IN 211 programmeringsspråk H 99

IN 211 programmeringsspråk H 99 Forelesere: Dag Langmyhr (epost: dag@ifi.uio.no) Olaf Owe (epost: olaf@ifi.uio.no) Gruppelærere: Ragnhild Kobro (epost: ragnhilk) Igor Rafienko (epost: igorr) Sigurd Weisteen Larsen (epost: swl) Hjemmeside: in211/www docs/index.shtml http://www.ifi.uio.no/ in211/ 1

IN211 - kursinformasjon Forelesninger Forelesere Oppgaver Grupper Eksamen Annet Olaf Owe (olaf) Dag Langmyhr (dag) Læremidler og pensum Forelesningsplan Emnebeskrivelse Tid og sted Ukeoppgaver Oblig. oppgave nr 1,2,3 Gruppe nr. 1,2,3,5,6 Obligatorisk frammøte Dato Tidligere års oppgaver Beskjeder Nyhetsgruppe Info. H95,H96,H97,H98 Programvare Generelt Regler og netikette Jobbe hjemmefra via PC Studieadministrasjonen Driftsavdelingen Sist oppdatert 26.08.1999. 2

Læremidler og pensum Carlo Ghezzi og Mehdi Jazayeri: Programming Language Concepts. Tredje utgave. John Wiley & sons, 1998. Bjørn Kristoffersen: Funksjonell programmering i Standard ML. Kompendium nr 61. Stein Krogdahl & Chr.-Emil Ore: Om syntaks og syntaksanalyse. Kompendium nr 47. GENERELT: Syntaks-detaljene i de ulike språkene er ikke viktige. Man skal kunne lese og forstå programmer i utvalgte deler av: JAVA, Perl, ML, samt PROLOG, og dessuten kunne lage program-skisser i disse språkene ved å bruke hovedmekanismene i dem. Man skal vite litt om forskjellen mellom språkene over og SIMULA, FORTRAN, MODULA, ADA, C++, PASCAL, og Algol60. Du vil ikke bli bedt om å programmere i Ape eller Lisp. Andre språk, som Algol68, APL, SNOBOL, Smalltalk, CLU, EUCLID, og PL/1, er ikke pensum. 3

Oversikt Syntaks analyse, regulære uttrykk, mønstergjenkjenning (Perl) 1 vt. Implementasjon av språk (run-time organisering, kompilering). 1 vt. Funksjonell programmering (ML) samt logikk programmering (PROLOG). 1 vt. Tre obligatoriske oppgaver: Programmering i Java, Perl og i ML. 4

Formål Gi oversikt over ulike programmerings-språk og mekanismer i disse, samt å gi forståelse av disse sett fra innsiden. Ulike paradigmer: - objekt-orientering - imperativ programmering - funksjonell programmering - mønstergjenkjenning - logikk programmering 5

Historikk: aktuelle språk språk bygger på ================================= FORTRAN COBOL 1960 APL ALGOL60 algol60 LISP lambda kalkyle SIMULA67 Algol60 + klasser ALGOL68 1970 PASCAL modern. av algol60 PROLOG C SCHEME Lisp, statisk skop MODULA pascal + modulbegrep 1980 ADA pascal + modula + C 1990 C++ ML Perl Java C + klasser Lisp, statisk typing C++, Simula 6

Oversetting vs. To ulike måter å eksekvere programmer på: Interpretering Oversetting Vi snakker om fasene: Oversetting > linking > kjøring Merk at kilde-koden, dvs. programmet, blir oversatt til kode i et annet (gjerne mer lav-nivå og eksekverbart) språk. Interpretering Programmet blir ikke oversatt, men analysert og evaluert direkte 7

Statiske og dynamiske aspekter Statiske egenskaper de som er kjent ved oversetting, eller senest ved linking. Dynamiske egenskaper de som først er kjent ved kjøring. Typiske eksempler navnet på en variabel: statisk verdien på en variabel: dynamisk typen til en variabel: ofte statisk, men dynamisk i noen språk (som LISP) 8

Statiske og dynamiske bindinger Binding mellom entitet og egenskap. Hva er egenskapene til en entitet? Eksempel på entiteter variabel, prosedyre/funksjon/metode/operasjon blokk, type, klasse, prosedyre-instans, objekt Eksempel på egenskaper navn, skop, levetid, verdi, type, klasse Typisk problem: Hvordan bindes en bruks-forekomst av en variabel/prodedyre til den tilsvarende deklarasjon. 9

Skop Skopet til en variabel: den delen av programteksten der den er kjent (har et navn). Tilsvarende kan vi snakke om skopet til andre navngitte enheter, som prosedyrer/funksjoner, typer, klasser, unntak osv.: Skop-reglene sier hvordan en bruksforekomst av et navn x bindes til en bestemt deklarasjon av x. Eksempler på statiske skop-regler Pascal/Ada/ML : Skopet begynner ved deklarasjonsstedet. Simula : Skopet begynner ved begin av den blokken (eller prosedyren) entiteten er deklarert i. Java : Som Simula, for klasse-attributter. Som Pascal, for lokale variable i en setningsliste. I disse språkene vil en redeklarasjon av x skygge for ytre x er. Vi snakker om hull i skopene. Skopet slutter ved slutten av den blokken der x er deklarert. 10

Eksempel: Pascal/Ada/ML SIMULA ytre x ytre y ytre x ytre y BEGIN----------------------------------------------------- VAR x---------------------- VAR y------------------------------ BEGIN ------------------------------------------------- VAR x------------------- PROC P BEGIN----------------------------------------------- VAR y------------------------ END-------------------------------------------------..x..y.. END----------------------------------------------------..x..y.. END------------------------------------------------------- Variabeldeklarasjoner er her markert med VAR. Merk: I alle tilfellene er det snakk om statiske skop. 11

Gjensidig rekursjon BEGIN PROC P BEGIN IF... THEN CALL P ELSE CALL Q END PROC Q BEGIN CALL P END END Skopet til prosedyrer i Pascal: P er deklarert før Q. Da kan ikke prosedyren Q kalles inne i P (!). Pascals løsning på dette: proc Q(...); FORWARD; -legges inn først i deklarasjonssekvensen. I Simula trengs ingen slik ad-hoc mekanisme! 12

Dynamiske skop-regler Dynamiske språk med lokale variable. To muligheter: En forekomst av x binder til den deklarasjon av x som sist er evaluert. En forekomst av x binder til den deklarasjon av x som sist er evaluert og som ligger i en uavsluttet blokk. Lisp har litt av begge variantene. BEGIN VAR x := 1 PROC P(); BEGIN skriv(x) END BEGIN VAR x := 2 CALL P END CALL P END Statisk resultat: 1og1 Dynamisk resultat: 2 og 1 alternativt: 2 og 2 13

Eksempel: interpretasjon av et dynamisk språk VAR x: Int FUNC f(y:int):int; RETURN x+y; x := 2; skriv(f(5)); PROC P(); BEGIN VAR x:bool; x:= true; skriv(f(5)) END CALL P Resultat: 2+5 true+5 14

Livstid Livstiden til en variabel : den tiden variablen har en verdi (som ligger et sted og tar plass.) Statisk livstid : Kan peke ut det stedet i programteksten der den først får verdi og det stedet der verdien kan fjernes. Simula eksempel BEGIN REF(C) x; BEGIN REF(C) y; y :- NEW C; x :- y; END IF... THEN x :- none; END REF-variablene x og y har statisk livstid, C-objektet har dynamisk livstid. 15

Mer om livstid Statisk skop gir statisk livstid. Dynamisk skop gir dynamisk livstid. Variable med statisk livstid: Kompilatoren kan beskrive allokering/ de-allokering av variablenes plassforbruk. Dynamiske objekter krever (dynamisk) søppeltømming, dvs. bestemme hvilke objekter som er døde (kan ikke nåes ved å følge pekere) og så frigjøre den plassen de opptar. I Simula: søppeltømming startes når run-time systemer trenger mer plass. I Java: kontinuerlig søppeltømming. 16

Type-analyse Statisk typeanalyse - typen av alle variable og uttrykk kan bestemmes ved tekstlig analyse. Statisk typeanalyse gir gode syntaksfeilmeldinger, avslører mange feil som ellers er vaskelig å finne. Dynamisk typeanalyse kan gi større frihet ved programmering. Eks: sortering uten å kjenne element-typen. VAR x: Int... VAR x: Bool x Under kjøring(run-time): Dynamisk typeanalyse: må sjekke ganske mye. Statisk typeanalyse: må sjekke ganske lite. 17

Simula eksempel: subklasser CLASS Stud; BEGIN Text navn END; Stud CLASS HStud; BEGIN Text veileder END; Stud CLASS LStud; BEGIN Int antvt EN; REF(Stud) s; REF(HStud) eva; REF(LStud) jo; s :- NEW Stud; HStud LStud eva:- NEW Stud; HStud LStud s.veileder s QUA HStud.veileder jo.navn jo.antvt jo.veileder jo QUA HStud.veileder Merk: sålangt er analysen statisk! @ @ @ @ @ 18

Virtuell binding La HStud og LStud begge få passenede versjoner av Bool proc ferdig eva.ferdig s.ferdig s QUA LStud.ferdig INSPECT s WHEN HStud DO..s.ferdig.. WHEN LStud DO..s.ferdig.. Dersom ferdig defineres som en virtuell funksjon i klassen Stud, vil vi få dynamisk binding! 19

Ada: print(5) print(true) Overlasting Antall og (statisk) type av parametrene bestemmer hvilken prosedyre som velges. Java: overlasting + virtuell binding av alle metoder. 20

Run-Time Organisering Ved kjøring må vi for hver program-enhet ha lagret en/et kodesegment som inneholder koden for enheten (dvs. setningene i oversatt form) aktiveringsblokk som inneholder alle nødvendige data (verdier av lokale variable, parametre, og evt. systemvariable). Statisk Allokering i Fortran Plassbehovet er kjent. Antall aktive blokker er kjent. Plassering bestemmes statisk. 21