Übersetzerbau

Die Lehrveranstaltung vermittelt praktische Kenntnisse im Übersetzerbau. Studierende sollen in die Lage versetzt werden, Übersetzer für einfache Programmiersprachen, Kommandosprachen und allgemeine strukturierte Eingabeströme zu implementieren. Es werden die wichtigsten Phasen eines Übersetzers wie lexikalische Analyse, Syntaxanalyse, Semantikverarbeitung und Codeerzeugung behandelt. Darüber hinaus werden Beschreibungstechniken wie attributierte Grammatiken und ihre Verarbeitung durch Compiler-Generatoren erläutert. Die Vorlesung bietet auch eine Einführung in die Theorie der Formalen Sprachen, soweit sie für den Übersetzerbau relevant ist.

Übersetzerbau-Kenntnisse sind nicht nur für Compiler-Entwickler wichtig, sondern auch für Anwendungsprogrammierer. In vielen Programmen müssen Parameter, Programmoptionen oder Eingabedateien verarbeitet werden, die syntaktisch strukturiert sind. Für diese Aufgaben sind oft Kenntnisse über Syntaxanalyse oder Symbollistenverwaltung nötig. Die Vorlesung zeigt, wie man solche Aufgaben systematisch löst.

Fortgeschrittene Übersetzerbau-Techniken wie Codeerzeugung für Registermaschinen, Codeoptimierung und getrennte Übersetzung werden in einer anschließenden Wahlvorlesung angeboten.

Inhalt

1. Überblick

1.1 Motivation
1.2 Struktur eines Compilers
1.3 Grammatiken
1.4 Syntaxbaum und Mehrdeutigkeit
1.5 Grammatikklassen nach Chomsky
1.6 Die Sprache MicroJava


2. Lexikalische Analyse (Scanning)

2.1 Aufgaben der lexikalischen Analyse
2.2 Reguläre Grammatiken und Endliche Automaten
2.3 Scanner-Implementierung


3. Syntaxanalyse (Parsing)

3.1 Kontextfreie Grammatiken und Kellerautomaten
3.2 Rekursiver Abstieg
3.3 LL(1)-Eigenschaft
3.4 Fehlerbehandlung


4. Semantikanschluss

4.1 Attributierte Grammatiken (prozedurale Sicht)
4.2 Attributierte Grammatiken nach Knuth


5. Symbolliste

5.1 Überblick
5.2 Objekte
5.3 Scopes
5.4 Typen
5.5 Universum


6. Codeerzeugung

6.1 Überblick
6.2 Die MicroJava VM
6.3 Codespeicher
6.4 Items
6.5 Ausdrücke
6.6 Zuweisungen
6.7 Sprünge und Marken
6.8 Ablaufkontrollstrukturen
6.9 Methoden


7. Bottomup-Syntaxanalyse

7.1 Arbeitsweise eines Bottomup-Parsers
7.2 LR-Grammatiken
7.3 LR-Tabellenerzeugung
7.4 Tabellenverkleinerung
7.5 Semantikanschluss
7.6 LR-Fehlerbehandlung


8. Compiler-Generatoren

8.1 Yacc
8.2 Lex
8.3 Coco/R

Skript

Das Skript ist auf der Webseite dieser LVA im KUSSS als PDF-Dokument verfügbar.

Literatur

• H.Mössenböck: Übersetzer. In P.Rechenberg, G.Pomberger: Informatik-Handbuch, 4. Auflage, Hanser-Verlag 2006
  Eine Zusammenfassung des Übersetzerbaus auf 22 Seiten. Deckt sich gut mit dem Vorlesungsstoff.
  
  
• P.Rechenberg: Formale Sprachen und Automaten. In P.Rechenberg, G.Pomberger: Informatik-Handbuch, 4. Auflage, Hanser-Verlag 2006
  Die in der Vorlesung benötigte Theorie über Grammatiken, Sprachen und ihre Verarbeitung.
  
  
• N.Wirth: Grundlagen und Techniken des Compilerbaus. Oldenbourg, 2008
  Ein Meister des Übersetzerbaus zeigt, wie er in der Praxis arbeitet.
  Englisch Ausgabe unter www-old.oberon.ethz.ch/WirthPubl/CBEAll.pdf
  
  
• P.Terry: Compiling with C# and Java. Pearson Addison-Wesley 2005
  Ein gutes Buch, das viele Teile dieser Vorlesung abdeckt und auch den Einsatz des Compilergenerators Coco/R behandelt.
  
  
• R. Hunter: The Essence of Compilers.Pearson Prentice Hall, 1999
  Ein gutes Buch, das den Stoff dieser Vorlesung recht gut abdeckt.
  
  

• A.V.Aho, M.Lam, R.Sethi, J.D.Ullman: Compiler -- Prinzipien, Techniken und Werkzeuge. Pearson Studium 2008.
  engl.: Compilers -- Principles, Techniques and Tools. Pearson Education 2007
  Ein Klassiker unter den Übersetzerbau-Büchern. Einfach zu lesen. Geht von den Grundlagen bis zur Optimierung.
  
  
• A.W.Appel: Modern Compiler Implementation in Java. 2nd edition. Cambridge University Press 2002
  Sehr gutes und aktuelles Buch, das den Übersetzerbau in seiner vollen Breite und mit vielen Varianten abdeckt.
  
  
• S.Muchnick: Advanced Compiler Design and Implementation. Morgan Kaufmann, 1997.
  Ein sehr vollständiges und weit über den Stoff dieser Vorlesung hinausgehendes Compilerbuch. Nicht ganz billig, aber für Interessierte durchaus lohnend.
  
  
• H.Bal, D.Grune, C.Jacobs: Modern Compiler Design. John Wiley, 2000
  Ebenfalls ein gutes Buch, das den momentanen Stand der Technik gut abdeckt.
  
  
• D.A.Watt, D.F.Brown: Programming Language Processors in Java. Prentice-Hall 2000
  Relativ umfassendes und praktisch orientiertes Buch.


• W.M.Waite, G.Goos: Compiler Construction. Springer-Verlag 1984
  Gehaltvoll aber schwer zu lesen, weil stark theoretisch. Ausführliches Kapitel über attributierte Grammatiken.
  
  
• U.Kastens: Übersetzerbau. Oldenburg-Verlag 1990
  Gutes Kapitel über attributierte Grammatiken.
  
  
• R.Wilhelm, D.Maurer: Übersetzerbau. Springer-Verlag 1992
  Behandelt auch die Übersetzung logischer und funktionaler Sprachen.
  
  
• J.R.Levine, T.Mason, D.Brown: lex & yacc. O'Reilly & Associates 1995
  Ausführliche Beschreibung der Übersetzerbau-Werkzeuge lex und yacc.

• Coco/R für Java
• flex -- Lex für C
• Jlex -- Lex für Java
• Byacc -- Yacc für Java
• Dokumentation zu Lex und Yacc
• Compilergenerator Eli

Prüfung

Schriftliche Klausur am Ende des Semesters.