Construcción de un depurador portable de código. Evaluador de expresiones (LSI-2000-03)

& 216758&&,Ï1'(81'(385$'253257$%/('(&Ï',*2  ( 9$/8$'25'((;35(6,21(6 José L. Arjona Fernández, José M. Prieto Pérez, R. Corchuelo Gil Dpto. de Lenguajes y Sistemas Informáticos Facultad de Informática y Estadítica Universidad de Sevilla Web: http://www.lsi.us.es En este tercer artículo veremos la forma en la que podrá interactuar el usuario con el depurador, los comandos que podrá usar; para despues centrarnos en la construcción del evaluador de expresiones. &RPDQGRV,QWHUDFFLyQFRQHOXVXDULR Una parte primordial en el desarrollo del depurador ha sido la interacción que debe llevar a cabo en todo momento con el usuario. Pensemos que la función de un depurador de código es la detección de errores en un programa. Pero esta detección se debe de basar en una colaboración intensa entre la persona que se encargue de ello y el propio depurador. Para poder conseguir esta colaboración es esencial que el depurador cuente con una interfaz de usuario a través de la cual reciba todo tipo de órdenes por parte del mismo. Estas órdenes serán ejecutadas por un obediente depurador. La interfaz de usuario en nuestro caso se basa en una línea de comandos, muy similar a la que ofrecen los sistemas operativos interactivos tales como MS-DOS o UNIX. Por lo tanto, la interacción con el depurador se lleva a cabo a través de un prompt en pantalla preparado para recibir las órdenes. Pensando siempre en la posibilidad existente de que el programa que estemos depurando conste de varios módulos contenidos en sus correpondientes ficheros de texto, el prompt está pensado para que en todo momento indique al usuario donde se encuentra dentro del programa, y esto simplemente se consigue indicando el nombre del fichero por donde va la traza de la ejecución y la línea del mismo donde se encuentra esa traza. En concreto, este prompt tiene el siguiente aspecto: (fichero:línea)? _ Como ya se ha dicho con anterioridad, el depurador ofrece una serie de órdenes o comandos, cada uno de los cuales tiene una sintáxis y una semántica definida. La oferta de órdenes se ha intentado que fuera lo más potente posible para dar la posibilidad al usuario de realizar una traza del programa donde se le escaparan los menos detalles posibles. Un resumen de las órdenes que se pretenden implementar se relacionan en la tabla 1: ORDEN DESCRIPCIÓN ÏUGHQHVGHD\XGD\GHWDOOHV help Ayuda en línea del depurador. Ofrece un resumen en pantalla de todos los comandos posibles. line Muestra en pantalla la línea del programa fuente por donde va la traza de ejecución. source Muestra en pantalla el contenido de un fichero. Con esta orden se puede echar un vistazo a los ficheros que constituyen el programa fuente. ÏUGHQHVGHHMHFXFLyQ next Se ejecuta la línea de código correspondiente a la situación actual de la traza y se pasa a la siguiente instrucción. step Idéntica a la orden QH[W con la diferencia esencial de que se salta la ejecución de las rutinas. run Se ejecuta el programa desde donde se está hasta que se llegue al final de la ejecución o bien se evalúe un punto de ruptura a “cierto”. animate Idéntica a la orden UXQ , solo que se puede especificar un retraso en milisegundos entre cada instrucción del programa que se ejecuta. ÏUGHQHVGHHYDOXDFLyQGHOYDORU\WLSRGHXQDH[SUHVLyQ watch Permite evaluar una determinada expresión, devolviendo su valor y su tipo. whatis Permite tanto mostrar qué es cierto objeto definido en el programa como evaluar el tipo de un determinada expresión. ÏUGHQHVGHDVLJQDFLyQGHYDORUHV set Permite asignar a un determinado objeto del programa un valor. ÏUGHQHVGHPDQHMRGHSXQWRVGHUXSWXUD break Permite colocar un punto de ruptura en algún punto del programa. unbreak Permite eliminar un punto de ruptura previamente colocado. vbreak Permite visualizar los puntos de ruptura colocados. ÏUGHQHVGHVDOLGDGHOGHSXUDGRU exit Salida inmediata de la ejecución del programa. TABLA 1. RESUMEN DE ÓRDENES DEL DEPURADOR. ([SUHVLRQHVGHOGHSXUDGRU Una vez que se ha dado una idea de como interactúa el depurador con el usuario y de las órdenes que podrá ejecutar, tenemos que pasar a detallar aspectos más concretos relativos a la línea de comandos del mismo. Por lo tanto, es obligatorio dedicar a una sección de este artículo a las expresiones que permite el depurador. Por H[SUHVLyQ podemos entender a un conjunto de RSHUDQGRV que se relacionan entre sí mediante unos RSHUDGRUHV . Como consecuencia de tal combinación, de la evaluación de una expresión siempre se genera un valor concreto. Por ejemplo, una expresión muy simple pudiera ser 1+1, donde se tiene un solo operador (la suma, +) y dos operandos (los números 1). Como se podrá imaginar, existen expresiones muchos más complejas que este ejemplo. De esta expresión se generará un valor, en este caso numérico (2). Ya que podemos mezclar operadores diferentes en una misma expresión, se necesita definir siempre lo que se conoce como SUHFHGHQFLD y DVRFLDWLGDG de los mismos. Con precedencia se hace referencia a la prioridad que se asigna a cada operador, es decir, qué o cual operador se evalúa antes que otro. La asociatividad de los operadores hace referencia al orden de evaluación de varios operadores iguales. Otro aspecto importante de las expresiones es que cada una de ellas tiene asociado un tipo, es decir, una determinada expresión puede ser de tipo entera, real, etc. Debido a lo anterior, no se puede aplicar normalmente cualquier operador sobre cualquier tipo de operando. De esto que exista lo que se llama FRPSDWLELOLGDGGHWLSRV en las expresiones por la cual se especifica qué operadores se pueden aplicar a qué tipos de operandos y cúal es el tipo del resultado de realizar dicha operación sobre los operandos. Pues bien, el depurador define sus propios operadores, niveles de precedencia, asociatividad de los mismos, así como su sistema de compatibilidad de los tipos existentes. Una posible gramática abstracta para el evaluador de expresiones del depurador sería: Binaria :: ti,td:Expresion; op:OperadorBin /* OPERACIONES BINARIAS */ Unaria :: t:Expresion; op:OperadorUn /* OPERACIONES UNARIAS */ /* OPERADORES BINARIOS */ OperadorBin :: OperadorBArit /* Aritméticos */ | OperadorBLog /* Lógicos */ | OperadorBRel /* Relacionales */ | OperadorBAcceso /* Acceso a Registros, Uniones y Arrays */ | OperadorBAsig /* Para el comando SET -> Asignación*/ /* OPERADORES UNARIOS */ OperadorUn :: MasU /* (+) unario */ | MenosU /* (-) unario */ | Indireccion /* (*) Para poder acceder al contenido de punteros, dir de memoria */ | Direccion /* (&) Dirección del objeto */ | Not /* (!) inversor lógico */ OperadorBArit :: Suma /* (+) Suma */ | Resta /* (-) Resta */ | Multip /* (*) Multiplicacion */ | Division /* (/) División */ OperadorBRel :: Mayor /* (>) Mayor */ | Menor /* (<) Menor */ | MayorIg /* (>=) Mayor o igual */ | MenorIg /* (<=) Menor o igual */ | Distinto /* (!=) Distinto */ | Ig /* (==) Igual */ OperadorBLog :: And /* (&&) And lógico */ | Or /* (||) Or lógico */ OperadorBAcceso :: Aarray /* ([]) Acceso a un elemento de un array */ | Aregistro /* (.) Acceso a un campo de un registro o unión*/ | Aflecha /* (->) Acceso indirecto a un campo del registro o unión*/ 3UHFHGHQFLD\DVRFLDWLYLGDGGHORVRSHUDGRUHV La tabla 2 muestra todos los operadores del depurador. Están ordenados desde la precedencia más alta, es decir, los más prioritarios, hacia la precedencia más baja. Además, aquellos operandos que se encuentran entre líneas tienen el mismo nivel de precedencia. Por otra parte, en dicha tabla también se indica la asociatividad de los mismos, indicando con “izquierda” aquellos cuya asociatividad es por la izquierda, con “derecha” aquellos que la tienen por la derecha y con “no asociativo” aquellos a los que no se le aplica asociatividad. 23(5$'25 '(6&5,3&,Ï1 $62&,$7,9,'$' 35(&('(1&,$ . Acceso a registro Izquierda más alta [] Acceso a elemento de un array Izquierda -> Acceso indirecto a registro Izquierda ! Negación lógica Derecha + (unario) Más unario Derecha - (unario) Menos unario Derecha * (desreferencia) Contenido de un puntero Derecha & Dirección Derecha * Producto Izquierda / División Izquierda + Suma Izquierda - Resta Izquierda > Mayor que no asociativo < Menor que no asociativo >= Mayor o igual que no asociativo <= Menor o igual que no asociativo == Igual a no asociativo != Distinto de no asociativo && And lógico Izquierda || Or lógico Izquierda más baja TABLA 2. PRECEDENCIA Y ASOCIATIVIDAD DE LOS OPERADORES. &RPSDWLELOLGDGGHWLSRV Veamos ahora la compatibilidad de tipos para el depurador, la compatibilidad de tipos impone restricciones sobre la utilización de los operadores. Por ello es importante que quede absolutamente claro qué clase de valores podemos combinar con los distintos operadores que se ofrecen si se pretende que la utilización de las expresiones en el depurador sea correcta. Puesto que básicamente los operadores existentes se pueden clasificar en RSHUDGRUHV ELQDULRV (aquellos que necesitan dos operandos para poder aplicarse) y RSHUDGRUHV XQDULRV (aquellos que necesitan tan solo un operando para poder aplicarse), nos basaremos en esta clasificación para mostrar la compatibilidad de tipos respecto a estos operadores. Es decir, dado un operador cualquiera, ¿qué tipos podemos combinar con él? La tabla 3 muestra la compatibilidad de tipos respecto a los operadores unarios. Estos, en nuestro caso son cinco, a saber: el más y el menos unario (+,-), la indirección o desreferencia (*), el operador de dirección (&) y el inversor lógico o negación (!). En dicha tabla, las columnas representan a estos operadores y las filas a los distintos tipos. Así por ejemplo, que exista un “sí” en la casilla correspondiente a la fila “Entero” y a la columna “+/- (Unario)” significa que dicho tipo sí es compatible respecto a estos operadores unarios y, por lo tanto, una expresión tal como +6 ó -5 serían correctas. 8QDULR 1RW ,QGLUHFFLyQ 'LUHFFLyQ (QWHUR sí no no Sí %\WH sí no no Sí 5HDO sí no no Sí %RROHDQR no sí no Sí &DUiFWHU no no no Sí &DGHQD no no no Sí (QXPHUDFLyQ sí no no Sí 9DFtR no no no No $UUD\ no no no Sí 5HJLVWUR no no no Sí 8QLyQ no no no Sí 3XQWHUR no no sí Sí TABLA 3. COMPATIBILIDAD DE TIPO RESPECTO A LOS OPERADORES UNARIOS. En la tabla 3 podemos observar varios puntos que pueden resultar confusos: • El tipo 9DFtR es algo especial pues a él no le podemos aplicar ninguno de los operadores anteriores. Esto es debido a que nunca nos vamos a encontrar con el caso de que existan variables de este tipo. Por ejemplo, no tiene sentido que un compilador dé como válido una declaración tal como D9DFtR pues ¿qué representa la variable “a”? ¿qué tamaño ocupa en memoria dicha variable? Teóricamente el tipo Vacío representa el “nada”, ¿tiene algún sentido operar algo con la “nada”? Evidentemente, NO. Sin embargo, como en C, sí tiene sentido declarar variables de tipo 3XQWHURD9DFtR para representar objetos que contienen una dirección de memoria que apunta a “yo no sé que tipo”, es decir, para representar una dirección de memoria genérica. • El operador de dirección se puede aplicar sobre cualquier tipo, exceptuando al tipo 9DFtR . Esto es así pues se puede tener en memoria objetos de cualquiera de los tipos con los que se cuenta y por lo tanto podremos saber su dirección con este operando. Por otro lado, los operadores binarios se pueden subdividir a su vez en los siguientes grupos: 1. Operadores aritméticos: + (suma), - (resta), * (producto), / (división). 2. Operadores relacionales: > (mayor), < (menor), >=(mayor o igual), <= (menor o igual), ==(igual), != (distinto). 3. Operadores lógicos: && (and), || (or). 4. Operadores de acceso: . (a registro), [] (a array), -> (indirecto a registro). 5. Operador de asignación: =. La tabla 4 muestra la compatibilidad de los tipos respecto a los operadores aritméticos, relacionales y lógicos. Los operadores de acceso y de asignación son un poco más especiales que estos. El encabezado horizontal de dicha tabla hace referencia al tipo del operando a la derecha del operador correspondiente, mientras que el encabezado vertical se refiere al tipo del operando a la izquierda de ese operador. 7pUPLQR ,]TXLHUGD 7pUPLQR'HUHFKD (QWHUR %\WH 5HDO %RRO &DUDF &DGHQD (QXP 9DFtR $UUD\ 5HJ 8QLRQ 3XQW (QWHUR A,R A,R A,R A,R A(+,-) %\WH A,R A,R A,R A,R R A(+,-) 5HDO A,R A,R A,R A,R %RRO L R(==) &DUDF R &DGHQD R (QXP A,R A,R A,R A,R R A(+,-) 9DFtR $UUD\ 5HJ 8QLRQ 3XQW R A(+,-.) R A(+,-) R A(+,-) R(1) (1) Independientemente del tipo al que apunten. A: Operadores Aritméticos [entre paréntesis aquel subconjunto de éste a los que se aplica]. R: Operadores Relacionales [entre paréntesis aquel subconjunto de éste a los que se aplica]. L: Operadores Lógicos. casilla en blanco: los tipos no son compatibles respecto a ningún operador. TABLA 4. COMPATIBILIDAD DE TIPOS EN OPERADORES BINARIOS ARITMÉTICOS, RELACIONALES Y LÓGICOS. Por último, la tabla 5 muestra la compatibilidad de tipos respecto al operador de asignación. La lectura que se hace de la misma es idéntica a la tabla 4, excepto que en este caso solo se indica si es compatible, o no lo es, asignar al tipo de la expresión de la izquierda del signo de asignación (=) el tipo de la derecha del mismo. 7pUPLQR ,]TXLHUGD 7pUPLQR'HUHFKD (QWHUR %\WH 5HDO %RRO &DUDF &DGHQD (QXP 9DFtR $UUD\ 5HJ 8QLRQ 3XQW (QWHUR sí sí No no no no Sí no no no no no %\WH no sí No no no no No no no no no no 5HDO sí sí Sí no no no Sí no no no no no %RRO no no No sí no no No no no no no no &DUDF no no No no sí no No no no no no no &DGHQD no no No no no sí No no no no no no (QXP sí sí No no no No Sí no no no no no 9DFtR no no No no no No No no no no no no $UUD\ no no No no no No No no sí(1) no no no 5HJ no no No no no No no no no sí(2) no no 8QLRQ no no No no no No no no no no sí(3) no 3XQW sí sí No no No No sí no no no no sí(4) (1): ambos arrays deben ser estructuralmente iguales. (2): ambos registros deben ser estructuralmente iguales. (3): ambas uniones deben ser estructuralmente iguales. (4): ambos punteros deben apuntar a objetos tipos “asignables”, o bien alguno de ellos ser un “Puntero a Vacío”. TABLA 5. COMPATIBILIDAD DE TIPOS EN LA ASIGNACIÓN. 7LSR5HVXOWDGRGHODHYDOXDFLyQGHXQDH[SUHVLyQ La tabla 6 muestra la totalidad de combinaciones aritméticas posibles que podemos hacer con dichos cuatro tipos numéricos (tanto a nivel de operadores binarios como unarios) y a su vez el tipo que se induce de evaluar la expresión aritmética con la combinación correspondiente. 2SHUDGRUHV%LQDULRV 7pUPLQR 7pUPLQR'HUHFKR 2SHUDGRUHV ,]TXLHUGR (QWHUR %\WH (QXPHUDFLyQ 5HDO 8QDULRV (QWHUR Entero Entero Entero Real Entero %\WH Entero Byte Entero Real Byte (QXPHUDFLyQ Entero Entero Entero Real Entero 5HDO Real Real Real Real Real TABLA 5. TIPOS EVALUADOS EN EXPRESIONES NUMÉRICAS. Con respecto a los operadores lógicos y relacionales, decir que el tipo del resultado de la evaluación será siempre lógico, es decir, o CIERTO o FALSO. El resultado de los operadores de acceso a uniones y registros será el tipo definido para el campo al que estamos accediendo. Igualmente al acceder a un array el tipo resultado será el tipo base del array (el tipo de los elementos almacenados en el array). Al aplicar el operador de contenido (*) sobre un puntero, obtendremos como tipo resultado el tipo del objeto apuntado por ese puntero. Igualmente, el operador dirección (&) sobre un objeto de WLSRD cualquiera dará como tipo resultado un puntero a WLSRD (OHYDOXDGRUGHH[SUHVLRQHV Una vez definidas la precedencia, asociatividad y la compatibilidad de tipos para las expresiones que permitirá el depurador, la forma de proceder será la siguiente: 1. Se analizará léxicamente y sintácticamente la expresión. 2. Se analizará semánticamente, para ello a partir del árbol de sintaxis abstracta de la expresión, será necesario hacer un chequeo de tipos que nos permita saber si la expresión es semánticamente correcta (los operadores pueden ser aplicados a los operandos). También sería necesario comprobar si el usuario introduce correctamente los índices de los arrays o si accede a campos existentes de registros... 3. Una vez determinada que la expresión es correcta, sólo quedaría dar el resultado de su evaluación. Análisis léxico Análisis sintáctico Análisis semántico Expresión Tokens Árbol de sintaxis Abstracta Resultado de evaluar la expresión )LJXUD3URFHVRGHHYDOXDFLyQGHH[SUHVLRQHV