Kap 6.4: Typesjekking Foiler ved Birger Møller-Pedersen Forelest av Stein Krogdahl 19. og 23. mars Dagens tema: Typer og typesjekking

Transkript

1 Kap 6.4: Typesjekking Foiler ved Birger Møller-Pedersen Forelest av Stein Krogdahl 19. og 23. mars 2015 Dagens tema: Typer og typesjekking Hva er nå egentlig en «type» i et programmeringsspråk? Hvordan lagre informasjon om en type i kompilatoren? Hvordan sjekke at typer er riktig brukt i et program? 3/24/2015 1

2 Datatyper og typesjekking: Oversikt Om typer generelt Hva er typer? Statisk og dynamisk typing av programmeringsspråk Hvordan beskrive typer syntaktisk? Hvordan lagre dem i kompilatoren? Gjennomgang av noen typer Grunntyper (vanligvis predefinerte) Type-konstruktører Verdisett og operasjoner Lagring under utførelse (mer i kap 7) Run-time tester og spesielle problemer: array/record/union/peker/... Hva vil det si at to variable/uttrykk har samme type? Hvordan utføre selve type-sjekkingen i kompilatoren? 3/24/2015 2

3 Hva er en type? En mengde verdier (ofte definert i «en annen verden», f.eks. matamatikk) En mengde tilhørende operasjoner (som må være meningsfylte for verdiene) Basale Typer (Verdimengde og operasjoner def. i en «annen verden»): integer +, -, *, /,... «alle» heltall real +, -, *, /,... «alle» reelle tall boolean and, or, not true, false Sammensatte typer (eksempler): array[0..9] of real a[i+2] alle «lister» av 10 tall record integer i; r.x alle par av verdier i og x real x end Abstrakt Data-Type (statisk, eller som klasse med objekter): ADT Metodene er operasjonene konkret: alle par av verdier integer i; real x ; integer method total(integer a) { total = i * x + a; } ( eller: { return i * x + a; } ) end 3/24/2015 3

4 Sammensatte typer: Typer som kan defineres ut fra tidliger definerete typer Man må da bruke språkets «type-konstruktører» (med tilhørende syntaks) for å danne nye typer. Språk har for eksempel: Array-typer Record/struct-typer Union-typer Peker-typer Viktige alternativer: Peker f.eks. til «integer-variabel» på stakken, eller bare til dynamisk allokerte objekter) Metode-, prosedyre-, subrutine-, funksjons- signaturer som type En signatur er: (1) typen av returverdien, samt (2) typene og antallet på parametrene (tilsvarer en en metode-heading ). Verdiene er da: Alle konkrete funksjoner med denne signaturen Klasser og subklasser En kombinasjon av recorder og variant-typer, og som også kan ha funksjoner etc. som attributter 3/24/2015 4

5 Array array [<indekstype>] of <komponent-type> Verdier: Mengden av funksjoner fra indeks-typen til komponent-typen Indekstypen: Bare heltall, fra... til? Andre typer: oppramstyper, character Operasjoner: indeksering A[i+2] Ting å tenke på Indeksering utenfor grensene Er grensene kompilator-kjente? Implementasjon En-dimensjonale To og flere dimensjoner (I Java er dette en array av arrayer, og en array [1..4] of array [1..3] of real array [1..4, 1..3] of real Vanlig én-dimensjonal array er et objekt) Fortran 3/24/2015 5

6 Record/Struct struct { real r; int i } Verdier: Alle verdier av det tilsvarende kartesiske product (real * int) Operasjoner: attributt aksess (dot-notasjon) x.i Ting å tenke på: Lite Implementasjon Layout der attributene ligger etter hverandre r Attributene får kompilator-kjente relativadresser. Dette gjør attributt-aksess raskt og enkelt i 3/24/2015 6

7 Union-typer union { real r; int i } Verdier: Unionen av alle par (variant, verdi af tilhørende type) Operasjon: aksess (dot-notasjon) u.i (fra gammelt også: «i(u)») Ting å tenke på Hvordan sikre at verdier settes inn og leses av som samme alternativ? Mange språk overlater det til brukeren Pascal har variant-record med angivelse av alternativ Sammenlignet med klasser/subklasser? Implementasjon Om er med: Angivelse av hvilket alternativ som er i bruk r i Alle alternativer får samme relativ-adresse, gjerne 0 om det ikke er alternativ-angivelse. 3/24/2015 7

8 «Variant record»: Eksempel fra Pascal Må sette og teste variablen isreal selv! Kan ikke teste på hvilken variant! 3/24/2015 8

9 Peker-typer ^ integer p Pascal integer *p C Verdier: Adresser til objekter/verdier av den aktuelle typen Operasjoner: dereferencing, dvs objektet/verdien som det pekes til var a: ^integer; var b: integer... a:= &i eller a:= new integer; b:= a^ + b; Simula: ref(c) rc; rc :- new C( ); Java C rc; rc = new C( ); Avh. av språket blir dereferencing ofte forenklet og slått sammen med dot-notasjon. Java og Simula har dereferencing som del av dot-notasjonen Ting å tenke på Må test på null (nil, none,...) Fri peking til variable kan gi problemer i blokk-strukturerte språk 3/24/2015 9

10 Problem med peker-typer, eksempel: { ^int a; int b; void p(){ int c;... a = &c;... }... P();... b = a^ + 1 } Flere kall som bruker samme areal som P() Obj.ori.-løsning: Gjør forskjell på: Vanlige deklarerte variable (på stakken) Variable generert ved new (på heapen) Og, det er bare den siste typen man får lov til å ha pekere til 3/24/

11 Funksjon/prosedyre/metode/subrutine som type Generelt kan man lage en type av en «headig» (signatur) av en funksjon var f: procedure (integer): integer; Modula 2 int (*f)(int) C Verdier Alle funksjons-deklarasjoner (med setninger) som stemmer med headingen/signaturen. Ting å tenke på Vanlige prosedyre/funksjons-deklarasjoner er da å betrakte som verdier av denne typen Problemer med blokk-struktur og helt frie prosedyre-variable (neste side) 3/24/

12 Funksjons-variable uten blokkstruktur-begrensning Eksempel på at dette kan gå galt: program var pv: procedure (integer); procedure Q(); var a: integer; procedure P(integer i) a := a + i; end;... pv := p... end;... Q(); pv(3); end Variablen a finnes ikke lenger! Mulig regel for å lage det trygt: «Du kan bare tilordne en ny verdi til en slik variabel (her «pv») på samme blokknivå som variablen er deklarert.» Men merk: Prosedyrer gitt som parametre til prosedyrer gir ingen slike problemer som her, pga. prosedyrers stakk-disiplin under kjøring 3/24/

13 Klasser og subklasser A Som type brukes klasser mest til å type pekere class A { int i; void f(){ } } class B extends A { int i; void f(){ } } class C extends A { int i; void f(){ } } Klasser ligner på records (og subklasser på variant-typer) med følgende tillegg: Kan ha lokale metoder og kan ha subklasser Objekter kan oftest bare skapes dynamisk, og ingen peking inn i stakken! Polymorfi: A-typede pekere kan også peke til B-objekter og til C-objekter To aksess-måter ved ra.id (oftest bare om «id» er en metode) Vanlig: ra.i og ra.f() gir i og f i A, uavh. av hva ra peker på (bare av typen typen til ra) Virtuell aksess: ra.f() gir «dypesete» f i klassen av objektet, som ra peker på (uavhengig av klassen som variablen ra er typet med) Java har grovt sett bare virtuell aksess av metoder (ikke for statiske metoder) Spesielle problemer: Merkelig få (men altså nil/null-problemet) 3/24/ B A ra C

14 Rekursive datatyper (vanligvis implementert med pekere) ML Eller: C class BSTnode { int val; BSTnode left, right; } Java: Et NIL-alternativ er oftest kodet ved at pekeren til objektet er NULL 3/24/

15 Når er to typer like? Strukturlikhet eller navnelikhet? var a,b: record int i; double d end var c: record int i; double d end typedef idrecord: record int i; double d end a:= c; a:= d; a:= b d:= e var d: idrecord; var e: idrecord; De to ytterpunkter: Strukturlikhet eller navnelikhet? Finnes det en type-definisjon med navn på typen? Om ikke: Må bruke struktur-likhet Om det finnes: Kan kreve full navnelikhet, eller en blanding (for arrayer aksepteres ofte strukturlikhet som typelikhet) 3/24/

16 Type-uttrykk, representert som (abstrakt) syntakstre Enten i separat symbol-tabell eller som del av abstrakt syntakstre 3/24/

17 Eksempel I Grammatikk uten navnet type-definisjon. Må bruke strukturlikhet av typer 3/24/

18 Eksempel II Merk: Dette er altså bare en prosedyre-type (uten navn). Enhver verdi av denne typen (en faktisk prosedyre) vil også ha navn på parametrene, for å kunne referere til dem inne i prosedyre-kroppen. 3/24/

19 Test av om to typer er like (struktur-likhet) ved rekursiv gjennomgang Rekursive kall Om også navnelikhet er lov, skal dette med 3/24/

20 Navne-likhet Her: Alle typer må gis navn, og type-likhet krever samme navn type-dekl Bare navnelikhet (eller samme basaltype) gir likhet 3/24/

21 Type-deklarasjon med alias Deklarasjonrer av type-alias (Pascal, C) T1 og t2 er samme typen Er t1 og t2 samme typen?? Oftest JA Er t1 og t2 samme typen?? Nei, oftest ikke 3/24/

22 Sjekking av type-riktighet for uttrykk (også i tilordning og i if-setninger) Typesjekking av uttrykk: Det viktige er at typene som leveres av subuttrykk stemmer med den operasjonen som er angitt (og ved overloading velges operasjon ut fra type) Sjekkingen gjøres derfor «bottom up», eller med syntetiserte attributter Vi skal se på uttrykk som følger grammatikken under På neste foil: Hvordan gjøre denne sjekkingen med en attributt-grammatikk exp exp + exp exp or exp exp [ exp ] 3/24/

23 Type-sjekking av uttrykk vha. attr.-grammatikk (Tabell 6.10) Her er rekkefølgen fra venstre til høyre viktig, siden det bare er én symboltabell som «insert» setter inn i. Ser bare deklarasjonene til venstre for brukssted Kunne her også ha - record - pointer - etc. Gir her typen på gjeldende dekl av dette navnet 3/24/

24 Kommentarer til tabell 6.10 Bruker symboltabell, som man setter inn i (mens den forblir samme tabell) Mer realistisk enn i tabell 6.9. Der ga en innsetting en helt ny tabell Til gjengjeld blir rekkefølge viktig: Den følger ikke av noen avhengighetsgraf f.eks. for insert(...) Rekkefølge: dybde-først, venstre -> høyre Attributter exp: type type-exp: type Funksjoner Insert(navn,type) --- typeequal(type1, type2) boolean Lookup(navn) type Type-error(tre-node) --- Skriver ut feilmelding, med mindre et subtre har type=error 3/24/

25 Diverse Overloading Vanlig for standard-operasjonene Ved egen def. av funskjoner Implementasjon: to greie muligheter Legge parametertypene inni navnet? La lookup levere en mengde med alternativer Type-konvertering Kan gi problemer sammen med overloading Polymorfisme void f(int i, double d) void f(double d, int i) f(i1,i2) 3/24/