1. Parte 1
Un esempio di
ambiente di esecuzione:
il Perl
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2. Ciclo di vita di un programma Perl
„ Il ciclo di vita di un programma scritto in Perl si
compone di quattro fasi successive
(due opzionali, due obbligatorie)
1)Compilazione (obbligatoria)
2)Generazione di codice (opzionale)
3)Ricostruzione del parse t
3)Ri t i d l tree (
(opzionale)
i l )
4)Esecuzione (obbligatoria)
„ Fasi gestite dall'eseguibile /usr/bin/perl
„ Le fasi opzionali sono dovute al fatto che un
programma in Perl può anche essere
compilato per generare un eseguibile (se si
vuole)
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3. Ciclo di vita di un programma Perl
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4. Compilazione
„ L'obiettivo della compilazione è quello di
produrre una rappresentazione del codice
sorgente in grado di essere eseguita da un
interprete
te p ete
„ L'interprete è in grado di eseguire comandi
primitivi (detti opcode) in una ben specifica
sequenza
„ La rappresentazione finale deve raggiungere
due obiettivi:
„ elencare gli opcode
l li d
„ elencare l'ordine di sequenza
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5. Compilazione
„ La rappresentazione scelta è l‘Abstract Syntax
Tree (AST) un albero in cui:
(AST),
„ ogni nodo non foglia è un opcode interno del
Perl (eseguibile direttamente dall'interprete)
dall interprete)
„ ogni nodo foglia è un operando
„ l'ordine
l' di di visita (la precedenza degli operatori)
i it (l d d li t i)
è da sinistra verso destra e dal basso verso
l altro
l'altro
„ Visita in post-ordine: prima il sottoalbero
sinistro, poi quello destro, poi il nodo radice
i i t i ll d t i d di
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6. Compilazione
AST associato allo statement
$
$a = -($b + $ )
($ $c)
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7. Compilazione
„ Durante la fase di compilazione
„ può essere eseguito codice del programma!
„ Blocchi di codice contrassegnati con la
parola chiave BEGIN sono i t
l hi BEGIN: interpretati subito
t ti bit
dopo la loro scansione
„ Direttiva
Di tti use per il caricamento dei moduli: è
i t d i d li
interpretata subito dopo la sua scansione
„ possono essere valutate espressioni!
„ Definizioni di costanti
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8. Compilazione
„ Viene effettuata una analisi sintattica completa
del programma, per determinare la presenza di
programma
eventuali errori di sintassi
„ Se viene trovato un errore di sintassi, il
sintassi
compilatore non si ferma subito (!), bensì
continua l'analisi per scovare altri errori
l analisi
„ Tipicamente, un errore sintattico ne provoca
altri in cascata
„ Dopo dieci errori, il compilatore si ferma
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9. Compilazione
„ L'analisi sintattica avviene tramite l'uso di tre
moduli distinti
„ Lexer: identifica i token all'interno del codice
sorgente
„ Parser: prova ad associare un gruppo
contiguo di token ad un costrutto
ti t k d t tt
(espressione, statement) in base alla
grammatica del Perl
ti d l P l
„ Optimizer: riordina e riduce i costrutti prodotti
dal parser, con l'obiettivo di produrre
sequenze di codice equivalenti e più efficienti
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10. Compilazione
„ Le fasi dell'analisi sintattica non sono
consecutive,
consecutive bensì interallacciate
„ Alcuni esempi
„ Il lexer ha bisogno di alcuni suggerimenti da
l h bi l i i ti d
parte del parser per capire come estrarre un
token
„ L'optimizer spesso non può entrare in azione
fino a quando il parser non ha raggiunto un
certo punto (elaborazione di una espressione, di
uno statement, di un blocco di una subroutine)
statement blocco,
„ Similitudine con il linguaggio naturale
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11. Compilazione
„ Le fasi di analisi sintattica si alternano nel
modo seguente, con una modalità di
seguente
compilazione multi-passo
„ Passo 1: Bottom-Up Parsing
„ Il parser riceve in ingresso i token prodotti dal
lexer ed usa yacc per costruire l AST
l'AST
„ Il parsing è di tipo “bottom-up” perché parte
dalle foglie ed arriva fino alla radice dell'AST
„ In seguito alla costruzione di un nodo, si
verifica se la semantica dell'opcode relativo è
ifi l ti d ll' d l ti
congruente (ad es., se viene usato il numero ed
il tipo corretto di parametri per una funzione)
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12. Compilazione
„ Le fasi di analisi sintattica si alternano nel
modo seguente, con una modalità di
seguente
compilazione multi-passo
„ Passo 1: Bottom-Up Parsing
„ Man mano che vengono costruiti sottoalberi
dell AST,
dell'AST si invoca l'optimizer per produrre
l optimizer
porzioni di statement più efficienti
„ Se il parser capisce che lo statement attuale
è una chiamata ad una funzione con un
numero di parametri fisso allora si può non
fisso,
considerare l'opcode che gestisce le funzioni
con numero di parametri variabile
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13. Compilazione
„ Le fasi di analisi sintattica si alternano nel
modo seguente, con una modalità di
seguente
compilazione multi-passo
„ Passo 1: Bottom-Up Parsing
„ Non appena un sottoalbero dell'AST è generato,
viene creata una struttura ciclica che collega i
nodi dell'AST secondo l'ordinamento visto in
precedenza
„ Il nodo radice viene collegato con il primo nodo
da visitare; il primo nodo da visitare viene
collegato con il secondo nodo da visitare
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14. Compilazione
„ Le fasi di analisi sintattica si alternano nel
modo seguente, con una modalità di
seguente
compilazione multi-passo
„ Passo 1: Bottom-Up Parsing
„ Quando il sottoalbero dell'AST viene attaccato
ad un altro AST il ciclo radice primo nodo si
AST, radice-primo
spezza, e viene ricostruito con il nuovo albero
„ L'interprete può individuare in maniera
efficiente (O(1)) il nodo iniziale della visita
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15. Compilazione
AST associato allo statement
$
$a = -($b + $ )
($ $c)
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16. Compilazione
„ Le fasi di analisi sintattica si alternano nel
modo seguente, con una modalità di
seguente
compilazione multi-passo
„ Passo 2: Top-down Optimizer
„ Non appena un sottoalbero dell'AST viene
prodotto,
prodotto viene scandito dalla radice alle foglie
per eventuali ottimizzazioni
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17. Compilazione
„ Le fasi di analisi sintattica si alternano nel
modo seguente, con una modalità di
seguente
compilazione multi-passo
„ Passo 3: Peephole Optimizer
„ Alcune porzioni di codice hanno un loro spazio
di memorizzazione locale per le variabili
„ Singole Subroutine (variabili locali)
„ Si
Singoli file (variabili globali)
li fil ( i bili l b li)
„ Stringhe contenenti codice (eval())
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18. Compilazione
„ Le fasi di analisi sintattica si alternano nel
modo seguente, con una modalità di
seguente
compilazione multi-passo
„ Passo 3: Peephole Optimizer
„ Il peephole optimizer ottimizza tali porzioni di
codice in maniera sequenziale
„ Controlla se esiste codice non raggiungibile
(lo cancella, in tal caso)
cancella
„ Controlla se una funzione è invocata prima
che il suo prototipo sia stato compilato
„ Cerca di risolvere le espressioni costanti il
più presto possibile (Constant f ldi )
iù t ibil (C t t folding)
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19. Compilazione
„ Constant folding: l'ottimizzatore trova
operazioni con operandi tutti costanti, calcola
costanti
l'espressione finale e sostituisce
all espressione
all'espressione di partenza il suo risultato
„ Per operando si intende anche il valore di
ritorno di una funzione!
„ Ad esempo, se nell'AST di esempio si
sostituiscono a $b e $c due espressioni
costanti qualunque, tali che il risultato della
valutazione del sottoalbero AST con radice
pari al nodo 4 sia -42, si ottiene il seguente
AST ottimizzato equivalente
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20. Compilazione
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21. Compilazione
ƒ Strength reduction: rimpiazza operazioni
“lente” con operazioni equivalenti e più veloci
lente
ƒ Esempio:
ƒ mul ax,2 Æ shift_left ax
ƒ Null sequences: elimina operazioni inutili
ƒ Esempio:
ƒ mov r0 i; mov i r0 Æ mov r0 i
r0, i, r0,
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22. Compilazione
ƒ Combine Operations: rimpiazza un insieme di
operazioni con una operazione singola
equivalente
ƒ Al b i L
Algebraic Laws: usa l leggi algebriche per
i l bi h
semplificare o riordinare le istruzioni
ƒ Special Case Instructions: usa istruzioni
“speciali” progettate per specifici operandi
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23. Compilazione
„ A questo punto, la compilazione è terminata
„ Si può inspezionare l'AST prodotto con il
comando perl -MO=Concise,-src file.pl
„ Se si era invocato il servizio di controllo
sintattico del programma (perl -c source.pl), il
compilatore ci informa del risultato dell'analisi
sintattica
„ Altrimenti, si passa allo stadio successivo, che
nella nostra trattazione limitata è l'interprete
„ Ma può anche essere un altro compilatore
(p
(perlcc -o hello hello.pl)
p)
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24. Interprete
„ L'interprete Perl esegue gli opcode dell'AST
nella sequenza specificata
„ L'interprete usa una macchina basata su stack
per eseguire il codice
„ Gli opcode manipolano gli operandi che
vengono i inseriti nello stack, secondo una
iti ll t k d
modalità molto simile alla notazione polacca
inversa
„ Push a, Push b
„ Opcode (pop a, pop b, calcolo, push risultato)
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25. Interprete
„ L'interprete Perl crea diversi stack, fra gli altri:
„ Operand stack: memorizzazione degli operandi
degli operatori
„ Save stack: memorizzazione delle variabili il cui
S t k i i d ll i bili i
scope è stato alterato da altre
„ E
Es.: variabile globale i il cui valore è stato
i bil l b l i, i l t t
offuscato dalla variabile locale i all'interno di
una funzione
„ Return stack: memorizzazione degli indirizzi di
ritorno delle funzioni
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