Linguaggi
• Classificati rispetto alle caratteristiche principali:
– potere espressivo che influenza lo stile di programmazione
Linguaggi - basso livello
• Il linguaggio macchina specifica solo le operazioni che l'elaboratore può eseguire
– sintattica molto elementare"
– diverso per ogni processore
• dipende dalle caratteristiche architetturali
• E' più orientato alla macchina che ai problemi da trattare
– è infatti definito di "basso livello"
Linguaggi - basso livello
• Una prima evoluzione è stata
l'introduzione di linguaggi simbolici:
linguaggi assemblativi
– ancora orientati alla macchina e non ai problemi
– più immediati da utilizzare
– definiscono variabili, simboli,...
Linguaggi - alto livello
• Altri linguaggi sono basati su:
– la descrizione del problema in modo intuitivo, dimenticandosi che verranno eseguiti da un calcolatore
– obiettivo: fornire un mezzo espressivo per specificare all'elaboratore il compito da
eseguire
Linguaggi - alto livello
• Caratteristiche:
– ognuno ha i propri paradigmi che
garantiscono forme espressive appropriate per alcuni problemi specifici
– questa specificità ha favorito la loro
proliferazione (fenomeno intrinseco alla natura del linguaggio come forma di
Linguaggi Imperativi
• Linguaggi più evoluti:
– permettono di descrivere operazioni più complesse di quelle che l'elaboratore può eseguire
– livello di astrazione più alto – risalgono agli anni '50
– detti di alto livello di tipo imperativo – Es: Basic, Fortran, Pascal
Linguaggi Imperativi
• Caratteristiche:
– di utilizzo più semplice
– indipendenti dall'elaboratore
– purtroppo ancora legati al modello di Von Neumann:
• i programmi sono ancora una sequenza di istruzioni; l'evoluzione del calcolo è costituita
Linguaggi Imperativi
• Eseguono 3 tipi di operazioni:
– trasferimento dati
– operazioni aritmetiche
– alterazione del flusso del programma
• Già discussi in precedenza
• Basic (semplice ma poco espressivo)
• Fortran (molto usato per il calcolo scientifico e le librerie molto complete)
Linguaggi Funzionali
• Non sono legati al modello di Von Neumann ma al concetto di
programmazione funzionale
• Il primo linguaggio funzionale:
– Lisp (List Processing), fine anni '50
– caratteristiche di manipolazione agevole di informazioni di tipo simbolico
Linguaggi Funzionali
• Differenze con i linguaggi imperativi:
– il calcolo è basato sul calcolo di valori e non sull'assegnamento di valori a variabili – basato su valori e non su effetti
– il risultato è il risultato di una funzione, non l'effetto causato dalla esecuzione di una
sequenza di operazioni
Linguaggi Funzionali
• Caratteristiche:
– meccanismo di definizione funzionale per casi (tipo switch in C)
– è possibile la ricorsione (utilizzando tali costrutti condizionali)
– Il Lisp, però, consente anche l'iterazione e l'assegnamento (tipico dei ling. Imperativi)
Linguaggi Dichiarativi
• Basati sulla logica
– obiettivo: formalizzare il ragionamento – caratterizzati da meccanismi deduttivi
• Programmare significa:
– descrivere il problema con formule del linguaggio
– interrogare il sistema, che effetua deduzioni sulla base delle definizioni
Linguaggi Dichiarativi
• Programmazione:
– semplice (occorre solo definire la propria conoscenza del problema)
– avviene tramite una formulazione dichiarativa
• Esempio: Prolog
Linguaggi Dichiarativi
• Un programma Prolog è costituito da:
– Asserzioni incondizionate (fatti): A – Asserzioni condizionate (o regole):
A IF B,C,D,…
• A: è la conclusione (conseguente)
• B,C,D: sono le premesse (o antecedenti)
• Una interrogazione ha la forma:
? A, B, C, …
Esempio
• Il fattoriale:
Fatt (0,1)
Fatt (z,w) IF Dec(z,z1),
Fatt(z1,w1),Prod(z,w1,w)
• Problemi risolubili:
– calcolo del fatoriale: ? Fatt(3, x)
– calcolo di quel numero il cui fattoriale è noto:
Esempio
• Ricerca in un grafo orientato:
– con la richiesta ? go(E) viene determinata la sequenza E, C, A
go(A)
arc(A,B) arc(B,C) arc(D,C) arc(A,C) arc(B,D) arc(C,E) go(y) IF arc(x,y), go(x)
B
C
D A
E
Sintassi e Semantica
• Nei linguaggi naturali si distinguono:
– sintassi (si occupa della forma delle frasi, delle regole per la loro creazione)
– semantica (significato delle frasi)
• Analogamente per i linguaggi di programmazione:
– sintassi: definisce i programmi legali
Sintassi e Semantica
• Dopo la definizione di un linguaggio (con sintassi e semantica) serve un sistema che possa eseguire i
programmi scritti in tale linguaggio
• Si parla di implementazione di un linguaggio
– generalmente è un traduttore verso il
linguaggio macchina di un dato elaboratore
Sintassi
• Per definire la sintassi di un linguaggio, è necessario definire le grammatiche
• La grammatica è un insieme di regole che servono per costruire una frase
Grammatica
• La grammatica è definita da:
– V: un alfabeto di simboli terminali (l'alfabeto del linguaggio)
– N: un alfabeto di simboli non terminali – S: un simbolo iniziale (o assioma)
– P: un insieme finito di regole sintattiche
(dette produzioni) espresse nella forma:
X a
Grammatica
• Le produzioni possono essere scritte:
– anche nella forma alternativa:
X ::= a
– se esistono più produzioni con parte sinistra uguale,
X ::= a X ::= b X ::= c allora si può scrivere:
Grammatica
• Derivazioni:
– una stringa c deriva dalla stringa b se esse possono essere decomposte in:
b = m A n c = m a n
con m e n simboli non terminali e se esiste la produzione
A ::= a
Grammatica
• Data una grammatica, il linguaggio
generato è definito come l'insieme delle frasi derivabili a partire dall'assioma S
• Le frasi di un linguaggio di programma- zione sono dette programmi
Formalismo di Backus-Naur
(Backus -Naur Form, BNF)
• Il modo visto per definire una
grammatica è detto di Backus-Naur
– introdotto negli anni '50 da Backus e Naur
• Esiste anche una estensione (Extended BNF, EBNF) che permette una scrittura più sintetica
Esempio di grammatica
V: { il, lo, gatto, topo, sasso, mangia, beve }
N: {<frase>, <soggetto>, <verbo>, <compl-oggetto>,
<articolo>}
S: <frase>
P contiene le seguenti produzioni:
<frase>::=<soggetto><verbo><compl-oggetto>
<soggetto>::=<articolo><nome>
<articolo>::= il | lo
<nome>::= gatto | topo | sasso
Extended BNF
X ::= [a]b equivale a X ::= b|ab
X ::= {a}nb equivale a X ::= b|ab|aab|…
ripetendo a fino a n volte
X ::= {a}b equivale a X ::= b|ab|aab|…
ripetendo a un numero di volte indefinito
Equivale ad avere nella grammatica la produzione X ::= b | aX (ricorsiva)
Esempio di grammatica
V: { 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,+,- }
N: {<intero><int-senza-segno><numero>
<cifra-non-nulla><cifra>}
S: <intero>
P contiene le seguenti produzioni:
<intero> ::= [+ | - ] <int-senza-segno>
<int-senza-segno> ::= <cifra> | <cifra-non-nulla><numero>
<numero> ::= <cifra> | <cifra><numero>
<cifra> ::= <cifra-non-nulla> | 0
Alberi sintattici
• Il processo di derivazione può essere descritto tramite un albero sintattico
<frase>
<soggetto> <verbo> <compl-oggetto>
<articolo> <nome> <articolo> <nome>
Diagrammi sintattici
• Sono dei grafi:
– nodi: etichettati con simboli (terminali e non terminali), collegati da archi orientati – un arco da i a j significa che il simbolo i è
seguito dal simbolo j
– più archi rappresentano alternative – si possono aggiungere nodi fittizi per
Esempio di
diagramma sintattico
<intero> ::=
+
- <cifra-non-nulla>
0
<cifra>
Sintassi dei linguaggi di programmazione
• Considerazioni sui linguaggi:
– uno stesso linguaggio può essere generato da più di una grammatica
– alcune grammatiche sono ambigue: cioè esistono diversi elementi che possono essere generati da diverse derivazioni (esistono cioè diversi alberi sintattici).
Esempio di
grammatica ambigua
• Esempio:
<expr> ::= x | y | z | (<expr>) | <expr>+<expr> | <expr>*<expr>
• All'espressione x+y*z possono essere associati due alberi sintattici diversi
– questo influenza anche il modo con cui
viene attribuito il significato all'espressione
Esempio di
grammatica ambigua
• Nella definizione dei linguaggi si deve evitare l'ambiguità
• Esempio:
<istruzione-if> ::= if <espressione>
then <istruzione> else <istruzione>
Analizzatore sintattico
• L'analisi della correttezza è eseguita dall'elaboratore: è suddiviso in 3 passi:
– analisi lessicale: controlla che i simboli utilizzati appartengano all'alfabeto
– analisi grammaticale: verifica il rispetto delle regole grammaticali
– analisi sintattica contestuale: verifica
restrizioni di tipo contestuale (tipi di dati, identificatori non definiti,…)
Analizzatore sintattico
• Generalmente l'analizzatore sintattico esegue le tre verifiche simultaneamente
• Si dice "ad una passata "
• Durante la scansione, se viene trovato un errore, si cerca di recuperare e si prosegue fino al termine