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Politecnico di Milano - Prof. Sara Comai 1

LEZIONE 2: Sintassi e semantica

• Modulo 1: Introduzione ai concetti di sintassi e semantica

• Modulo 2: Il concetto di binding• Modulo 3: Variabili• Modulo 4: Routine – Convenzioni dei nomi

Informatica 3


Lezione 2- Modulo 1

Introduzione ai concetti di sintassi e semantica

Informatica 3


Le componenti di un linguaggio di programmazione

• Un linguaggio di programmazione è una notazione formale caratterizzata da due componenti: – Sintassi: insieme di regole formali che specificano

la composizione di programmi• Per determinare se un programma è valido

– Semantica: insieme di regole che specificano il “significato” di un programma sintatticamente valido

• Per determinare l’effetto di un programma– Notazioni formali– Semantica operazionale: comportamento di un processore

astratto che esegue il programma scritto nel linguaggio di programmazione


Sintassi di un linguaggio

• Sintassi: regole che definiscono le sequenze valide di simboli– Frasi come sequenze di parole– Parole: definite su un alfabeto

• Regole lessicali: insieme di caratteri che costituiscono l’alfabeto del linguaggio

– Esempi:• Caratteri maiuscoli e minuscoli differiscono in C/C++ ma

sono identici in Pascal• L’operatore “diverso” è: != in C/C++ e <> in Pascal


EBNF – regole sintattiche

EBNF=Extended Backus Naur FormMetalinguaggio con metasimboli ::= < > | * +

• Regole sintattiche: <programma> ::= { <istruzione>* }<istruzione> ::= <assegnamento> | <condizione> |

<ciclo><assegnamento> ::= <identificatore> = <espr> ;<condizione> ::= if <espr> { <istruzione> + } |

if <espr> { <istruzione> + } else { <istruzione> + }

<ciclo> ::= while <espr> { <istruzione> + }<espr> ::= <identificatore> | <numero> |

( <espr> ) | <espr> <operatore> <espr>

non terminale

non terminale definito da regole lessicali

terminale


EBNF – regole lessicali

• Regole lessicali:

<operatore> ::= + | - | * | / | = | /= | < | > | <= | >=<identificatore> ::= <lettera> <ld>*<ld> ::= <lettera> | <cifra><numero> ::= <cifra>+<lettera> ::= a | b | c | . . . | z<cifra> ::= 0 | 1 | . . . | 9


Diagrammi sintattici

istruzione

{ }programma

ciclo

istruzioneassegnamento

condizione

identificatore =assegnamento

espressione


Diagrammi sintattici

istruzione{ }condizione

if espressione

istruzione{ }else

istruzione{ }ciclo

while espressione

espressioneespressione operatore espressione

identificatore

numero

espressione{ }


• Costrutti in linguaggi diversi possono avere la stessa struttura concettuale, ma avere regole lessicali diverse:

– Stessa sintassi astratta– Diversa sintassi concreta

Sintassi astratta e concreta

while (x!=y){…

}

while x<>y dobegin…

end


Sintassi concreta e usabilità

• <> è più leggibile di !=

• Se il ciclo contiene una singola istruzione le { } possono essere omesse– Facile commettere errori!!

while (num!=0){cin >> num;

}

while (num!=0)cin >> num;

while num <> 0 do…

end


Lezione 2- Modulo 2

Il concetto di binding

Informatica 3


Il concetto di binding

• I programmi sono costituiti da entità– variabili, routine, istruzioni

• Le entità sono caratterizzate da attributi– Variabile: nome, tipo, area di memoria– Routine: nome, parametri, modalità di passaggio

parametri• Binding: associa un valore agli attributi

• Per ogni entità le informazioni sulle entità sono contenute in un descrittore


Binding

• Concetto fondamentale nella definizione della semantica di un linguaggio– Linguaggi diversi presentano

• Un numero di entità diverse• Un numero di attributi diversi per ogni entità• Tempi di binding diversi (es. a tempo di compilazione o

esecuzione)• Stabilità differenti di binding (fissi o modificabili)

– Binding statico: non può essere modificato– Binding dinamico: modificabile durante l’esecuzione


Linguaggi e binding

• Binding definito dalla definizione del linguaggio: – Esempio: interi insieme di operazioni eseguibili (Fortran,

Ada, C, C++)• Binding definito dall’implementazione del linguaggio:

– Esempio: interi rappresentazione in memoria (Fortran, Ada, C, C++)

• Binding definito a tempo di compilazione:– Esempio: in Pascal il binding degli interi avviene durante la

compilazione• Binding definito a tempo di esecuzione:

– Maggior parte dei linguaggi di programmazione– Esempio alle variabili vengono associati dei valori durante

l’esecuzioneBinding dinamico


Lezione 2- Modulo 3

Variabili

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Variabili

• I linguaggi di programmazione possono essere visti come un’astrazione del comportamento dei computer convenzionali: – Memoria centrale consiste di celle elementari identificate da un

indirizzo– Il contenuto di una cella rappresenta un valore (codificato)– Il valore può essere modificato (nuova codifica) durante

l’esecuzione di un programma

– Variabile: astrazione del concetto di cella di memoria– Nome di variabile: astrazione dell’indirizzo della cella di memoria– Istruzione di assegnamento: astrazione della modifica del valore di

una cella

• Formalmente: variabile = <nome, scope, tipo, l-value, r-value>


Nome e regole di visibilità

variabile = <nome, scope, tipo, l-value, r-value>

• Nome: stringa di caratteri che denota la variabile– Solitamente introdotto tramite una dichiarazione

• Visibilità (o scope): insieme di istruzioni a cui il nome è “noto”– Dal punto in cui la variabile viene dichiarata fino ad un punto

“di chiusura” successivo

Un programma può manipolare le variabili tramite il loro nome all’interno del loro scope

Una variabile è visibile con il suo nome all’interno del suo scope


Nome e regole di visibilità

• Le regole di binding di una variabile all’interno del suo scope dipendono dal linguaggio

– Binding statico dello scope• Lo scope viene definito staticamente, tramite una

dichiarazione implicita o esplicita, senza dover eseguire il programma

• Maggior parte di linguaggi di programmazione (C/C++)

– Binding dinamico dello scope• Lo scope viene definito durante l’esecuzione del

programma• APL, vecchi LISP, SNOBOL4


Esempio di binding dinamico dello scope

{/* blocco A */int x;

}{

/* blocco B */int x;

}{

/* blocco C */x = ...;

}

•Regole semplici da implementare

•Implementazione meno efficiente

•Programmi difficili da leggere

Esempio: A C; B C


Tipo


• Tipo di una variabile: – insieme di valori che possono essere associati alla

variabile

+– operazioni per creare, accedere, modificare tali

valori


Tipi e binding

• Tipi predefiniti (esempio: int)– Il nome del tipo viene associato tramite binding alla classe di valori e

all’insieme di operazioni definite dal linguaggio– I valori e le operazioni vengono associate tramite binding alla

rappresentazione della macchina durante l’implementazione

• Dichiarazioni di tipo (esempio: typedef float reale;)– Definisce il binding tra il nome del tipo e l’implementazione– Eredita tutte le operazioni del tipo specificato

• Tipi di dati astrattinome_nuovo_tipo ={

struttura dati degli oggetti del nuovo tipo;operazioni per manipolare gli oggetti del nuovo tipo;

}– Associano il nuovo tipo alle operazioni definite


Tipizzazione statica e dinamica

• Tipizzazione statica (C/C++, Pascal, ecc.)– Il binding delle variabili al loro tipo avviene a tempo di

compilazione– Il binding non può essere cambiato durante l’esecuzione

• Permette la verifica del corretto uso delle variabili a tempo dicompilazione

• Tipizzazione dinamica (LISP, APL, Smalltalk, ecc.)– Il binding avviene a tempo di esecuzione– Le variabili sono polimorfiche (il tipo dipende dal valore associato

dinamicamente)• Non è possibile verificare l’uso corretto delle variabili staticamente

• Linguaggi non tipizzati (linguaggi di script, assemblatori)– Le variabili non sono tipizzate– Celle di memoria e registri contengono stringhe che possono

essere interpretate come valori di qualsiasi tipo


l-value


• l-value: – area di memorizzazione associata ad una variabile durante

l’esecuzione• Tempo di vita (lifetime o extent):

– durata di tale binding

• Allocazione della memoria: – Allocazione di un’area della memoria ad una variabile– Il tempo di vita di una variabile va dalla sua allocazione alla sua

disallocazione• Allocazione statica: prima dell’esecuzione e disallocazione al termine

dell’esecuzione (automaticamente)• Allocazione dinamica: durante l’esecuzione e disallocazione durante

l’esecuzione (automaticamente o su richiesta)


r-value


• r-value: – Valore codificato memorizzato nella locazione associata alla

variabile (l-value)• Interpretato a seconda del tipo della variabile

• Istruzioni di un programma– Accedono alle variabili attraverso l-value (left)– Modificano r-value (right)

• x=y; // x indica una locazione, y un valore

• Binding tra una variabile ed il valore:– Dinamico operazione di assegnamento: x=10;– Statico costanti simboliche: const int MAX = 10;


Inizializzazione di variabili

• Qual è l’r-value di una variabile dopo la sua creazione?– In alcuni linguaggi il binding deve essere definito quando la

variabile viene creata (ML)– Altri lo supportano ma non lo richiedono (C/C++)

• int i=0;– Se l’inizializzazione non viene specificata la soluzione

adottata dipende dall’implementazione• Ignorata: considera la stringa nell’area di memoria come valore

iniziale• Definita dal sistema: es. int inizializzati a 0• Valore speciale non definito per inizializzare la variabile che

non permette di usare la variabile finchè non viene assegnato un valore (verifica di correttezza del programma)


Reference e variabili senza nome

• Variabili che possono essere accedute tramite l’r-value di altre variabili – reference o puntatore alla variabile

• Possono non avere un nome (ma esiste percorso di accesso)

• Esempio: int x = 5; //r-value di x è 5int *px;px = &x; //r-value di px è 5

*px = 0; //r-value di px è 0 int y = *px; //r-value di px è 0

Dereferenziazione: accesso tramite il puntatore

Condivisione di oggettiAccessibili:•direttamente (x)•indirettamente (px)


Lezione 2- Modulo 4

RoutineConvenzioni dei nomi

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Routine

• Routine: unità di decomposizione di un programma che implementa un’operazione astratta– Assembler: sottoprogramma– C: funzione– Pascal: procedure e funzioni

• Procedure: non restituiscono valori• Funzioni: restituiscono valori


Oggetti di una routine

Routine = <nome, scope, tipo, l-value, r-value>

– Il nome della routine può essere introdotto tramite la dichiarazione della routine

• int sum(int n); //prototipo C

– Lo scope va dalla dichiarazione ad un punto di chiusura (C: fine del file che contiene la dichiarazione)

• L’attivazione di una routine avviene tramite l’invocazione o chiamata della routine– Dev’essere nello scope della routine – Specifica il nome della routine ed i parametri


Oggetti di una routine

• La routine definisce lo scope per le dichiarazioni in essa annidate– Dichiarazioni locali (visibili solo dalla routine)– Non locali (visibili da altre unità)– Globali (visibili da tutte le unità del programma)


• Il tipo della routine è definito dalla sua intestazione– Signature: tipi dei parametri di input e tipo restituito

• int funzione(int, int, float)– Una chiamata di una routine è corretta se è conforme al suo

tipo


l-value e r-value


• l-value: area di memoria che contiene il corpo della routine

• r-value: corpo della routine correntemente associato tramite binding – Normalmente è statico, definito a tempo di traduzione– Alcuni linguaggi supportano un binding dinamico:

• Variabili di tipo routine a cui si può assegnare una routine• Es. linguaggio C

int sum(int);int (*ps)(int);ps=∑ int i = (*ps)(5);

• Routine come “first-class objects”


Dichiarazione e definizione

• Dichiarazione: intestazione della routine– Definisce lo scope

• Definizione: intestazione e corpo della routine

• La distinzione serve per poter avere mutua ricorsione – Esempio:

int funzA (int x); //dichiarazione float funzB (int y){ //definizione…z=funzA (y); //chiamata di funzione (visibile!)…

}


Parametri della routine

• Per passaggio informazioni– Oggetti di dati– Routine (in alcuni linguaggi)

• Parametri– Formali: parametri che appaiono nella definizione– Attuali: parametri che appaiono nella chiamata alla

routine• Binding

– Secondo il metodo posizionaleRoutine: R(F1,F2,…,Fn);Chiamata: R(A1,A2,…,An);

– Tramite associazione del nomeRoutine: R(A:T1; B:T2; C:T3);Chiamata: R(C=>Z, A=>X, B=>Y);


Routine generiche• Esempio:

– Routine per ordinare array di interi• … int i,j; … swap(i,j); //caso 1

– Routine per ordinare array di float• … float i,j; … swap(i,j); //caso 2

• Template con tipo generico in C++: template <class T> void swap(T& a, T& b){

T temp = a;a = b;b = temp;

}– Nel caso 1 viene istanziata una routine con interi, – nel caso 2 una routine con float

• I parametri generici vengono associati tramite binding ai parametri attuali a tempo di compilazione


Overloading

int i,j,k; a=b+c+b();float a,b,c;…i=j+k; a=b()+c+b(i);a=b+c;

Overloading: la stessa entità viene utilizzata con significati diversi.

• Il binding per l’entità viene stabilito a tempo di compilazione in base alle informazioni disponibili– Esempio: per l’operatore + il binding con la corrispondente

operazioni viene stabilito in base al tipo dei parametri

Operatore +

Somma tra interi

Somma tra float

b variabile

b() funzione

b() e b(int) funzioni distinte


Aliasing

Aliasing: contrario di overloading• Due nomi sono alias se denotano la stessa entità

nello stesso punto del programma

int x;int *y=&x;

int q1 (int a){

return a*= a;}

void q2 (int &a){

a *= a;}

x e *y rappresentano la stessa variabile

i e a rappresentano la stessa variabile

int x=2;

cout << q1(x); cout << x; // stampa 4 e 2

q2(x); cout << x; // stampa 4

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