Pila semántica en un analizador sintáctico

 1.4 Pila semántica en un analizador sintáctico

Las pilas y colas son estructuras de datos que se utilizan generalmente para simplificar ciertas operaciones de programación. Estas estructuras pueden implementarse mediante arrays o listas enlazadas.

Pila: colección de datos a los cuales se les puede acceder mediante un extremo, que se conoce generalmente como tope. Las pilas tienen dos operaciones 

básicas:

• Push (para introducir un elemento)
• Pop (para extraer un elemento)

Sus características fundamentales es que al extraer se obtiene siempre el último elemento que acabe de insertarse. Por esta razón también se conoce como estructuras de datos LIFO, una posible implementación mediante listas enlazadas seria insertando y extrayendo siempre por el principio de la lista.Las pilas se utilizan en muchas aplicaciones que utilizamos con frecuencia. Las pilas y colas son estructuras de datos que se utilizan generalmente para simplificar ciertas operaciones de programación. Estas estructuras pueden implementarse mediante arrays o listas enlazadas.

Un analizador sintáctico es un autómata de pila que reconoce la estructura de una cadena de componentes léxicos.En general, el analizador sintáctico inicializa el compilador y para cada símbolo de entrada llama al analizador morfológico y proporciona el siguiente símbolo de entrada.

Al decir pila semántica no se refiere a que hay varios tipos de pila, hace referencia a que se debe programar única y exclusivamente en un solo lenguaje, es decir, no podemos mezclar código de C++ con Visual Basic.

Ventajas

• Los problemas de integración entre los subsistemas son sumamente costosos y muchos de ellos no se solucionan hasta que la programación alcanza la fecha límite para la integración total del sistema.
• Se necesita una memoria auxiliar que nos permita guardar los datos para poder hacer la comparación.

Objetivo teórico

Es construir un árbol de análisis sintáctico, este raramente se construye como tal, sino que las rutinas semánticas integradas van generando el árbol de Sintaxis abstracta. Se especifica mediante una gramática libre de contexto. El análisis semántico detecta la validez semántica de las sentencias aceptadas por el analizador sintáctico. El analizador semántico suele trabajar simultáneamente al analizador sintáctico y en estrecha cooperación. Se entiende por semántica como el conjunto de reglas que especifican el significado de cualquier sentencia sintácticamente correcta y escrita en un determinado lenguaje.

Las rutinas semánticas deben realizar la evaluación de los atributos de las gramáticas siguiendo las reglas semánticas asociadas a cada producción de la gramática.

El análisis sintáctico es la fase en la que se trata de determinar el tipo de los resultados intermedios, comprobar que los argumentos que tiene un operador pertenecen al conjunto de los operadores posibles, y si son compatibles entre sí, etc.

En definitiva, comprobará que el significado de la que se va leyendo es válido. La salida teórica de la fase de análisis semántico sería un árbol semántico. Consiste en un árbol sintáctico en el que cada una de sus ramas ha adquirido el significado que debe tener. Se compone de un conjunto de rutinas independientes, llamadas por los analizadores morfológico y sintáctico. El análisis semántico utiliza como entrada el árbol sintáctico detectado por el análisis sintáctico para comprobar restricciones de tipo y otras limitaciones semánticas y preparar la generación de código.

Las rutinas semánticas suelen hacer uso de una pila que contiene la información semántica asociada a los operadores en forma de registros semánticos.

Reglas semánticas

Son el conjunto de normas y especificaciones que definen al lenguaje de programación y están dadas por la sintaxis del lenguaje, las reglas semánticas asignan un significado lógico a ciertas expresiones definidas en la sintaxis del lenguaje.

La evaluación de las reglas semánticas define los valores de los atributos en los nodos del árbol de análisis sintáctico para la cadena de entrada. Una regla semántica también puede tener efectos colaterales, por ejemplo, imprimir un valor o actualizar una variable global.

Compatibilidad de tipos

Durante la fase de análisis semántico, el compilador debe verificar que los tipos y valores asociados a los objetos de un programa se utilizan de acuerdo con la especificación del lenguaje.

Además debe detectar conversiones implícitas de tipos para efectuarlas o insertar el código apropiado para efectuarlas así como almacenar información relativa a los tipos de los objetos y aplicar las reglas de verificación de tipos.

Analizadores descendentes:

Parten del axioma inicial de la gramática, se va descendiendo utilizando las derivaciones izquierdas, hasta llegar a construir la cadena analizada.

Se va construyendo el árbol desde sus nodos terminales. Es decir, se construye desde los símbolos de cadena hasta llegar al axioma de la gramática.

Bottom up

Es un principio de muchos años del estilo de programación que los elementos 

funcionales de un programa no deben ser demasiado grandes. Si un cierto 

componente de un programa crece más allá de la etapa donde está fácilmente 

comprensible, se convierte en una masa de la complejidad que encubre errores 

tan fácilmente como una ciudad grande encubre a fugitivos.

Top-down

Este método consiste en dividir los problemas en subproblemas más sencillos 

para conseguir una solución más rápida. El diseño descendente es un método 

para resolver el problema que posteriormente se traducirá a un lenguaje 

compresible por la computadora.

Un parser ascendente utiliza durante el análisis una pila. En esta va guardando 

datos que le permiten ir haciendo las operaciones de reducción que necesita.

Para incorporar acciones semánticas como lo es construir el árbol sintáctico, es 

necesario incorporar a la pila del parser otra columna que guarde los atributos de 

los símbolos que se van analizando. Estos atributos estarían ligados a la 

correspondiente producción en la tabla de parsing.

La pila juega un papel fundamental en el desarrollo de cualquier analizador 

semántico. Dentro de cada elemento de la pila se guardan los valores que pueden 

tener una expresión.

1.5 Esquema de traducción 

Un esquema de traducción es una gramática independiente de contexto en la que se asocian atributos con los símbolos gramaticales y se insertan acciones semánticas encerradas entre llaves { } dentro de los lados derechos de las producciones. Los esquemas de traducción pueden tener tantos atributos sintetizados como heredados.

Cuando se diseña un esquema de traducción, se deben respetar algunas limitaciones para asegurarse de que el valor de un atributo esté disponible cuando una acción se refiera a él. Estas limitaciones, motivadas por las definiciones con atributos por la izquierda, garantizan que las acciones no hagan referencia a un atributo que aún no haya sido calculado. El ejemplo más sencillo ocurre cuando sólo se necesitan atributos sintetizados, en este caso, se puede construir elesquema de traducción creando una acción que conste de una asignación para cada regla semántica y colocando esta acción al final del lado derecho de la producción asociada. 

Traducción descendente

Se trabaja con esquema de traducción en lugar de hacerlo con definiciones dirigidas por sintaxis, así que se puede ser explícito en cuanto al orden en que tienen que lugar las acciones y las evaluaciones de los atributos.

Eliminacion de la recursividad izquierda de un esquema de traducción

Como la mayoría de los operadores aritméticos son asociativos por la izquierda, es natural utilizar gramáticas recursivas por la izquierda para las expresiones. La transformación se aplica a esquemas de traducción con atributos sintetizados. 

Para el análisis sintáctico descendente, se supone que una acción se ejecuta en el mismo momento en que se expandiría un símbolo en la misma posición. Un atributo heredado de un símbolo debe ser calculado por una acción que aparezca antes que el símbolo, y un atributo sintetizado del no terminal de la izquierda se debe calcular después de que hayan sido calculados todos los atributos de los que depende. 

Un atributo heredado de un símbolo debe ser calculado por una acción que aparezca antes que el símbolo, y un atributo sintetizado del no terminal de la izquierda se debe calcular después de que hayan sido calculados todos los atributos de los que depende.

Los fragmentos de código así insertados se denominan acciones semánticas. 

Dichos fragmentos actúan, calculan y modifican los atributos asociados con los nodos del árbol sintáctico. El orden en que se evalúan los fragmentos es el de un recorrido primero-profundo del árbol de análisis sintáctico.

Obsérvese que, en general, para poder aplicar un esquema de traducción hay que construir el árbol sintáctico y después aplicar las acciones empotradas en las reglas en el orden de recorrido primero-profundo. Por supuesto, si la gramática es ambigua una frase podría tener dos árboles y la ejecución de las acciones para ellos podría dar lugar a diferentes resultados. Si se quiere evitar la multiplicidad de resultados (interpretaciones semánticas) es necesario precisar de qué árbol sintáctico concreto se está hablando.

1.6 Generación de la tabla de símbolo y de direcciones

Las tablas de símbolos (también llamadas tablas de identificadores y tablas de 

nombres), realizan dos importantes funciones en el proceso de traducción: 

verificar que la semántica sea correcta y ayudar en la generación apropiada de 

código. Ambas funciones se realizan insertando o recuperando desde la tabla de 

símbolos los atributos de las variables usadas en el programa fuente. Estos atributos, 

tales como: el nombre, tipo, dirección de almacenamiento y dimensión de una 

variable, usualmente se encuentran explícitamente en las declaraciones o más 

implícitamente a través del contexto en que aparecen los nombres de variables en 

el programa.

Una de las estructuras de datos que se encuentran relacionadas con las fases del 

proceso de compilación es la tabla de símbolos, la cual tiene como propósito 

registrar información que se comparte entre varias etapas y que permite 

administrar los recursos asociados a las entidades que manipulará el programa. 

La tabla de símbolos tiene típicamente la siguiente estructura:

Una tabla de símbolos puede conceptualizarse como una serie de renglones, cada 

uno de los cuales contiene una lista de valores de atributos que son asociados con 

una variable en particular. Las clases de los atributos que aparecen en una tabla 

de símbolos dependen en algún grado de la naturaleza del lenguaje de 

programación para el cual se escribe el compilador.

Por ejemplo, un lenguaje puede ser sin tipos, y por lo tanto el atributo tipo no 

necesita aparecer en la tabla. Similarmente, la organización de la tabla de 

símbolos variará dependiendo de las limitaciones de memoria y tiempo de acceso.