Разработка транслятора в среде Java и С+

Разработка транслятора в среде Java и С+

Разработка транслятора в среде Java и С+

Введение
Тема, цель, актуальность работы
Анализ проектов, реализованных на языках программирования Java и C# на предмет взаимодействия между классами.
Результат работы программы необходимо вывести в файл *.xml.
Актуальность работы заключается в том, что на сегодняшний день нет известных аналогов программы. Не стоит сравнивать данный проект с такими программными продуктами как Telelogic Rapsody или Rational – он является полной противоположностью названных выше программ, так как анализирует уже «готовый», написанный проект, в то время как Telelogic Rapsody (Rational) генерирует код по диаграммам.
Данный проект может использоваться для углубленного изучения языков программирования Java и C# в рамках программы университета, анализа проектов на предмет взаимодействия классов.
Проект может существовать как автономное приложение, а также может быть дополнен и доработан функционально.
Исследовательская часть
C# и Java– два очень похожих между собой современных языка программирования со сборкой мусора и компиляцией при выполнении. Оба языка – объектно-ориентированные, с синтаксисом, унаследованным от C++, но значительно переработанным.
Java – объектно-ориентированный язык программирования, разрабатываемый компанией Sun Microsystems и официально выпущенный 23 мая 1995 года. Java – так называют не только сам язык, но и платформу для создания приложений уровня предприятий на основе данного языка.
Изначально язык программирования назывался Oak (русск. Дуб) и разрабатывался Джеймсом Гослингом для бытовой электроники, но впоследствии был переименован в Java и стал использоваться для написания клиентских приложений и серверного программного обеспечения. Программы на Java транслируются в байт-код, выполняемый виртуальной java-машиной (JVM) – программой, обрабатывающей байтовый код и передающей инструкции оборудованию как интерпретатор, но с тем отличием, что байтовый код, в отличие от текста, обрабатывается значительно быстрее. Достоинство подобного способа выполнения программ – в полной независимости байт-кода от ОС и оборудования, что позволяет выполнять Java-приложения на любом устройстве, которое поддерживает виртуальную машину. Другой важной особенностью технологии Java является гибкая система безопасности благодаря тому, что исполнение программы полностью контролируется виртуальной машиной.
Длины и диапазоны значений примитивных типов определяются стандартом. Такая жёсткая стандартизация была необходима, чтобы сделать язык платформенно-независимым, что является одним из идеологических требований к Java и одной из причин её успеха. Тем не менее, одна небольшая проблема с платформенной независимостью всё же осталась. Некоторые процессоры используют для промежуточного хранения результатов 10-байтовые регистры или другими способами улучшают точность вычислений.
В языке Java имеются только динамически создаваемые объекты. Причем переменные объектного типа и объекты в Java – совершенно разные сущности. Переменные объектного типа являются ссылками, то есть неявными указателями на динамически создаваемые объекты. Это подчёркивается синтаксисом описания переменных.
C# (произносится си-шарп) – язык программирования, сочетающий объектно-ориентированные и аспектно-ориентированные концепции. Разработан в 1998–2001 годах группой инженеров под руководством Андерса Хейлсберга в компании Microsoft как основной язык разработки приложений для платформы Microsoft.NET. C# относится к семье языков с C-подобным синтаксисом, из них его синтаксис наиболее близок к С++ и Java. Язык имеет строгую статическую типизацию, поддерживает полиморфизм, перегрузку операторов, указатели на функции-члены классов, атрибуты, события, свойства, исключения, комментарии в формате XML. Переняв многое от своих предшественников – языков С++, Java, Delphi, Модула и Smalltalk – С#, опираясь на практику их использования, исключает некоторые модели, зарекомендовавшие себя как проблематичные при разработке программных систем так, C# не поддерживает множественное наследование классов (в отличие от C++).
В Java модификатор protected в описании, помимо доступа из классов-потомков, разрешает доступ из всех классов, входящих в тот же пакет, что и класс-владелец.
В C# для объектов, которые должны быть видны в пределах сборки (примерный аналог пакета Java) введён отдельный модификатор internal, а protected сохраняет свой изначальный смысл, взятый из C++ – доступ только из классов-потомков. Допускается комбинировать internal и protected – тогда получится область доступа, соответствующая protected в Java.
Внутренние классы в C# имеют доступ только к статическим членам внешнего класса, а для доступа к нестатическим членам нужно явно указывать экземпляр внешнего класса. Локальные внутренние классы в C# не поддерживаются, обработка событий в нём не требует таких классов, поскольку строится на других механизмах. В обоих языках методы, по аналогии с C++ – функции, определённые в классе. Тело метода располагается внутри описания класса. Поддерживаются статические методы, абстрактные методы. В C# также есть явная реализация методов интерфейса, что позволяет классу реализовывать методы интерфейса отдельно от собственных методов или давать разные реализации одноимённых методов, принадлежащих двум разным интерфейсам. C# также поддерживает явное описание передачи параметров по ссылке (ключевые слова ref и out). При использовании out компилятор контролирует наличие в методе присваивания значения. C# позволяет создавать пользовательские типы-значения, используя ключевое слово struct. Это прямое наследие языка С++ от которого создатели Java сознательно отказались.
Java поддерживает импорт статических имён (import static) из классов, позволяющий отдельно импортировать некоторые или все статические методы и переменные класса и использовать их имена без квалификации в импортирующем модуле. В C# импортируется только сборка и при каждом использовании импортируемых статических имён требуется указывать класс.
В Java константы в операторы switch должны относиться либо к целочисленному, либо к перечислимому типу. В C# в switch можно использовать текстовые строки.
Java содержит конструкцию strictfp, гарантирующую одинаковые результаты операций с плавающей точкой на всех платформах.
C# содержит конструкции checked и unchecked, позволяющие локально включать и выключать динамическую проверку арифметического переполнения.
C# поддерживает оператор перехода goto. Обычное использование – передача управления на разные метки case в операторе switch и выход из вложенного цикла. В Java от использования goto сознательно отказались.
Java поддерживает метки в циклах и позволяет использовать их в командах break и continue, благодаря чему исключается такой повод использования goto, как выход из вложенного цикла.
C# поддерживает отдельное понятие именованной типизированной константы и ключевое слово const. В Java констант как таковых нет, вместо них используются статические переменные класса с модификатором final – эффект от их использования точно такой же.

Разработка транслятора

Разработка лексического анализатора
Алфавит языка
Большие и малые буквы английского алфавита a..z, A..Z
Цифры 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9.
Другие символы ‘<’, ‘>’, ‘ ’, ‘, ’, ‘’’, ‘;’, ‘{», ‘}’, ‘(», ‘)’
Классы лексем
— зарезервированные слова;
— знаки операций и разделители;
— литералы;
— идентификаторы
Лексика языков
1. Класс идентификаторы к этому классу относятся все наборы цепочек, кроме зарезервированных слов
2. Класс зарезервированных слов
2.1 Для C#
using, class, int, float, char, public, protected, private, return, namespace
2.2 Для Java
using, class, int, float, char, public, protected, private, return
3. Класс знаков операций и разделителей
() {} ; = -> . , ‘ *
4. Класс литералов
Литерал – целочисленная или текстовая константа.
Структура таблицы идентификаторов

имя
номер в классе
тип

Структура таблицы литералов

имя
тип

Разработка синтаксического анализатора
Грамматика языков
В данном проекте исследуется лишь малая часть возможностей и особенностей вышеуказанных языков. В связи с этим спроектированные грамматики для этих языков будут включать лишь те структуры языка, которые нам необходимы
Грамматика С#
1 <программа> = 2 <предпроцессор> 3 namespace 4 {5 <операторы> 6}
7 <предпроцессор> = 9 using 10 <предпроцессор>
8 <предпроцессор> = 11 е
12 <операторы> = 16 <класс> 17 <операторы>
13 <операторы> = 18 идентификатор 19 <продолжение1>
20 <операторы>
14 <операторы> = 21 е
15 <операторы> = 22 <декларация> 23 <операторы>
24 <класс> = 25 class 26 идентификатор 27 <наследование> 28 {29 <операторы> 30} 31;
32<наследование> = 34 35 идентификатор
33<наследование> = 36е
37<продолжение1> = 40. 41 идентификатор 42 <продолжение2> 43;
38<продолжение1> = 44 <продолжение2> 45;
39<продолжение1> = 46;
47 <продолжение2> = 49 (50)
48 <продолжение2> = 80 е
51 <декларация> = 52 <тип> 53 идентификатор 55 <продолжение3>
56<продолжение3> = 58 (59) 60 (61 <операторы> 62 return 63 литерал 64; 81)
57<продолжение3> = 65<продолжение4>
66 <продолжение4> = 68, 69 идентификатор 70 <продолжение4>
67 <продолжение4> = 71;
72 <тип> = 76 int
73 <тип> = 77 float
74 <тип> = 78 char
75 <тип> = 79 идентификатор
Грамматика java
1 <программа> = 2 <предпроцессор> 3 <операторы>
7 <предпроцессор> = 9 using 10 <предпроцессор>
8 <предпроцессор> = 11 е
12 <операторы> = 16 <класс> 17 <операторы>
13 <операторы> = 18 идентификатор 19 <продолжение1>
20 <операторы>
14 <операторы> = 21 е
15 <операторы> = 22 <декларация> 23 <операторы>
24 <класс> = 25 class 26 идентификатор 27 <наследование> 28 {29 <операторы> 30} 31;
32<наследование> = 34 35 идентификатор
33<наследование> = 36е
37<продолжение1> = 40 -> 41 идентификатор 42 <продолжение2> 43;
38<продолжение1> = 44 <продолжение2> 45;
39<продолжение1> = 46;
47 <продолжение2> = 49 (50)
48 <продолжение2> = 80 е
51 <декларация> = 52 <тип> 53 <ссылка> 54 идентификатор 55 <продолжение3>
56<продолжение3> = 58 (59) 60 (61 <операторы> 62 return 63 литерал 64; 81)
57<продолжение3> = 65<продолжение4>
66 <продолжение4> = 68, 69 идентификатор 70 <продолжение4>
67 <продолжение4> = 71;
72 <тип> = 76 int
73 <тип> = 77 float
74 <тип> = 78 char
75 <тип> = 79 идентификатор
82<ссылка> = 84 *
83<ссылка> = 85 e

Доказательство принадлежности к LL(1) – грамматике

С#
<предпроцессор>={using | namespace}
<операторы>={class | идентификатор |} | int | float | char}
<наследование>={ | {}
<продолжение1>={. | (|;)
<продолжение2>={(|;)
<продолжение3>={(|, |;)
<продолжение4>={, |;}
<тип >={int | float | char | идентификатор}
Грамматика java
<предпроцессор>={using | class | идентификатор | int | float | char}
<операторы>={class | идентификатор | int | float | char}
<наследование>={ | {}
<продолжение1>={-> | (|;)
<продолжение2>={(|;)
<продолжение3>={(|, |;)
<продолжение4>={, |;}
<тип >={int | float | char | идентификатор}
<ссылка>={* | идентификатор}
Таблицы разбора
Таблица разбора С#


Ожидаемый терминал
Переход
Принять
В стек
Из стека
Ошибка

1.
~
2



2.
~
7



3.
namespace
4
+


+

4.
{
5
+


+

5.
~
12

+

6.
}
0
+

+
+

7.
using
9



8.
~
11



9.
using
10
+


+

10.
~
7



11.
~
3



12.
class
16



13.
идентификатор
18



14.
}
21



15.
~
22



16.
~
24

+

17.
~
12



18.
идентификатор
19
+


+

19.
~
37

+

20.
~
12



21.
~
0


+

22.
~
51

+

23
~
12



24
~
25



25
class
26
+


+

26
идентификатор
27
+


+

27
~
32

+

28
{
29
+


+

29
~
12

+

30
)
31
+


+

31
;
0
+

+
+

32

34



33
~
36



34

35
+


+

35
идентификатор
0
+

+
+

36
~
0


+

37
.
40



38
(
44



39
;
46



+

40
.
41
+


+

41
идентификатор
42
+


+

42
~
47

+

43
;
0
+

+
+

44
~
47

+

45
;
0
+

+
+

46
;
0
+

+
+

47
(
49



48
~
80



49
(
50
+


+

50
)
0
+

+
+

51
~
52



52
~
72

+

53
идентификатор
55
+


+

54

55
~
56



56
(
58



57
~
65



58
(
59
+


+

59
)
60
+


+

60
{
61
+


+

61
~
12

+

62
return
63
+


+

63
литерал
64
+


+

64
;
81
+


+

65
~
66



66
,
68



67
;
71



+

68
,
69
+


+

69
идентификатор
70
+


+

70
~
66



71
;
0
+

+
+

72
int
76



73
float
77



74
char
78



75
идентификатор
79



+

76
int
0
+

+
+

77
float
0
+

+
+

78
char
0
+

+
+

79
идентификатор
0
+

+
+

80
~
0


+

81
}
0
+

+
+

Таблица разбора java


Ожидаемый терминал
Переход
Принять
В стек
Из стека
Ошибка

1.
~
2



2.
~
7



3.
~
12



7.
using
9



8.
~
11



9.
using
10
+


+

10.
~
7



11.
~
3



12.
class
16



13.
идентификатор
18



14.
}
21



15.
~
22



16.
~
24

+

17.
~
12



18.
идентификатор
19
+


+

19.
~
37

+

20.
~
12



21.
~
0


+

22.
~
51

+

23
~
12



24
~
25



25
class
26
+


+

26
идентификатор
27
+


+

27
~
32

+

28
{
29
+


+

29
~
12

+

30
)
31
+


+

31
;
0
+

+
+

32

34



33
~
36



34

35
+


+

35
идентификатор
0
+

+
+

36
~
0


+

37
->
40



38
(
44



39
;
46



+

40
->
41
+


+

41
идентификатор
42
+


+

42
~
47

+

43
;
0
+

+
+

44
~
47

+

45
;
0
+

+
+

46
;
0
+

+
+

47
(
49



48
~
80



49
(
50
+


+

50
)
0
+

+
+

51
~
52



52
~
72

+

53
~
82


+

54
идентификатор
55
+


+

55
~
56



56
(
58



57
~
65



58
(
59
+


+

59
)
60
+


+

60
{
61
+


+

61
~
12

+

62
return
63
+


+

63
литерал
64
+


+

64
;
81
+


+

65
~
66



66
,
68



67
;
71



+

68
,
69
+


+

69
идентификатор
70
+


+

70
~
66



71
;
0
+

+
+

72
int
76



73
float
77



74
char
78



75
идентификатор
79



+

76
int
0
+

+
+

77
float
0
+

+
+

78
char
0
+

+
+

79
идентификатор
0
+

+
+

80
~
0


+

81
}
0
+

+
+

82
*
84



83
~
85



84
*
0
+

+
+

85
~
0


+

Разработка программы
Классовая модель

Диаграмма прецедентов

Диаграмма классов

Анализ результатов работы программы и выводы

Оба анализируемых языка – объектно-ориентированные, с синтаксисом, унаследованным от C++, но значительно переработанным. Следовательно, они имеют много общего, например, при анализе проектов, мы используем один общий класс разделителей и знаков операций.
Классы зарезервированных слов для каждого языка отличаются. В данном проекте исследуется лишь малая часть возможностей и особенностей вышеуказанных языков. В связи с этим, классы зарезервированных слов для этих языков будут включать лишь те ключевые слова и операторы, которые нам необходимы.
Проект позволяет проанализировать взаимодействие между классами и вывести результат в файл *.xml. Достаточно много времени было потрачено именно на вывод результата в *.xml, так как ранее с подобными задачами не сталкивались.
При реализации были выполнены критерии ООП и модульности, расставлены комментарии (по атрибутам, методам, по параметрам методов, классам).
Проект может существовать как автономное приложение, однако, на мой взгляд, его можно дополнить и доработать функционально, расширить классы зарезервированных слов, внести изменения в LL(1) – грамматику и т.д.
На данном этапе разработки программа работает корректно, четко выполняет поставленные требования.

Список используемой литературы

1. Р. Хантер Проектирование и конструирование компиляторов
2. http //www.linuxcenter.ru/lib/articles/programming
3. Джеффри Рихтер CLR via C# // М., Издательство «Русская редакция», 2007
4. http //javaportal.ru/
5. Конспект лекций по ТОПТ