή S διατηρούμε μια διεύθυνση, την S.next, η οποία αντιστοιχείται στην ετικέτα κώδικα όπου κατευθύνεται η ροή του προγράμματος μετά την εκτέλεση της εντολής. Α. Με δεδομένες τις παραπάνω ετικέτες i1 έως i25, βρείτε ποιες από αυτές αναφέρονται με τις διευθύνσεις true, false και next καθεμίας από τις εκφράσεις Ε1 έως Ε24. Αν η έκφραση νοείται ως λογική έκφραση, τότε δεν ορίζεται η διεύθυνση next, ενώ αν η έκφραση νοείται ως εντολή, τότε δεν ορίζονται οι διευθύνσεις true και false. Β. Βρείτε όλες τις σύνθετες εντολές (if, while, for και μπλοκ εντολών) που υπάρχουν στον παραπάνω κώδικα, και για καθεμία από αυτές βρείτε ποιες ετικέτες αναφέρονται με τις διευθύνσεις next αυτών των εντολών. Άσκηση 3: Θεωρήστε την παρακάτω γραμματική των εκφράσεων κάποιας γλώσσας προγραμματισμού, παρόμοιας με τη γλώσσα C: expression expression OPER expression expression PREFIX expression expression expression POSTFIX expression expression? expression : expression expression expression [ expression ] expression expression ( expression ) expression ID expression CONSTANT expression ( expression )

3 3 όπου οι τελεστές περιγράφονται με τις λεκτικές μονάδες OPER, PREFIX και POSTFIX, καθώς και με τα σύμβολα [ ], ( ) και? :. Στον τελευταίο κανόνα οι παρενθέσεις δεν αποτελούν τελεστή. Η αναλυτική προσεταιριστικότητα για όλους τους τελεστές της γλώσσας δίνεται στον παρακάτω πίνακα. Οι τελεστές με ένα τελούμενο δίνονται στις 3 πρώτες γραμμές μετά τη λεκτική μονάδα που τους περιγράφει. Η προτεραιότητα των τελεστών καθορίζεται από τη σειρά που αυτοί βρίσκονται στον πίνακα, από τη μεγαλύτερη προς τη μικρότερη. Τελεστές στην ίδια σειρά έχουν την ίδια προτεραιότητα. Η προσεταιριστικότητα που ορίζεται για τους τελεστές POSTFIX ++ και POSTFIX -- έχει νόημα μόνο για συνδυασμό αυτών με τους τελεστές δύο τελούμενων της ίδιας προτεραιότητας. Σύμβολο τελεστή Προσεταιριστικότητα [] (). > POSTFIX ++ Αριστερή PREFIX ++ - PREFIX & * + ~! - * / % Αριστερή + Αριστερή << >> Αριστερή < > <= >= Αριστερή ==!= Αριστερή & Αριστερή ^ Αριστερή Αριστερή && Αριστερή Αριστερή?: Δεξιά = *= /= %= += = <<= >>= &= ^= = Δεξιά, Αριστερή Α. Εξετάστε την πιο πάνω γραμματική και αναγράψτε σε αριθμημένη λίστα τις συγκρούσεις ελάττωσης-ολίσθησης ή ελάττωσης-ελάττωσης που θα εμφανιστούν κατά την ανάλυση από κάποιο συντακτικό αναλυτή τύπου LR. Δεν είναι αναγκαίο να κατασκευάσετε καταστάσεις ή πίνακα συντακτικής ανάλυσης, αν είστε εξοικειωμένοι με γραμματικές της πιο πάνω μορφής, και αρκεί να δώσετε τα στοιχεία που θα εμφανίσουν την κάθε σύγκρουση. Β. Αν κάποιος λεκτικός αναλυτής διαχωρίζει ιδανικά τα σύμβολα, και επιστρέφει τις λεκτικές μονάδες σε κάποιον συντακτικό αναλυτή τύπου LR, δώστε το δέντρο έκφρασης που αντιστοιχεί στην ανάλυση καθεμιάς από τις πιο κάτω εκφράσεις της γλώσσας: 1. x=(++a[i+1].f,y)?y=*b[i+2]=g(z->a[j--+2].f,**m.o) c->k[j*3]:*b[j] 2. *(a[(k-1)%n].g(*f->p*u.w(a[k**t+1]->m))---y)=b+c.i++*d->e.r[i+j]*g 3. d[k[i*a[j+2]->n(*p.u[j],b-1)-1]]==0?s<<=1,x:(t,x=a[j-----i]->m[j]) 4. *n.a(g(--b+(*u->x[t[i%*k-1]]=*(j+p->q[s[i+j-k].a]++))))=*x.c[i]-y Κάντε οποιεσδήποτε υποθέσεις για την τοποθέτηση των μεταβλητών και την οργάνωση των σύνθετων δομών στο χώρο δεδομένων του προγράμματος, είτε καθολικό/στατικό (G) είτε τοπικό/στοίβας (L). Σημειώστε πάνω σε κάθε κόμβο που προκύπτει μετά από επίλυση σύγκρουσης τον αριθμό της σύγκρουσης αυτής από τη λίστα του προηγούμενου ερωτήματος. Άσκηση 4-5: Έστω το παρακάτω απόσπασμα κώδικα C: while (k >= 0) { a[i+1][k=k-2] = --a[i+1][k--] + x*b[i][c[w->m[++j]]]; b[i++][c[w->m[j]]] = y*a[i][k] + ++x*b[i-1][c[w->m[j--]]+1]; c[w->m[j+1]] += y*(a[i--][k+1] x*b[i+1][c[w->m[j+1]]+1]); }

4 4 όπου: (α) οι πίνακες a, b και c είναι δηλωμένοι ως καθολικές μεταβλητές τύπου int[100][10], int[100][100] και int[100], αντίστοιχα, (β) η βαθμωτή μεταβλητή w είναι δηλωμένη ως καθολική τύπου pointer που δείχνει σε τύπο struct με ένα πεδίο πίνακα m τύπου int[10] σε μετατόπιση 16 από την αρχή της δομής, (γ) οι βαθμωτές μεταβλητές x και y είναι δηλωμένες τοπικά ως στατικές τύπου int, και (δ) οι βαθμωτές μεταβλητές i, j και k είναι δηλωμένες τοπικά ως τύπου int. Οι δηλώσεις των πιο πάνω μεταβλητών είναι οι πρώτες που εμφανίζονται στον αντίστοιχο χώρο δεδομένων, με την σειρά που αυτές αναφέρθηκαν, χωρίς να υπολογίζουμε τις αρχικές δεσμευμένες θέσεις του εγγραφήματος δραστηριοποίησης της μονάδας που μας απασχολεί, όπου τοποθετούνται η διεύθυνση επανόδου, η τιμή αποτελέσματος και οι παράμετροι κλήσης της μονάδας. Θεωρήστε ότι οι παρενέργειες μιας έκφρασης εκτελούνται ακριβώς στο σημείο της έκφρασης όπου εμφανίζονται 2. 4Α. Δώστε έναν ενδιάμεσο κώδικα σε μορφή αφηρημένου συντακτικού δέντρου (ΑΣΔ) για τον παραπάνω αρχικό κώδικα. Θεωρήστε τη συνηθισμένη γραμματική και σημασιολογία της γλώσσας C, με την τροποποίηση που προαναφέρθηκε. Ειδικότερα, θεωρήστε ότι η εντολή ε- πανάληψης while έχει τη σύνταξη που περιγράφεται από τον κανόνα: while T_WHILE ( expression ) statement και τη γνωστή σημασιολογία που καθορίζει ότι η έκφραση αποτιμάται πριν από κάθε επανάληψη, με το αποτέλεσμά της να διακόπτει την εκτέλεση του βρόχου, αν έχει τιμή που να αντιστοιχεί στο λογικό 0. Σημειώστε σε κάθε κόμβο αναγνωριστικού και τελεστών [] και -> αν η αναφορά είναι δεξιάς ή αριστερής προσπέλασης. 4Β. Σχεδιάστε ένα σχήμα μετασχηματισμού του δέντρου της εντολής while για παραγωγή τελικού κώδικα. Το σχήμα αυτό πρέπει να μετασχηματίζει τον κόμβο της εντολής while σε κάποιο δέντρο με κόμβους απλούστερων εντολών διακλάδωσης και άμεσου άλματος. Εφαρμόστε το σχήμα που βρήκατε στο δέντρο της εντολής while που δώσατε στο προηγούμενο ερώτημα, και δώστε το νέο ενδιάμεσο κώδικα που προκύπτει. 4Γ. Αν η τελική γλώσσα μετάφρασης είναι η γλώσσα MIPS, μετασχηματίστε κατάλληλα τον ενδιάμεσο κώδικα σε ΑΣΔ χαμηλότερου επιπέδου. Ειδικότερα: (α) αναπτύξτε τους κόμβους τελεστή [] σε συνδυασμούς κόμβων πρόσθεσης και πολλαπλασιασμού, προσθέτοντας κόμβους φόρτωσης για δεξιές προσπελάσεις, (β) αναπτύξτε τους κόμβους τελεστή -> σε συνδυασμούς κόμβων φόρτωσης και πρόσθεσης, προσθέτοντας επιπλέον κόμβους φόρτωσης για δεξιές προσπελάσεις, (γ) ενοποιήστε συνδυασμούς κόμβων, είτε για πράξεις με άμεσα τελούμενα, είτε για προσπελάσεις μνήμης με σταθερή μετατόπιση από την αρχή του αντίστοιχου χώρου δεδομένων, όταν το άμεσο τελούμενο ή η μετατόπιση έχουν κατάλληλο μέγεθος, και (δ) εφαρμόστε υποβιβασμό ισχύος σε κόμβους σύνθετων πράξεων, μετασχηματίζοντάς τους σε κόμβους ή συνδυασμούς κόμβων πιο απλών πράξεων πρόσθεσης, αφαίρεσης και ολίσθησης. Υποθέστε ότι όλα τα αντικείμενα των τύπων int και pointer έχουν μέγεθος 4 bytes και ότι η τοποθέτηση αυτών στο χώρο δεδομένων είναι ευθυγραμμισμένη. Υποθέστε ακόμα ότι οι δεσμευμένες θέσεις του εγγραφήματος δραστηριοποίησης που μας απασχολεί καταλαμβάνουν χώρο 16 bytes. 4Δ. Προχωρήστε σε δέσμευση καταχωρητών στον τελικό ενδιάμεσο κώδικα, ξεχωριστά για κάθε εντολή εντολή while και τρεις εντολές έκφρασης, με τη μέθοδο χρωματισμού του γράφου αλληλεπιδράσεων, ώστε να βρείτε τον ελάχιστο αριθμό απαιτούμενων καταχωρητών. Θεωρήστε ότι για τη δέσμευση καταχωρητών διατίθενται οι καταχωρητές γενικού σκοπού από τον $2 έως και τον $25. 2 Η κλασική C δεν ορίζει επακριβώς πότε εκτελούνται οι παρενέργειες μιας έκφρασης μεταξύ της αρχής και του τέλους της, κι έτσι μια έκφραση όπως η ++i+i δεν έχει μονοσήμαντο αποτέλεσμα, καθώς η δεύτερη εμφάνιση του i μπορεί να δίνει είτε τη νέα είτε την παλαιά τιμή του!

5 5 4Ε. Δώστε έναν τελικό κώδικα MIPS για τον παραπάνω κώδικα, παράγοντας μέχρι τρεις εντολές για κάθε κόμβο του τελικού ενδιάμεσου κώδικα, χρησιμοποιώντας τους καταχωρητές που βρήκατε στο προηγούμενο ερώτημα. Θεωρήστε ότι ο καταχωρητής $1 είναι διαθέσιμος για προσωρινή αποθήκευση κάποιας τιμής που χρησιμοποιείται από εντολή του ίδιου κόμβου, όταν δε μπορεί να χρησιμοποιηθεί ο δεσμευμένος καταχωρητής του κόμβου. Τέλος, θεωρήστε ότι οι καταχωρητές $28 ($gp) και $29 ($sp) περιέχουν τις αρχικές διευθύνσεις του χώρου στατικών δεδομένων και του ενεργού εγγραφήματος δραστηριοποίησης, αντίστοιχα. 5ΣΤ. Βρείτε όλες τις κοινές υποεκφράσεις στο συνολικό ενδιάμεσο κώδικα του ερωτήματος Γ, αφού μελετήσετε προσεκτικά τις αλλαγές στις διάρκειες ζωής των μεταβλητών που συμμετέχουν σε αυτόν. Ειδικότερα: (α) χρησιμοποιήστε συμβολική ανάλυση των υποεκφράσεων που περιέχουν μεταβλητές που αλλάζουν τιμή, ώστε να εντοπίσετε κοινές υποεκφράσεις που δε βρίσκονται με απλή διαπέραση του ενδιάμεσου κώδικα, και (β) εφαρμόστε διάδοση αντιγράφων όπου μπορείτε, ώστε να αποφύγετε άσκοπες φορτώσεις από τη μνήμη. Μετασχηματίστε τον ενδιάμεσο κώδικα, ώστε οι κοινές υποεκφράσεις να εμφανίζονται μόνο μια φορά. Όπου είναι απαραίτητο, μετακινήστε κατάλληλα την εφαρμογή ενός τελεστή αύξησης ή μείωσης, ώστε να διαχωρίσετε τις τιμές των εκφράσεων από τις παρενέργειές τους 3. 5Ζ. Ένας κώδικας που δεν αλλάζει τιμή κατά την εκτέλεση ενός βρόχου λέμε ότι είναι αναλλοίωτος στην εκτέλεση του βρόχου και μπορεί να εκτελεστεί πριν την είσοδο στο βρόχο. Ένας κώδικας παύει να είναι αναλλοίωτος, μόλις (α) του αποδοθεί νέα τιμή με κάποια ανάθεση αν είναι αριστερής προσπέλασης, ή (β) αναφερθεί σε κώδικα που δεν είναι αναλλοίωτος. Δώστε έναν αλγόριθμο εύρεσης και μετακίνησης αναλλοίωτου κώδικα στον ενδιάμεσο κώδικα μορφής αφηρημένου συντακτικού δέντρου μιας εντολής επανάληψης while. Εφαρμόστε τον αλγόριθμό σας στον κώδικα που βρήκατε στο προηγούμενο ερώτημα μετά την απαλοιφή των κοινών υποεκφράσεων. Βρείτε έτσι τον αναλλοίωτο κώδικα στην εκτέλεση του βρόχου, μετακινήστε τον πριν από την εντολή επανάληψης, και δώστε τον ενδιάμεσο κώδικα που προκύπτει. 5Η. Προχωρήστε σε νέα δέσμευση καταχωρητών στο συνολικό τελικό ενδιάμεσο κώδικα με τη μέθοδο χρωματισμού του γράφου αλληλεπιδράσεων, ώστε να βρείτε τον ελάχιστο αριθμό απαιτούμενων καταχωρητών. Αριθμήστε τους κόμβους με τη σειρά αποτίμησής τους από αριστερά προς τα δεξιά, και κατασκευάστε το γράφο αλληλεπιδράσεων με προσοχή, επειδή μετά την εύρεση των κοινών υποεκφράσεων και του αναλλοίωτου κώδικα, η διάρκεια ζωής κάποιων κόμβων είναι αυξημένη και ξεπερνά τα όρια των επιμέρους δέντρων έκφρασης. Θεωρήστε και πάλι ότι για τη δέσμευση καταχωρητών διατίθενται οι καταχωρητές γενικού σκοπού από τον $2 έως και τον $25. 5Θ. Δώστε ένα νέο τελικό κώδικα MIPS για τον παραπάνω κώδικα, παράγοντας μέχρι τρεις εντολές για κάθε κόμβο του τελικού ενδιάμεσου κώδικα, με τη σειρά αρίθμησης που κάνατε, και χρησιμοποιώντας τους καταχωρητές που βρήκατε στο προηγούμενο ερώτημα. Κάντε τις ίδιες υποθέσεις με εκείνες του ερωτήματος Ε. 5Ι. Να συγκρίνετε τους δύο τελικούς κώδικες MIPS που δώσατε, με βάση το συνολικό αριθμό εντολών, καθώς και τον αριθμό εντολών και προσπελάσεων μνήμης στο σώμα του βρόχου. Άσκηση 6: Θεωρήστε το πιο κάτω πρόγραμμα σε κάποια γλώσσα προγραμματισμού που υποστηρίζει φωλιασμένα υποπρογράμματα με στατικό δέσιμο: program main(); a,b: integer; function p(name x: integer; var y,z: integer): integer; a: integer; 3 Για παράδειγμα, η συμβολική ανάλυση μπορεί να εντοπίσει τις εκφράσεις p[i] και p[i++] ως κοινές υποεκφράσεις, όταν εμφανίζονται με αυτή τη σειρά χωρίς ενδιάμεση αλλαγή τιμής του i, όμως για να απαλείψει τη δεύτερη, θα πρέπει να προσθέσει σε κατάλληλο σημείο την έκφραση i++.

6 6 function f(y: integer): integer; b,c: integer; a := a+1; if (g(y<=0)) then return 2; return 2*x + p(y--/2,b,c) b*c; end function; function g(name i: integer): integer; if (b < 3) then return 1; return i; end function; a := b++; y := f(x); z := y*f(x) a; return a; end function; a := 1; b := 6; p(a+b--,a,b); print(a,b); end program. Οι παράμετροι στην κλήση υποπρογραμμάτων μεταδίδονται κατ αναφορά εάν της δήλωσής τους προηγείται η λέξη-κλειδί var, κατ όνομα εάν της δήλωσής τους προηγείται η λέξη-κλειδί name ή κατ αξία σε άλλη περίπτωση. Κάθε συνάρτηση του παραπάνω προγράμματος σχηματίζει εγγράφημα δραστηριοποίησης, το οποίο περιέχει με τη σειρά (α) το σύνδεσμο προσπέλασης, (β) τη διεύθυνση επανόδου, (γ) την τιμή αποτελέσματος, (δ) τις τυπικές παραμέτρους και (ε) τις τοπικές μεταβλητές. Οι τυπικές παράμετροι και οι τοπικές μεταβλητές καταλαμβάνουν θέσεις με τη σειρά που εμφανίζονται στον κώδικα. Η αποτίμηση των εκφράσεων του κώδικα γίνεται αυστηρά από αριστερά προς τα δεξιά, με τις όποιες παρενέργειες να εκτελούνται ακριβώς στο σημείο όπου εμφανίζονται. Η επίλυση των μη τοπικών αναφορών γίνεται με τη μέθοδο του συνδέσμου προσπέλασης. Α. Να δώσετε τον ενδιάμεσο κώδικα σε μορφή ΑΣΔ για το κυρίως πρόγραμμα και τις δύο συναρτήσεις του παραπάνω αρχικού κώδικα. Αναλύστε την εντολή if κατά τα γνωστά, ενώ θεωρήστε ότι η εντολή return δημιουργεί κόμβο τύπου return_stmt με μοναδικό παιδί τον κόμβο της έκφρασης-ορίσματος της εντολής. Η print() είναι συνάρτηση βιβλιοθήκης Ε/Ε με παραμέτρους κατ αξία. Β. Μια υλοποίηση περάσματος παραμέτρου κατ όνομα είναι με πέρασμα δύο στοιχείων: (α) του περιβάλλοντος στο οποίο γίνονται οι αποτιμήσεις της παραμέτρου, δηλαδή ενός δείκτη στην αρχή του εγγραφήματος δραστηριοποίησης του καλούντος περιβάλλοντος, και (β) κώδικα με τον οποίο γίνονται οι αποτιμήσεις αυτές, δηλαδή μιας διεύθυνσης κατάλληλου υποπρογράμματος που εκτελεί την αποτίμηση στο περιβάλλον αυτό. Έτσι, για την παράμετρο κατ όνομα του παραπάνω κώδικα αποσυνδέστε τα υποδέντρα υπολογισμού των αντίστοιχων πραγματικών παραμέτρων και δημιουργήστε ανεξάρτητα ΑΣΔ υλοποίησης αυτών των υποπρογραμμάτων. Αντικαταστήστε τις πραγματικές παραμέτρους του αρχικού ενδιάμεσου κώδικα με κόμβους κλήσης του αντίστοιχου υποπρογράμματος, όπου σαν παράμετρος θα περνάει ο πιο πάνω δείκτης. Γ. Προχωρήστε σε απλή δέσμευση καταχωρητών στον ενδιάμεσο κώδικα του προηγούμενου ερωτήματος για παραγωγή τελικού κώδικα MIPS. Θεωρήστε ότι διατίθενται όλοι οι καταχωρητές γενικού σκοπού από τον $2 έως και τον $25. Όμως, οι καταχωρητές $4 έως $7 πρέπει να χρησιμοποιούνται για πέρασμα παραμέτρων, ο καταχωρητής $2 πρέπει να χρησιμοποιείται για επιστροφή αποτελέσματος, ενώ ο καταχωρητής $3 πρέπει να χρησιμοποιείται για πέρασμα του συνδέσμου προσπέλασης κατά την κλήση μιας συνάρτησης. Οι καταχωρητές $16 έως $23 πρέπει να διατηρούν την τιμή τους κατά την κλήση μιας συνάρτησης, οπότε αν δεσμεύονται, πρέπει να αποθηκεύονται σε βοηθητικές θέσεις στη στοίβα με την είσοδο στη συνάρτηση και να ξαναφορτώνονται πριν την έξοδο από τη συνάρτηση. Αν το μέγεθος λέξης είναι 4 bytes, ποιο

7 7 είναι το μέγεθος εγγραφήματος δραστηριοποίησης για καθεμία από τις μονάδες του κώδικα, συμπεριλαμβανομένων των υποπρογραμμάτων αποτίμησης των παραμέτρων κατ όνομα; Υ- πόδειξη: Αν ένας κόμβος έχει διάρκεια ζωής που περιλαμβάνει κάποια κλήση συνάρτησης, τότε είναι σκόπιμο γι αυτόν τον κόμβο να δεσμεύεται καταχωρητής που διατηρεί την τιμή του κατά την κλήση. Δ. Δώστε έναν τελικό κώδικα MIPS για τον παραπάνω κώδικα, χρησιμοποιώντας τους καταχωρητές που βρήκατε στο προηγούμενο ερώτημα. Όπου χρειάζεστε κάποιο βοηθητικό καταχωρητή, χρησιμοποιήστε τον $1. Μην ξεχάσετε τις εντολές διαχείρισης της στοίβας στην είσοδο και στην έξοδο των συναρτήσεων, για ενεργοποίηση και απενεργοποίηση του αντίστοιχου εγγραφήματος δραστηριοποίησης, τις εντολές διαχείρισης των συνδέσμων προσπέλασης, καθώς και τις εντολές φόρτωσης και αποθήκευσης των βοηθητικών θέσεων στη στοίβα που πιθανά χρησιμοποιείτε. Εκτός των παραπάνω καταχωρητών, υποθέστε ότι ο καταχωρητής $31 χρησιμοποιείται για αποθήκευση της διεύθυνσης επανόδου στην κλήση συναρτήσεων, ο καταχωρητής $28 χρησιμοποιείται για να δείχνει την αρχή του χώρου στατικών δεδομένων, και ο καταχωρητής $29 χρησιμοποιείται για να δείχνει την τρέχουσα κορυφή στοίβας που είναι και η αρχή του ενεργού εγγραφήματος δραστηριοποίησης. Ε. Τροποποιήστε τον κώδικα του προηγούμενου ερωτήματος, ώστε αντί περάσματος κατ ό- νομα, η λέξη name να προσδιορίζει πέρασμα κατ ανάγκη. Δώστε μόνο το τροποποιημένο μέρος του κώδικα. ΣΤ. Να επαναλάβετε τα δύο προηγούμενα ερωτήματα, ώστε αντί περάσματος κατ αναφορά, η λέξη var να προσδιορίζει πέρασμα κατ αξία και αποτέλεσμα. Ζ. Να βρείτε τι τυπώνεται από καθέναν από τους τέσσερεις πιο πάνω κώδικες, σχεδιάζοντας με το χέρι τη στοίβα εκτέλεσης ανά περίπτωση, και δείχνοντας την εξέλιξή της μέχρι τον τερματισμό της εκτέλεσης του κώδικα. Η (εργαστηριακή). Να επαληθεύσετε τα αποτελέσματα του προηγούμενου ερωτήματος, περνώντας τους τέσσερεις κώδικες από κάποιον προσομοιωτή MIPS (για παράδειγμα τον SPIM ή τον MARS), αφού προσθέσετε τον κώδικα για την κλήση του κυρίως προγράμματος, και τροποποιήστε τον κώδικα κλήσης της συνάρτησης print() για πραγματική εκτύπωση ανάλογα με τον προσομοιωτή. Να παραδώσετε ηλεκτρονικά τους τελικούς κώδικες MIPS αναφέροντας και ποιον προσομοιωτή χρησιμοποιήσατε. Άσκηση 7-8 (προαιρετική συμπληρωματική του Σημ. Αναλυτή της εργασίας): Οι πιο κάτω κανόνες ορίζουν τη γραμματική κάποιας γλώσσας προγραμματισμού: P DS P S DS D ; S ; D D ; D I : T I I, id id T itype ftype btype T array [ IL ] of T record D end * T S S ; S E := E S while E do P end if E then P end with E do P end E inum fnum bnum id E E [ EL ] E. id * E ( Ε ) E E and E E or E not E E E = E E < E E > E E E + E E - E E * E Ε / Ε Ε % Ε EL EL, E E IL IL, inum inum Ένα πρόγραμμα της γλώσσας αυτής είναι ένα μπλοκ δηλώσεων-εντολών, δηλαδή μια ακολουθία ανάμικτων δηλώσεων και εντολών, η οποία τελειώνει υποχρεωτικά σε εντολή.

8 8 Οι λέξεις-κλειδιά itype, ftype και btype παριστάνουν τους τρεις βασικούς τύπους της γλώσσας, ακέραιο, πραγματικό και λογικό, αντίστοιχα. Οι λέξεις-κλειδιά array και of ορίζουν την κατασκευή ενός σύνθετου τύπου πίνακα, πιθανά πολυδιάστατου, ενώ οι λέξεις-κλειδιά record και end ορίζουν την κατασκευή ενός σύνθετου τύπου εγγραφής. Ένας τύπος πίνακα αποτελείται από στοιχεία ίδιου τύπου και δεικτοδοτείται με τη βοήθεια του τελεστή [ ]. Αντίθετα, ένας τύπος εγγραφής αποτελείται από πεδία πιθανά διαφορετικών τύπων που α- ναφέρονται με τη βοήθεια του τελεστή.. Το σύμβολο * στα αριστερά τύπου κατασκευάζει ένα σύνθετο τύπο δείκτη προς οποιονδήποτε τύπο, ενώ στα αριστερά έκφρασης είναι τελεστής που αποδεικτοδοτεί τον αντίστοιχο δείκτη. Τα τερματικά σύμβολα inum, fnum και bnum παριστάνουν τις σταθερές τύπου itype, ftype και btype αντίστοιχα, ενώ το σύμβολο id είναι το τερματικό σύμβολο των αναγνωριστικών της γλώσσας. Οι λέξεις-κλειδιά and, or και not παριστάνουν τελεστές. Τα σύμβολα =, <, >, +, -, *, / και % είναι οι υπόλοιποι δυαδικοί τελεστές της γλώσσας. Τέλος, το σύμβολο, επιτρέπει τη δημιουργία λίστας ακεραίων σταθερών και εκφράσεων που μπορούν να είναι οι δείκτες ενός πολυδιάστατου πίνακα σε δήλωση ή αναφορά του. Οι εντολές της γλώσσας είναι η ανάθεση, η οποία υλοποιείται με τη βοήθεια του συμβόλου :=, η εντολή ελέγχου, η οποία υλοποιείται με τη βοήθεια των λέξεων-κλειδιά if then και end, ο βρόχος με συνθήκη, ο οποίος υλοποιείται με τη βοήθεια των λέξεων-κλειδιά while, do και end, και η εντολή εγγραφής, η οποία υλοποιείται με τη βοήθεια των λέξεων-κλειδιά with, do και end. Οι δηλώσεις και οι εντολές της γλώσσας ακολουθούν τους εξής σημασιολογικούς κανόνες: 1. Οι εντολές ελέγχου, βρόχου και εγγραφής δημιουργούν φωλιασμένες εμβέλειες, όπου οι δηλώσεις έχουν εμβέλεια μέχρι το τέλος της εντολής, επισκιάζοντας τυχόν δηλώσεις του ίδιου αναγνωριστικού σε κάποια εξωτερική εμβέλεια. 2. Κάθε δήλωση εισάγει το τύπο ενός ή περισσότερων αναγνωριστικών σε έναν πίνακα συμβόλων. Προϋπάρχουσα δήλωση του ίδιου αναγνωριστικού στην ίδια εμβέλεια αποτελεί σημασιολογικό σφάλμα. 3. Η αναδρομή στους κανόνες κατασκευής σύνθετων τύπων επιτρέπει φωλιάσματα, όπως για παράδειγμα στη δήλωση: x : array[10,100] of *record a,b : array[10] of fnum end Τα φωλιάσματα μπορούν να φτάσουν σε ένα μέγιστο βάθος 5 αναδρομών. 4. Οι ακέραιες σταθερές που δίνονται στην κατασκευή ενός πίνακα ορίζουν το μέγεθος του πίνακα ανά διάσταση, έτσι ώστε η αναφορά στα στοιχεία του να γίνεται ξεκινώντας από το 0 για κάθε διάσταση. Ως μέγιστη τιμή κάθε σταθεράς ορίζεται το Ένας πίνακας μπορεί να είναι πολυδιάστατος, οπότε δηλώνεται με τη βοήθεια λίστας σταθερών μεγέθους ανά διάσταση. Το μέγιστο πλήθος διαστάσεων ενός πίνακα είναι Κατά την κατασκευή μιας εγγραφής δημιουργείται ένας τοπικός πίνακας συμβόλων για τα ονόματα και τους τύπους των πεδίων της εγγραφής. Ο αριθμός των διαφορετικών πεδίων που μπορεί να έχει μια εγγραφή είναι μέχρι Τα φωλιάσματα στις εντολές βρόχου, ελέγχου και εγγραφής κι επομένως και στις αντίστοιχες εμβέλειες μπορούν να φτάσουν σε ένα μέγιστο βάθος 10 εντολών. 8. Η έκφραση συνθήκης μιας εντολής βρόχου ή ελέγχου πρέπει να είναι τύπου btype. 9. Η έκφραση μιας εντολής εγγραφής πρέπει να είναι σύνθετου τύπου εγγραφής. 10. Η εμβέλεια μιας εντολής εγγραφής αρχικοποιείται με αντιγραφή σε αυτήν του τοπικού πίνακα συμβόλων της έκφρασης-εγγραφής. 11. Αναθέσεις επιτρέπονται μεταξύ εκφράσεων του ίδιου τύπου, βασικού ή σύνθετου. Κατ εξαίρεση επιτρέπεται ανάθεση μεταξύ των τύπων itype και ftype. Το αριστερό μέλος μιας ανάθεσης επιτρέπεται να είναι μόνο έκφραση αναγνωριστικού, στοιχείου πίνακα, πεδίου εγγραφής ή αποδεικτοδότησης. 12. Χρήση αναγνωριστικού που δεν έχει δηλωθεί νωρίτερα στην ίδια ή σε εξωτερική εμβέλεια αποτελεί σημασιολογικό σφάλμα. 13. Αναφορά σε στοιχείο πίνακα με τον τελεστή [ ] επιτρέπεται μόνο αν η έκφραση έξω από τις αγκύλες είναι τύπου πίνακα και οι εκφράσεις της λίστας μέσα στις αγκύλες είναι τύπου itype ή ftype. Το αποτέλεσμα είναι του τύπου των στοιχείων του πίνακα.

9 9 14. Σε κάθε αναφορά σε στοιχείο πίνακα, το πλήθος των εκφράσεων μέσα στις αγκύλες πρέπει να είναι ίσο με το πλήθος διαστάσεων του πίνακα. 15. Αναφορά σε πεδίο εγγραφής με τον τελεστή. επιτρέπεται μόνο αν η έκφραση είναι τύπου εγγραφής, οπότε το αναγνωριστικό πρέπει να είναι ένα από τα δηλωμένα πεδία της εγγραφής. Aναφορά σε πεδίο εγγραφής χωρίς τον τελεστή. δηλαδή μόνο με το αναγνωριστικό του πεδίου γίνεται στην εμβέλεια μιας εντολής εγγραφής, και μόνο για τα πεδία της έκφρασης-εγγραφής. Το αποτέλεσμα είναι του τύπου του πεδίου που αναφέρεται. 16. Οι τελεστές [ ] και. έχουν την υψηλότερη και ίση μεταξύ τους προτεραιότητα και αριστερή προσεταιριστικότητα. 17. Αποδεικτοδότηση επιτρέπεται μόνο αν η έκφραση είναι τύπου δείκτη, οπότε το αποτέλεσμα είναι του τύπου που δεικτοδοτείται. Ο τελεστής αποδεικτοδότησης * έχει την αμέσως επόμενη προτεραιότητα μετά τους τελεστές [ ] και., και υψηλότερη από τους υπόλοιπους τελεστές. 18. Εφαρμογή των λογικών τελεστών and, or και not επιτρέπεται μόνο σε εκφράσεις τύπου btype, με ίση προτεραιότητα και με αριστερή προσεταιριστικότητα. Το αποτέλεσμα είναι επίσης τύπου btype. 19. Εφαρμογή των σχεσιακών τελεστών =, < και > επιτρέπεται μόνο μεταξύ εκφράσεων τύπου itype και ftype, όχι κατ ανάγκη του ίδιου. Το αποτέλεσμά τους είναι τύπου btype. 20. Οι σχεσιακοί τελεστές έχουν υψηλότερη προτεραιότητα από τους λογικούς τελεστές. 21. Εφαρμογή των αριθμητικών τελεστών επιτρέπεται μεταξύ εκφράσεων τύπου itype και ftype. Ο τελεστής % δεν εφαρμόζεται σε τύπο ftype. Το αποτέλεσμα της εφαρμογής ενός αριθμητικού τελεστή θα είναι τύπου ftype, αν το αριστερό τελούμενο της έκφρασης είναι ftype, αλλιώς θα είναι τύπου itype. 22. Οι πολλαπλασιαστικοί τελεστές *, /, και % έχουν υψηλότερη προτεραιότητα από τους προσθετικούς τελεστές + και -, ενώ οι τελεστές ίσης προτεραιότητας εφαρμόζονται με αριστερή προσεταιριστικότητα. Οι αριθμητικοί έχουν υψηλότερη προτεραιότητα από τους σχεσιακούς τελεστές. 23. Οι προσθετικοί τελεστές μπορούν να έχουν ως αριστερό τελούμενο και τύπο δείκτη, με τον περιορισμό ότι το δεξί τελούμενο είναι τύπου itype, ενώ το αποτέλεσμα της πράξης είναι του ίδιου τύπου δείκτη. 24. Μια έκφραση σε παρενθέσεις διατηρεί τον τύπο της έξω από τις παρενθέσεις. Για την υλοποίηση σημασιολογικού αναλυτή που να εκτελεί τους αντίστοιχους σημασιολογικούς ελέγχους, η γραμματική της γλώσσας επεκτείνεται σε S-κατηγορική με τα ακόλουθα κατηγορήματα κατ ελάχιστο: name είναι η συμβολοσειρά του ονόματος ενός αναγνωριστικού και αποτελεί συντιθέμενο κατηγόρημα του συμβόλου id. value είναι η τιμή μιας σταθεράς και αποτελεί συντιθέμενο κατηγόρημα των συμβόλων inum (ακέραια τιμή), fnum (πραγματική τιμή) και bnum (λογική τιμή true ή false ). type είναι η περιγραφή τύπου μιας έκφρασης ή δήλωσης και αποτελεί συντιθέμενο κατηγόρημα των αντίστοιχων συμβόλων Ε και Τ. Τα δύο πρώτα από τα πιο πάνω κατηγορήματα λαμβάνουν τιμή από το λεκτικό αναλυτή, ενώ το τρίτο λαμβάνει τιμή κατά τη σημασιολογική ανάλυση. Ο σημασιολογικός αναλυτής επικοινωνεί με ένα σύστημα πινάκων συμβόλων με τη βοήθεια των ακόλουθων συναρτήσεων: create () είναι η συνάρτηση που δημιουργεί και επιστρέφει έναν κενό πίνακα συμβόλων. copy() είναι η συνάρτηση που με παραμέτρους δύο πίνακες συμβόλων, αντιγράφει στον πρώτο όλες τις καταχωρήσεις του δεύτερου, στην τρέχουσα εμβέλεια. lookup() είναι η συνάρτηση που με παραμέτρους έναν πίνακα συμβόλων και ένα όνομα αναγνωριστικού, επιστρέφει την αποθηκευμένη καταχώρηση πλησιέστερης εμβέλειας για το αντίστοιχο αναγνωριστικό, ή NULL αν το όνομα δε βρεθεί στον πίνακα. addtype() είναι η συνάρτηση που με παραμέτρους έναν πίνακα συμβόλων, ένα όνομα αναγνωριστικού και μια περιγραφή τύπου, δημιουργεί και αποθηκεύει στον πίνακα μια νέα

10 10 καταχώρηση για το όνομα, επιστρέφοντας την υπάρχουσα καταχώρηση για το ίδιο όνομα στην ίδια εμβέλεια, ή NULL αν δεν υπάρχει τέτοια καταχώρηση. beginscope() και endscope() είναι δύο συναρτήσεις που με παράμετρο έναν πίνακα συμβόλων ξεκινούν και τερματίζουν μια εμβέλεια, αντίστοιχα. Η ανάλυση ενός προγράμματος ξεκινάει με έναν καθολικό πίνακα συμβόλων, ενώ ένας νέος πίνακας συμβόλων δημιουργείται για κάθε τύπο εγγραφής που δηλώνεται. Μια περιγραφή τύπου περιέχει τουλάχιστον έναν κωδικό τύπου. Αν πρόκειται για τύπο πίνακα, η περιγραφή περιέχει επιπλέον τις διαστάσεις και το μέγεθος ανά διάσταση, καθώς και ένα δείκτη σε περιγραφή τύπου των στοιχείων του πίνακα. Αν πρόκειται για τύπο εγγραφής, η καταχώρηση περιέχει επιπλέον τον αριθμό πεδίων και ένα δείκτη στον πίνακα συμβόλων της εγγραφής. Αν πρόκειται για τύπο δείκτη, η καταχώρηση περιέχει επιπλέον ένα δείκτη στον τύπο που δεικτοδοτείται. Υποθέστε ότι διαθέτετε τρεις συναρτήσεις για την κατασκευή περιγραφών: create_array() είναι η συνάρτηση που με παραμέτρους μια σταθερά πλήθους διαστάσεων, μια λίστα μεγέθους ανά διάσταση και μια περιγραφή τύπου στοιχείων, δημιουργεί και επιστρέφει την περιγραφή τύπου του αντίστοιχου τύπου πίνακα. create_record() είναι η συνάρτηση που με παράμετρο μια σταθερά πλήθους πεδίων και έναν πίνακα συμβόλων, δημιουργεί και επιστρέφει την περιγραφή τύπου του αντίστοιχου τύπου εγγραφής. create_pointer() είναι η συνάρτηση που με παράμετρο μια περιγραφή τύπου, δημιουργεί και επιστρέφει την περιγραφή τύπου του αντίστοιχου τύπου δείκτη. Για μετάφραση οδηγούμενη από τη σύνταξη: 7Α. Να εξηγήσετε ποιοι από τους παραπάνω σημασιολογικούς κανόνες ενσωματώνονται στη σύνταξη για την παραγωγή ορθού κώδικα, επιλύοντας τα διφορούμενα στοιχεία της γραμματικής, και δεν υλοποιούνται μέσα από σημασιολογικές ρουτίνες. Υπάρχουν διφορούμενα στοιχεία στη γραμματική που δεν επιλύονται μέσα από κανένα σημασιολογικό κανόνα; Αν ναι, επιλέξτε αυθαίρετα κάποια τροποποίηση στη γραμματική, ώστε να μην υπάρχουν τέτοια στοιχεία. 7Β. Για τους υπόλοιπους κανόνες, να γράψετε τις αντίστοιχες σημασιολογικές ρουτίνες, χρησιμοποιώντας κατάλληλα τα κατηγορήματα των συμβόλων της γραμματικής της, καθώς και τις παραπάνω συναρτήσεις. Επιλέξτε μια κωδικοποίηση τύπων, ορίστε πιθανά κι άλλα κατηγορήματα, και προσθέστε τις καθολικές μεταβλητές που κρίνετε αναγκαίες. Για το υπόλοιπο της άσκησης, θεωρήστε το πιο κάτω πρόγραμμα: p : ftype; a : array [10,5,100] of *btype; c: btype; b : array [1000] of ftype; stp : record x : array [5] of array[100] of *btype; y : array [50,100] of record a, b : itype end end; x, y, z : itype; p := 0.0; *a[0,2,34] := true; while not b[(y 1) % 1000] < b[y % 1000] do i, j : itype; if not *stp.x[i][j] = *a[x,(y+1) % 5,(z 1) % 100] then x := y+1 end; p := p + stp.y[2*i % 50,3*j % 100].a; k : array[100] of *btype; while c or not *(stp.x[z][stp.y[x,y].b]+j) do with stp do x[z % 5] := k; with y[i,j] do a := y[(i+1)%50,j].b + z end

11 11 end; y := y+1 end; if x>y and not b[z % 1000] > 0 or *k[x] = *a[y,x,z] then with stp do z : itype; *x[z][j] := true end end end; p := p - stp.y[stp.y[2*y % 50,(x-1) % 100].b,i].a; Εφαρμόστε τη σημασιολογική ανάλυση που υλοποιήσατε, για να διαπιστώσετε αν το πρόγραμμα αυτό είναι σημασιολογικά ορθό. Πιο συγκεκριμένα: 8Α. Να σχεδιάσετε το δέντρο συντακτικής ανάλυσης (ΔΣΑ) που αντιστοιχεί στο πιο πάνω πρόγραμμα, λαμβάνοντας υπόψη τους σημασιολογικούς κανόνες της γλώσσας που ενσωματώνονται στη σύνταξη, καθώς και την όποια τροποποίηση τυχόν κάνατε για απαλοιφή των διφορούμενων στοιχείων της γραμματικής, ώστε το προκύπτον ΔΣΑ να είναι μονοσήμαντα ορισμένο. 8Β. Να διακοσμήσετε το ΔΣΑ που σχεδιάσατε με τα κατηγορήματα των συμβόλων της γραμματικής και να αριθμήσετε στο δέντρο τη σειρά επίσκεψης των κόμβων, σύμφωνα με κάποιον συντακτικό αναλυτή τύπου LR. 8Γ. Αναγράψτε όλες τις ρουτίνες που εκτελούνται με τη σειρά που βρήκατε στο προηγούμενο ερώτημα, και βρείτε τις τιμές των αντίστοιχων συντιθέμενων κατηγορημάτων, μέχρι το τέλος του προγράμματος ή μέχρι το σημείο όπου εντοπίζετε σφάλμα. ΠΡΟΣΟΧΗ: Όλες οι ασκήσεις εκτός του κώδικα της Άσκησης 6 (ερώτημα H) να παραδοθούν χειρόγραφες. Κάθε άσκηση να παραδοθεί σε ξεχωριστές κόλλες από τις υπόλοιπες.

12 12 Μέρος Β. (ηλεκτρονική παράδοση: τέλος εξεταστικής Ιανουαρίου ή Σεπτεμβρίου) Να κατασκευάσετε το Γεννήτορα Τελικού Κώδικα (ΓΤΚ) για τη γλώσσα της εργασίας σας, ο οποίος πρέπει να καλείται μια φορά μετά την παραγωγή ενδιάμεσου κώδικα, και να παράγει τον τελικό κώδικα που αντιστοιχεί σε τυχόν πρόγραμμα εισόδου. Σαν τελική γλώσσα να χρησιμοποιήσετε τη συμβολική γλώσσα είτε του συνόλου εντολών ΙΑ32 του 8086 που περιγράφεται στο βιβλίο σας, είτε του συνόλου εντολών MIPS που διδαχθήκατε στα μαθήματα της Εισαγωγής και της Οργάνωσης Η/Υ. Ο ΓΤΚ πρέπει να προβαίνει στις ακόλουθες ενέργειες: 1. Ανάλογα με το μέγεθος αναπαράστασης σε bytes των βασικών τύπων της γλώσσας σας που υποστηρίζονται από την τελική γλώσσα, να προσθέτει στους πίνακες δέσμευσης θέσεων των χώρων δεδομένων του προγράμματος τις ακριβείς τιμές μετατόπισης κάθε θέσης από την αρχή του αντίστοιχου χώρου. 2. Να μετατρέπει κάθε κόμβο τελεστή αναφοράς σε στοιχείο πίνακα ή σε πεδίο εγγραφής/ κλάσης του ενδιάμεσου κώδικα, σε έναν ή περισσότερους κόμβους με τις ακριβείς πράξεις που πρέπει να εκτελεστούν για τον υπολογισμό των διευθύνσεων των αντίστοιχων στοιχείων ή πεδίων. 3. Να μετατρέπει κάθε κόμβο κλήσης υποπρογράμματος του ενδιάμεσου κώδικα, σε έναν ή περισσότερους κόμβους που να αντιστοιχούν στις ακριβείς ενέργειες που συνοδεύουν μια κλήση. Δηλαδή (α) αποθήκευση των τιμών των πραγματικών παραμέτρων στη στοίβα, στις προκαθορισμένες θέσεις που αντιστοιχούν στις τυπικές παραμέτρους του υποπρογράμματος, (β) άλμα με σύνδεση στον κώδικα του υποπρογράμματος, και (γ) για συναρτήσεις, την ανάγνωση της τιμής του αποτελέσματος από την αντίστοιχη θέση στη στοίβα μετά την κλήση. 4. Για κάθε βαθμωτή μεταβλητή, στοιχείο πίνακα ή πεδίο εγγραφής/κλάσης που αποτελεί τιμή δεξιάς προσπέλασης στον ενδιάμεσο κώδικα, να εισάγει έναν κόμβο αποδεικτοδότησης, δηλαδή φόρτωσης από τη διεύθυνση της μεταβλητής ή του στοιχείου ή πεδίου αυτού. 5. Να υποστηρίζει τις γνωστές συναρτήσεις εισόδου/εξόδου printf και scanf της C, με αντίστοιχα ονόματα _printf και _scanf. Έτσι, θα πρέπει να μετατρέπει τα ορίσματα των εντολών εισόδου/εξόδου που υπάρχουν στον ενδιάμεσο κώδικα σε παραμέτρους αυτών των συναρτήσεων. Ως πρώτη παράμετρο θα πρέπει να κατασκευάζει τη συμβολοσειρά περιγραφής των πεδίων εισόδου/εξόδου της εντολής, την οποία θα πρέπει να αποθηκεύει στο χώρο δεδομένων του προγράμματος, ώστε η διεύθυνσή της να γίνεται η πρώτη πραγματική παράμετρος στην κλήση της αντίστοιχης συνάρτησης. 6. Να αποδίδει προσωρινές μεταβλητές σε εκείνους τους κόμβους του ενδιάμεσου κώδικα που αντιστοιχούν σε εφαρμογή κάποιου τελεστή ή φορτώνουν κάποια τιμή από τη μνήμη. Η απόδοση των προσωρινών μεταβλητών γίνεται με αρίθμηση των αντίστοιχων κόμβων με τη σειρά αποτίμησής τους, όπως αυτή προκύπτει μετά από ανάλυση ροής ελέγχου του προγράμματος. Αν δεν έχει γίνει προηγούμενη βελτιστοποίηση, η σειρά αυτή καθορίζεται απλά από μια διαπέραση κάθε δέντρου έκφρασης του ενδιάμεσου κώδικα. 7. Να δεσμεύει καταχωρητές για την αποτίμηση κάθε έκφρασης του ενδιάμεσου κώδικα, κατασκευάζοντας με βάση την παραπάνω αρίθμηση και χρωματίζοντας το γράφο αλληλεπιδράσεων. Αν δεν έχει προηγηθεί βελτιστοποίηση που να έχει συνδέσει τα δέντρα εκφράσεων μεταξύ τους, η δέσμευση καταχωρητών γίνεται ανεξάρτητα σε κάθε έκφραση. 8. Να εισάγει κόμβους διάχυσης για αποθήκευση και επανάκτηση των τιμών των προσωρινών μεταβλητών που δε μπορούν να αντιστοιχηθούν σε καταχωρητές. Οι θέσεις αυτών θα βρίσκονται στον τοπικό χώρο δεδομένων, και μετά από τις υπόλοιπες τοπικές μεταβλητές της μονάδας, οπότε το μέγεθος του χώρου αυτού αυξάνεται ανάλογα. 9. Να εισάγει κόμβους διάχυσης σε κάθε κόμβο κλήσης υποπρογράμματος του ενδιάμεσου κώδικα, για αποθήκευση και επανάκτηση τιμών καταχωρητών που πρέπει να διατηρούν την τιμή τους μέσα από την κλήση. Όπως και προηγουμένως, δεσμεύονται θέσεις του τοπικού χώρου δεδομένων γι αυτό το σκοπό. 10. Να παράγει τον τελικό κώδικα, με βάση ένα σχέδιο για κάθε δυνατό κόμβο του ενδιάμεσου κώδικα δηλαδή κάθε δυνατό κόμβο τελεστή, κόμβο προσπέλασης μνήμης και κόμβο ε- ντολών. Ο ΓΤΚ θα πρέπει έτσι να παράγει συγκεκριμένο τελικό κώδικα για κάθε τύπο

13 13 κόμβου που συναντά, καθώς διαπερνά τον ενδιάμεσο κώδικα με τη σειρά εκτέλεσης των αντίστοιχων εντολών. Ιδιαίτερη προσοχή απαιτείται σε εισόδους και εξόδους μονάδων, ο- πότε πρέπει να γίνεται διαχείριση της στοίβας και πιθανή διάχυση για αποθήκευση και επανάκτηση τιμών καταχωρητών που δεν πρέπει να αλλάζουν τιμή μέσα στη μονάδα. Για αναφορές στη μνήμη, να χρησιμοποιούνται οι καταχωρητές $gp, $sp της MIPS και $bp, $sp του 8086, σα δείκτες στους χώρους καθολικών/στατικών δεδομένων και στοίβας, αντίστοιχα. Προαιρετικά, προσθέστε στο μεταγλωττιστή σας βελτιστοποίηση στο επίπεδο του ενδιάμεσου κώδικα. Πιο συγκεκριμένα: 1. Υλοποιήστε αποτίμηση και διάδοση σταθερών εκφράσεων. 2. Εφαρμόστε ανάλυση ροής ελέγχου και ροής δεδομένων, (α) για να βρείτε και να απαλείψετε τις κοινές υποεκφράσεις στον κώδικά σας, (β) για να εντοπίσετε και να απαλείψετε άχρηστο κώδικα, και (γ) για δέσμευση καταχωρητών συνολικά σε μια μονάδα, και όχι τοπικά σε κάθε έκφραση. 3. Διαλέξτε κάποια βελτιστοποίηση βρόχων από το βιβλίο σας και υλοποιήστε την. Ο βαθμός όποιας βελτιστοποίησης υλοποιήσετε θα προστεθεί στο βαθμό της εργασίας.