Sem

1
Semântica de Linguagens de Programação

• Centro de Informática, UFPE
• Luis Carlos (lcsm_at_cin.ufpe.br)
• Hermano Moura (hermano_at_cin.ufpe.br)

2
Objetivo

• Introduzir conceitos de semântica formal de
  linguagens de programação

3
Motivação Qual o significado do seguinte
programa?
program simples var x int 3 in x x
5 end.
?
4
Motivação

• estudo de linguagens de programação requer que
  possamos descrever linguagens de programação de
  forma precisa e de fácil compreensão
• Utilização de descrições informais
• Frases de significado duvidoso
• Geração de manuais imprecisos
• Não existe técnicas que auxiliem a implementação
  (erros de codificação)
• Solução Utilização de métodos formais

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Métodos Formais

• Técnica utilizada para desenvolvimento de sistema
• Utiliza notações bem-definidas
• Significado descrito matematicamente
• Evita a existência de ambigüidades
• Permite a utilização de técnicas de verificação
  de erros e implementação automática

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Aplicações em Linguagens de Programação

• Interface entre projetistas, implementadores e
  usuários
• Projetista
• Define precisamente a linguagem desejada
• Permite a identificação precoce de erros
• Implementador
• Possibilita a utilização de geradores
  (semi-)automáticos
• Dificulta o aparecimento de erros
• Usuários Produção de bons manuais da linguagem

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Ciclo de vida de LP baseado em especificações form
ais
projeto
especificação formal
protótipos
compiladores
manuais, livros
8
Introdução

• características principais de uma lp
• sintaxe
• semântica
• pragmática

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Sintaxe

• Define a forma e estrutura de uma linguagem
• Símbolos, palavras, frases e sentenças
  (estruturas)
• Principal formalismo
• Gramáticas Livres de Contexto e Expressões
  Regulares
• Notação mais utilizada BNF (Backus-Naur Form)

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Gramáticas Livres de Contexto

• Estrutura principal
• Comando lt--
• if Expressão then Comando else
  Comando
• Significado
• Um Comando da linguagem definida pode ser formado
  pela palavra chave if seguida de uma Expressão
  da linguagem, da palavra chave then, de um
  Comando da linguagem, da palavra chave else, e
  de um outro Comando da linguagem.

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Sintaxe Concreta x Sintaxe Abstrata

• Sintaxe concreta Descreve a estrutura da
  linguagem com todos os detalhes.
• Considera elementos estéticos como comentários,
  palavras reservadas, precedência de operadores, e
  outros açucares sintáticos.
• Utilizado para construir reconhecedores para
  programas.
• Sintaxe abstrata Descreve apenas os elementos
  relevantes da linguagem de programação.
• Ignora comentários e outros elementos que não
  contribuem para a semântica do programa
• Utilizada para representar programas internamente
  no compilador

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Ferramentas de Implementação

• Disponíveis ferramentas que geram implementações
  eficientes
• lexyacc, javacc, etc.
• O desenvolvedor não utiliza linguagens de uso
  geral para implementação da linguagem.
• Mais detalhes Disciplina de compiladores

13
Introdução

• características principais de uma lp
• sintaxe
• semântica
• pragmática

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Semântica

• Objetivo
• Descrever o significados das estruturas do
  programa expressos na sua sintaxe
• Tipos de semântica
• Semântica estática Descreve as características
  de uma programa válido
• Semântica dinâmica Descreve os resultados da
  execução do programa

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Formalismos Utilizados

• Ao contrário da sintaxe, não existe ainda um
  formalismo aceito globalmente para descrever a
  semântica da linguagem
• Exemplos de formalismos
• Semântica Operacional Estrutural, Máquinas de
  Estado Abstratas, Semântica Denotacional,
  Semântica de Ações, Montages, etc.

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Abordagens para Descrição Semântica

• A especificação semântica de uma linguagem pode
• 1 - Definir um mapeamento entre a sintaxe do
  programa e seu significado. Ex. Semântica
  Denotacional, Semântica de Ações, Semântica
  Algébrica, etc.
• 2 - Definir uma máquina que executa programas da
  linguagem. Ex. Semântica Natural, Máquinas de
  Estado Abstratas.

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Exemplo da 1a. Abordagem

• Semântica de Exp1 Exp2
• Semântica de Exp1
• Semântica de Exp2
• Sum
• A semântica traduz o programa em operadores de
  uma linguagem com significado conhecido

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Exemplo 2a. Abordagem

• if (execute(x)c1 and execute(y) c2) then
• execute (x y) (c1c2)
• A semântica define como executar um programa
  diretamente, sem traduzi-lo para uma outra
  notação intermediária.

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Semântica De Ações
20
Semântica De Ações

• Formalismo para definição de linguagens de
  programação.
• Define um mapeamento da sintaxe do programa para
  o seu significado.
• Significado de programa é dado através da notação
  de ações.

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Notação de Ações

• Biblioteca que descreve os principais conceitos
  encontrados em linguagens de programação que
  foram estudados nesse curso (valores, bindings,
  memória, etc.)
• Durante essa aula e a próxima estudaremos os
  operadores que implementam cada conceito
  estudado.
• Operadores que manipulam os mesmos conceitos são
  agrupados em facetas.

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Definição de Ações

• Uma ação é uma entidade que pode ser executada.
• Quando uma ação é executada ela pode
• Terminar com sucesso
• Terminar com um erro
• Gerar uma exceção (escape)
• Não-terminar (executar para sempre)
• Durante a execução de uma ação ela produz e
  consome vários tipos de informação (transientes,
  bindings, memória, etc.)

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Semântica de Ações - Faceta Básica
24
Definição

• A faceta básica define operadores que não
  manipulam nenhum tipo de informação apenas
  controlam o fluxo do programa

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Principais Operadores

• complete -- Executa com sucesso sem produzir
  nenhuma informação.
• fail -- Produz uma falha na execução da ação
• a and then b -- Executa as ações a e b
  sequêncialmente
• a or b -- Executa uma das ações e se esta falhar
  a outra ação será executada.

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Principais Operadores (cont.)

• unfolding a -- executa a ação a.
• unfold -- Desvia o fluxo da execução para a
  última ação unfolding executada.

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Exemplos de Ações

• complete complete
• and then or
• complete fail
• complete unfolding
• and then complete
• fail and then
• unfold

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Exemplo de Descrições

• Comandos vazio
• Sintaxe
• Comando --gt
• Semântica
• execute _ Comando --gt action.
• execute complete.

29
Exemplo de Descrições

• Sequência de Comandos
• Sintaxe
• Comando --gt Comando Comando
• Semântica
• execute _ Comando --gt action.
• execute c1 c2
• execute c1
• and then
• execute c2.

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Semântica de Ações - Faceta Funcional
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Definição

• A faceta funcional define ações que manipulam
  valores temporários (transitórios) produzidos
  pela execução de um programa.
• Utilização principal Modelagem da avaliação de
  expressões em um programa.

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Principais Operadores Funcionais

• give e -- produz o valor resultante da avaliação
  da expressão e.
• x then y -- Executa as ações x e y
  seqüencialmente, os valores transitórios
  produzidos por x serão repassados para a ação y.
• the given t n -- Expressão (produtor) que
  recupera o n-ésimo valor passado para essa ação e
  verifica se este é do tipo t.

33
Exemplos de Ações

• give 10
• give 20
• then
• give sum(2,the given integer1)

34
Exemplos de Ações(cont.)

• give 1
• and then
• give 2
• then
• give product(the given integer1,
• the given integer 2)

35
Exemplo de Descrição

• Linguagens de Expressões
• 1 2
• 4
• 5 2

36
Exemplo de descrição

• Constantes Numéricas.
• Sintaxe
• Expressão lt-- Integer .
• Semântica
• avalie _ Expressão --gt action.
• avalie x Integer give valuation of x.

37
Exemplo de descrição

• Soma de Expressões.
• Sintaxe
• Expressão lt-- Expressão Expressão .
• Semântica
• avalie _ Expressão --gt action.
• avalie x y
• avalie x and then avalie y
• then
• give sum(the given integer1, the given
  integer2).

38
Utilização

• Qual a semântica de 1 2

39
Utilização

• Qual a semântica de 1 2 ?
• 1o Passo Analise Sintática
• 1 2 gt 1 2

40
Utilização

• Qual a semântica de 1 2 ?
• 2o Passo Executar Função Semântica
• avalie 1 2

41
Utilização

• Qual a semântica de 1 2 ?
• 2o Passo Executar Função Semântica
• avalie 1
• and then
• avalie 2
• then
• give sum
• (the given integer1, the given integer 2)

42
Utilização

• Qual a semântica de 1 2 ?
• 2o Passo Executar Função Semântica
• give valuation of 1
• and then
• give valuation of 2
• then
• give sum
• (the given integer1, the given integer 2)

43
Utilização

• Qual a semântica de 1 2 ?
• 2o Passo Executar Função Semântica
• give 1
• and then
• give 2
• then
• give sum
• (the given integer1, the given integer 2)

44
Semântica de Ações Faceta Declarativa
45
Definição

• A faceta declarativa define ações que controlam
  os bindings de um programa (mapeamento de
  identificadores e seus significados)
• Utilização em LP Modelagem de Declarações em um
  programa.

46
Principais Operadores Declarativos

• bind n to b -- Associa o identificador n ao
  significado b.
• a hence b -- Executa as ações a e b
  seqüencialmente, os bindings produzidos pela ação
  a serão repassados para a ação b
• the t bound to n -- Produtor que recupera o
  valor associado ao identificador n e testa se
  ele é do tipo t

47
Exemplos de Ações

• bind x to 10
• bind x to 20
• and then
• bind y to 1
• hence
• give sum(the value bound to x,
• the value bound to y)

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Outros Operadores Declarativos

• furthermore a -- Executa a ação a e produz a
  união entre os bindings recebidos pela ação os
  produzidos por a.
• x moreover y -- Executa as ações x e y sendo
  que os bindings produzidos por y tem prioridade
  aos bindings produzidos por x.
• x before y -- Executa a ação x, os bindings
  produzidos pela ação x são adicionados aos
  recebidos pela ação combinada e fornecidos para a
  ação y.

49
Exemplos

• bind x to 1 bind x to 2
• moreover before
• bind x to 2 bind y to the
• integer bound to x
• bind x to 1
• hence
• furthermore bind y to 2

50
Exemplo de Descrição

• Linguagens com declarações
• let x 1 in x 2
• let x 1 in let y 3 in x y 1

51
Exemplo de descrição

• Declaração de Constantes.
• Sintaxe
• Expressão lt-- let Identifier Expressão
  in Expressão .
• Semântica
• avalie _ Expressão --gt action.
• elabore let i x in y
• furthermore
• avalie x then bind token of i to the given
  value
• hence
• avalie y.

52
Exemplo de descrição

• Expressões de Constantes.
• Sintaxe
• Expressãolt-- Identifier .
• Semântica
• avalie _ Expressão --gt action.
• avalie i Identifier
• give the value bound i.

53
Semântica de AçõesFaceta Imperativa
54
Definição

• A faceta imperativa define ações que manipulam a
  memória do programa
• Utilizada principalmente na declaração de
  variáveis

55
Principais Ações

• allocate a cell -- reserva uma posição de memória
  livre e retorna o valor alocado como valor
  transitório
• deallocate c -- libera a posição de memória c
• store x in c -- armazena o valor x na célula de
  memória c.
• the t stored in c -- Expressão que recupera o
  valor armazenado na posição de memória c.

56
Exemplos de Ações

• allocate a cell
• then
• store 10 in the given cell
• and then
• store 20 in the given cell
• and then
• give the integer stored in the given cell.

57
Exemplo de Descrição

• Linguagem com declarações e variáveis e comandos
  imperativos
• int x
• int y
• x 1
• y x 1

58
Exemplo de Descrição

• Declaração de Variáveis
• Sintaxe
• Declaração lt-- int Identifier .
• Semântica
• elabore _ Declaração --gt action.
• elabore int i
• allocate a cell
• then
• bind token of i to the given cell.

59
Exemplo de Descrição

• Comando de Atribuição
• Sintaxe
• Comando lt-- Identifier Expressão .
• Semântica
• execute _ comando --gt action.
• execute c e
• avalie e
• then
• store the given value in the cell bound to
  token to c.

60
Exemplo de Descrição

• Comandos com declarações locais de variáveis
• Sintaxe
• Comando lt-- Declaração Comando .
• Semântica
• execute _ Comando --gt action.
• execute dDeclaração cComando
• furthermore elaborate d
• hence
• execute c.

61
Exemplo de Descrição

• Comando While
• Sintaxe
• Comando lt-- while Expressão do Commando
  endwhile
• Semântica
• execute while e do c endwhile
• unfolding
• avalie e
• then
• check the given value is true and then
• execute c and then unfold
• or
• check the given value is false.

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Notação de AçõesFaceta Reflexiva
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Descrição

• A Faceta Reflexiva define operadores capazes de
  encapsular ações na forma de abstrações.
• Utilizada principalmente na modelagem de
  procedimentos e funções.

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Principais Operadores

• abstraction of a -- Expressão que retorna uma
  abstração que incorpora a computação definida por
  a
• enact e -- Avalia a expressão e e se ela
  retornar uma abstração executa-a. Caso contrário
  gera uma mensagem de erro.
• closure a -- modifica a abstração a de forma a
  incorporar os bindings correntes durante a
  avaliação de a.
• application of a to v -- define uma abstração
  semelhante a abstração a mas que quando for
  executada receberá v como valores transitórios.

65
Exemplos

• give abstraction of bind a to 5
• give 10 hence
• then give closure abstraction of
• enact the given abstraction. give the
  integer bound to a
• then
• give abstraction of enact the given
  abstraction
• give the given integer
• then
• enact application the given
• abstraction to 5

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Exemplos de Descrição

• Declaração de Procedimentos
• Sintaxe
• Declaração lt-- proc Identifier is Commando
  end .
• Semântica
• elabore proc i is c end
• bind token of i to closure abstraction of
• execute c.

67
Exemplos de Descrição

• Chamada a procedimento
• Sintaxe
• Comando lt-- Identifier () .
• Semântica
• execute i ()
• enact the abstraction bound to i.

68
Pratica
69

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  .zip
• http//www.cin.ufpe.br/if686/laboratorio.prj
• Descompacte o arquivo Zip em um diretório de
  trabalho.
• Execute o arquivo abaco2.30.jar.