Übersetzerbau

Die Lehrveranstaltung vermittelt praktische Kenntnisse im Übersetzerbau (Compilerbau). Studierende sollen in die Lage versetzt werden, Compiler für einfache Programmiersprachen, Kommandosprachen und allgemeine strukturierte Eingabeströme zu implementieren. Es werden die wichtigsten Phasen eines Compilers 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 Operanden
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


9. Weitere Themen

9.1 Objektorientierung
9.2 Exception Handling
9.3 Überladen von Methoden
9.4 Getrennte Übersetzung

Downloads

Die Vorlesungsvideos können nach der jeweiligen Vorlesungsstunde von hier heruntergeladen werden.

• 21-10-07 Überblick
• 21-10-14 Scanning
• 21-10-21 Parsing 1
• 21-10-28 Parsing 2
• 21-11-04 Semantikanschluss
• 21-11-11 Symbolliste
• 21-11-18 Codeerzeugung 1
• 21-11-25 Codeerzeugung 2
• 21-12-02 Codeerzeugung 3
• 21-12-09 Bottomup-Syntaxanalyse 1
• 21-12-16 Bottomup-Syntaxanalyse 2
• 22-01-13 Compilergeneratoren
• 22-01-20 Weitere Themen

Prüfung

Schriftliche Klausur (möglicherweise online) am 27.01.2022, 8:30 - 10:00.

Skript

Die Folien im PDF-Format sind von der Kusss-Seite dieser LVA herunterladbar.

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. 3. Auflage, Oldenbourg, 2011
  Ein Meister des Übersetzerbaus zeigt, wie er in der Praxis arbeitet.
  Englische Ausgabe unter https://people.inf.ethz.ch/wirth/CompilerConstruction/CompilerConstruction1.pdf
  und https://people.inf.ethz.ch/wirth/CompilerConstruction/CompilerConstruction2.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, wenn auch bereits etwas veraltet. Geht von den Grundlagen bis zur Optimierung.
  
  
• B.Campbell, S.Iyer, B.Akbal-Delibas: Introduction to Compiler Construction in a Java World. CRC Press, 2013
  Praktisch orientiertes Buch, das über den Vorlesungsstoff hinausgeht. Es orientiert sich teilweise an der Implementierung des HotSpot Client Compilers von Oracle.
  
  
• A.W.Appel: Modern Compiler Implementation in Java. 2nd edition. Cambridge University Press 2013
  Gutes 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.
  
  
• U.Kastens: Übersetzerbau. Oldenburg-Verlag 1990
  Gutes Kapitel über attributierte Grammatiken.
  
  
• 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