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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 comunicazione)
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 da una variazione dello stato della memoria
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):
– Asserzioni condizionate (o regole):
A IF B,C,D,…
A
• 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:
? Fatt(x, 6)
Esempio
• Ricerca in un grafo orientato:
– con la richiesta
? go(E)
viene
determinata la sequenza E, C, A
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
– semantica: significato dei programmi
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:
X ::= a | b | c
Grammatica
• Derivazioni:
– una stringa c deriva dalla stringa b se esse possono essere
decomposte in:
b=mAn
c=man
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
<verbo>::= mangia | beve
<compl-oggetto>::=<articolo><nome>
Extended BNF
X ::= [a]b
X ::= {a}nb
equivale a X ::= b|ab
equivale a X ::= b|ab|aab|…
X ::= {a}b
equivale a X ::= b|ab|aab|…
ripetendo a fino a n volte
ripetendo a un numero di volte indefinito
Equivale ad avere nella grammatica la produzione
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>
X ::= b |
<cifra> ::= <cifra-non-nulla> | 0
<cifra-non-nulla> ::= 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9
Alberi sintattici
• Il processo di derivazione può essere descritto tramite un albero
sintattico
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 rappresentare le diramazioni
Esempio di
diagramma sintattico
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).
Situazione da evitare!
Esempio di
grammatica ambigua
• Esempio:
<expr> ::= x | y | z | (<expr>) | <expr>+<expr> |
<expr>*<expr>
• All'espressione x+y*z
sintattici diversi
possono essere associati due alberi
– 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