77341

Язык программирования 0xfb.L

Научная статья

Информатика, кибернетика и программирование

Близится выход С0x новой расширенной версии С которая может стать тем самым инструментом но стандарт С сам по себе очень сложен синтаксис система типов виртуальные методы не все компиляторы поддерживают все возможности поэтому расширение кажется спорным решением. Концепция является результатом развития идей метапрограммирования Lisp Nemerle и сводится к динамическому выстраиванию окружения состоящего из типов переменных и операторов во время компиляции. В процессе компиляции каждое выражение синтаксическая конструкция...

Русский

2015-02-02

65.5 KB

0 чел.

Язык программирования 0xfb.L

Косенко В.В.

УрГУ, г. Екатеринбург

Растущая сложность задач решаемых на компьютере в результате привлечения более совершенных математических моделей и архитектурно-аппаратных решений приводит к неминуемому увеличению сложности всего разрабатываемого программного обеспечения. Сдержать при этом усложнение процесса разработки и не потерять в производительности можно только за счет развития новых подходов в программировании. Так появилось структурное программирование, функциональное программирование (ФП) и позже объектно-ориентированное программирование (ООП). Теперь же любой современный язык программирования по-своему объединяет сразу несколько парадигм:

  •  императивность + ФП = монады (Haskell);
  •  императивность + ФП = Linq, TFunc (C#).

Разработка действительно упрощается, но программы созданные с помощью современных подходов проигрывают прямолинейным и зачастую более громоздким реализациям на С и С++ как минимум в два раза по скорости исполнения и в эффективности использования оперативной памяти (http://shootout.alioth.debian.org/). Давно сформированные и далее не развивавшиеся языки остаются востребованными, потому что построение инструмента одновременно эффективного, как с точки зрения выполнения, так и с точки зрения разработки представляет собой сложную задачу. Близится выход С++0x - новой расширенной версии С++, которая может стать тем самым инструментом, но стандарт С++ сам по себе очень сложен (синтаксис, система типов, виртуальные методы), не все компиляторы поддерживают все возможности, поэтому расширение кажется спорным решением.

Более привлекательной представляется концепция языка 0xfb.L (оригинальное название 7fa2.L или RiDE.L) [1,2], согласно которой можно построить доступный в реализации, и эффективный язык программирования, предложив новый механизм компиляции, при котором множество базовых конструкций языка будет описываться на самом языке. Концепция является результатом развития идей метапрограммирования (Lisp, Nemerle) и сводится к динамическому выстраиванию окружения, состоящего из типов, переменных и операторов, во время компиляции.

За основу взят язык алгебраических выражений:

  •  упрощенная лексика языка С (без ключевых слов, фигурных и квадратных скобок, операций инкремента/декремента и многострочных комментариев) с двумя автогенерируемыми операторами:
  1.  бинарный apply

x y - пара токенов заменяется лексическим анализатором на тройку x apply y,

если x{ID,CONST,)} y{ID,CONST,(}

  1.  унарный $

цепочка E;...;E заменяется синтаксическим анализатором на E$;...;E$,

где E – нетерминал, обозначающий выражение;

  •  операторный синтаксис.

В процессе компиляции каждое выражение (синтаксическая конструкция) получает тип, ссылку на значение и ассемблерный код, определяющий вывод значения. Код  корневого выражения будет ассемблерным представлением исходного кода, выходом компилятора.

Центральным блоком нового языка является его система типов. Существовало несколько предположений о том, как этот блок необходимо конструировать. На данный момент реализована только одна из возможных схем, она и будет рассмотрена далее.

Итак, тип выражения выводится последовательно в два этапа:

Этап 1:

если выражение – оператор

тип значения оператора

иначе (атомарное выражение)

если записывается лексемой идентификатора

  если зарегистрирована переменная с таким именем

   тип переменной

  иначе

   T_ID

 иначе (записывается лексемой константы)

  T_CONST

Этап 2:

если выражение – аргумент некоторого оператора

 тип из сигнатуры подходящего оператора

иначе

 результат первого этапа

В языке предусмотрен специальный тип T_BE для нескомпилированных выражений, для функционирования которого в алгоритм необходимо внести поправку:

если выражение является аргументом оператора, в множестве зарегистрированных сигнатур которого найдется хотя бы одна, согласно которой выражение имеет тип T_BE, тогда отрабатывает только второй этап алгоритма.

Следует отметить, что манипуляции с деревом разбора, производимые за счет таких выражений - один из основных механизмов метапрограммирования в 0xfb.L.

Другой необычный тип языка T_TYPE. Выражения данного типа хранят в себе описатели типов языка, поэтому можно, например, создать переменную с именем int и сохранить в ней указатель на тип целых чисел. Аналогично добавляются и другие примитивные типы. Предполагается, что похожая схема позволит конструировать и более сложные типы (структуры, объекты и генеративные типы).

Свой тип T_OP имеется и для указателей на регистрируемые операторы.

Типы, отражающие основные сущности языка, называются базисными. Изначально ни для каких типов имена не выделены, поэтому для того чтобы базисные типы не перепутались, введено следующее правило:

базисные типы регистрируются первыми T_TYPE, T_ID, T_CONST, T_OP, T_BE и строго в данном порядке.

Привычного набора операторов в самом начале тоже нет. Вместо этого введена пара особых (с фиксированной семантикой) связывающих операторов:

  •  оператор «;» сцепляющий произвольные выражения в список

пустая реализация, значение равно значению последнего выражения;

  •  оператор «,» позволяющий управлять арностью других операторов

пример: (a,b)+c - трехоперандное сложение, (a,b)+(c,d) - четырех.

Кроме того, по умолчанию регистрируется тип T_ASM, переменная asm этого типа и исходный оператор

apply # T_ASM/T_BE (метка apply, левый аргумент типа T_ASM, правый - T_BE)

Значением второго аргумента этого оператора должна быть строковая константа, содержащая ассемблерный код в тернарной форме. Код может содержать как обычные инструкции, так и специальные - директивы компилятору. Директивы интерпретируются семантическим блоком компилятора во время компиляции, взаимодействуя с окружением:

  •  регистрация и конфигурирование типов, переменных и операторов
  •  работа со структурами времени компиляции и с фрагментами дерева разбора

Проинтерпретированные директивы исключаются из потока инструкций, и все, что осталось, становится реализацией исходного оператора.

Остальные операторы выражаются через исходный и упомянутую ранее пару связок по интуитивно понятному алгоритму:

если выражение - оператор

 код аргументов (при проходе слева направо) + реализация оператора

иначе (атомарное выражение)

пусто

Единственным неосвещенным местом работы компилятора является фундаментальный для всей системы механизм поиска подходящего оператора по сигнатуре среди всех зарегистрированных. Следующий алгоритм является его текущей реализацией:

  1.  по метке и числу аргументов определить множество выбора E. I = .
  2.  перебираем выражения-аргументы ei слева направо

Ex = {s|sE s[i]=T_BE}

Ix = {s|sI s[i]=T_BE}

если Ex = и Ix =

компилируем ei

 Ex = {s|sE s[i]=тип ei}

 Ix = {s|sE ei-идентификатор и s[i]=T_ID}{s | sI s[i]=тип ei}

 если Ix =  и Ex = 

  нет оператора

E = Ex

I = Ix

  1.  если E ≠ ∅

E[0]

иначе

I[0]

Множество I дает операторам с типом T_ID в сигнатуре особый приоритет, что может быть удобно при реализации свойств и методов для ООП.

На данный момент для Windows реализованы все описанные алгоритмы в виде рабочей связки лексического, синтаксического и семантического анализаторов. Для нового языка написана первая библиотека, реализующая необходимые операторы для привычного определения типов, переменных и операторов, а также таких конструкций как if-else, for-break-continue и switch-case-default-break. Сейчас ведется разработка блока генерации кода, позволяющего компилировать 0xfb.L в MSIL для применения в .Net приложениях.

Литература

  1.  Бахтерев М.О. Язык программирования 7fa2.L // Третья международная конференция "Информационно-математические технологии в экономике, технике и образовании" г.Екатеринбург, 20-22 ноября 2008 г. Тезисы докладов. Стр.215-216.
  2.  Бахтерев М.О., Косенко В.В. Язык программирования RiDE.L // Тезисы 11-го Международного семинара "Супервычисления и Математическое моделирование", РФЯЦ-ВНИИЭФ, Саров, 2009, с. 25-26.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

49176. Расчёт структуры осесимметричных стационарных электромагнитных полей 291.5 KB
  Решение проводится в цилиндрических координатах связанных с центром цилиндра r радиусвектор точки наблюдения ось z направлена вдоль приложенного электрического поля рисунок 1. Если совместить ось z цилиндрической системы координат с осью цилиндра перпендикулярной E0 то потенциал поля не будет зависеть от координаты z и уравнение Лапласа запишется в виде ∆φ= 1.11 Величину служащую для описания...
49177. Комплексная система защиты информации на предприятии. Методические указания 204.5 KB
  Организация и технология защиты информации профиль подготовки: Специалист по защите информации. Организация и технология защиты информации; учебными планами по специальностям; общими указаниями по организации и методике проведения курсового проектирования в вузах; положением о курсовых работах НОО ВПО НП ТИЭИ. Данные методические указания предназначены для студентов 5го курса для выполнении...
49178. Я и физика 21.86 KB
  Слово энергия произносят все кому не лень но редко кто хотя бы немного разбирается в энергетике науке об энергии. Энергетика на самом деле не является наукой об энергии она скорее отрасль производства но все равно именно она увлекла меня настолько что я уверена в том что мое будущее будет связано именно с этой отраслью физики. Конечно традиционные энергетические ресурсы это хорошо и было бы кощунственно их не использовать но меня также привлекают и альтернативные источники энергии. В недалеком будущем когда в мире постепенно...
49179. Підприємство, яке спеціалізується на виробництві двох видів виробів 97.6 KB
  Суму витрат на виготовлення продукції кошторис та собівартість одиниці виробу калькуляцію. Оптимальна кількість факторів виробництва кількість обладнання та чисельність робітників визначається із системи рівнянь: де запланований обєм виробництва двох виробів; Звідки середня місячна заробітна плата 1 го робітника; витрати на утримання та експлуатацію обладнання грн міс; Ціна одиниці обладнання взята без ПДВ гранична норма технологічного заміщення виробництва Використавши цю рівність...
49181. Принципиальная схема управляемого блока питания для двигателя в механизме подъёма хирургического стола 633.32 KB
  Механический стол показанный на рисунок 1 уже устаревший но до сих пор успешно применяется в области медицинского приборостроения. Рисунок 1. Механический стол Гидроприводные столы рисунок 2 являются следующим этапом развития конструкции операционного стола. Рисунок 2.
49182. Разработка игры «Морской бой» с ИИ 4.29 MB
  Разработанный программный продукт реализует классическую версию игры «морской бой» с возможностью выбора уровня сложностей и визуализацией. Кроме того, в проекте реализована система ведения статистики игры. Среди рассмотренных аналогов ни один не обладал всеми этими возможностями сразу.
49183. Жизнедеятельность М. Вебера. Теория познания и методология 246.2 KB
  Вебере и его трудах несмотря на то что современная социология уже ушла далеко вперед актуальность этой теме не вызывает сомнений. Вопервых потому что как и всякий крупный ученый М. Вебера не только классическую социологическую теорию но и чтото новое современное и апеллирующее к непреложным и неизменным законам по которым живет социум.: Аграрная история древнего мира 1923 сразу поставившие его в ряд наиболее крупных ученых свидетельствуют о том что он усвоил требования исторической школы и умело пользовался...