UNIFACS DL - Compiladores - unidade II

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COMPILADORESCOMPILADORES
CONSTRUÇÃO DECONSTRUÇÃO DE
COMPILADORESCOMPILADORES
Au to r ( a ) : D r. J o ã o C a r l o s L o p e s Fe r n a n d e s
R ev i s o r : Ed i l s o n J o s é R o d r i g u e s
Tempo de leitura do conteúdo estimado em 1 hora e 5 minutos.
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Introdução
Olá, prezado(a) estudante!
Neste material, estudaremos sobre a construção de compiladores utilizados em
diversas técnicas baseadas em outros escopos, como exemplos: conversão no
formato de arquivos diferentes, leitura e/ou interpretação de arquivos HTML,
dentre outros. Todos os compiladores são baseados em algoritmos e nas
estruturas dos dados a serem traduzidos e/ou compilados. As fases de uma
compilação podem possuir diferentes estágios, mas sempre os resultados
esperados são os mesmos: árvores sintáticas, tabelas de hash (sequência de
bits gerada por um algoritmo de dispersão) e de pré-processamento, dentre
outros. Existe uma busca constante na construção dos compiladores, a
otimização dos códigos, os quais, por meio de novos paradigmas de
programação, tentam diminuir o número de linhas nas novas linguagens e,
assim, melhorar a performance de programas após compilação. Isso vem ao
encontro de melhores e mais amigáveis interfaces para desenvolvedores, como
os ambientes de desenvolvimento integrados (IDEs) e as linguagens mais
funcionais com lógicas de programação distribuídas.
Bons estudos!
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Estudante, quando de�nimos um algoritmo genérico, percebemos que ele é
uma descrição �nita dos processos de computação, que são escritos em
linguagens algorítmicas nas quais cada sentença tem um signi�cado não
ambíguo. Os algoritmos devem conseguir ser �nalizados em tempo �nito, ou
seja, devem possuir paradas garantidas — caso contrário, entrariam num loop
in�nito.
Todos os procedimentos não terminam ao mesmo tempo. Dessa forma,
algoritmos têm de resolver esse problema, e devem existir procedimentos para
que um algoritmo possa chegar a uma resposta respeitando o tempo �nito — ou
ele não terá uma resposta em nenhum momento. Um algoritmo sempre deve
chegar a uma resposta (a�rmativa ou negativa) (AHO et al., 2008).
Na construção de compiladores, deve-se decidir se o problema pode ser
resolvido apenas com algoritmos ou se os procedimentos devem ser balizados
e ajustados pela teoria da computação conhecida como Problema da Parada,
ou seja, dado um programa P e um conjunto de dados d, responda sim se P(d)
para e não caso contrário.
Ferramentas para
Construção de
Compiladores
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Veja o que Langlois e Santos (2018, p. 276) falam a respeito das várias
ferramentas que fazem algoritmo:
Existem diversas ferramentas que realizam o mesmo algoritmo, com
pequenas variações no formato de entrada. O arquivo segue uma
estrutura semelhante à utilizada pelas ferramentas lex e yacc, estando
dividida em três seções separadas por uma linha que contém apenas
a sequência %%. A primeira seção é reservada para declarações,
podendo o código C/C++ ser incluído da mesma forma.
Quando utilizados processadores de linguagem (programas que permitem ao
computador “entender” os comandos de uma programação de alto nível
fornecidos), temos duas maneiras para que isso seja possível: interpretadores
e/ou tradutores. Veja, a seguir, mais sobre eles.
1. Interpretadores
São programas que executam diretamente as instruções que
provêm de programas construídos em linguagens chamadas “fonte”.
2. Tradutores
São programas que aceitam a entrada de programas escritos em
linguagens “fonte” e produzem, em sua saída, outra versão do
programa escrito na linguagem “objeto”. Em alguns casos, a
linguagem objeto é a própria linguagem de máquina entendida pelo
computador (arquitetura CISC, RISC ou ARM).
Sobre os programas “objeto”, é importante ressaltar que eles podem ser
executados diretamente na máquina e que os tradutores são divididos em
“montadores” e “compiladores”, que têm a capacidade de traduzir linguagens de
baixo nível e alto nível, respectivamente.
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Você sabia que na construção de compiladores há opções de pré-
processadores que conseguem traduzir uma linguagem de alto nível para outra
linguagem de alto nível? Pois é, todas essas funcionalidades estão alicerçadas
em fundamentos matemáticos da teoria de processamento de linguagens, na
teoria de autômatos e em linguagens formais.
Sendo assim, o objetivo de um compilador é traduzir sequências de caracteres
de um programa-fonte desenvolvido por um programador para instruções de
máquina. Essa tarefa pode ser um pouco complexa quando há estruturas
formadas com processos menores interconectados. Em um modelo mais
simples de compilação, a “tradução” pode ser realizada com a interconexão
seriada entre três blocos: léxico, sintático e gerador de código, conforme vemos
na imagem a seguir.
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Figura 2.1 - Conexão entre blocos e tabelas
Fonte: Elaborada pelo autor.
#PraCegoVer: a imagem apresenta uma seta, da esquerda para a direita, na
horizontal, que termina em um retângulo com o texto “Bloco léxico”, que aponta para
outro retângulo com o escrito “Bloco sintático”, que aponta para um retângulo com o
escrito “Gerador de código”, que possui uma seta indicando para a direita. Abaixo,
há um retângulo com a palavra “Tabelas”, que aponta para os três retângulos acima
dela.
Você percebe que na imagem vemos que os três blocos têm acesso às tabelas
de informações do programa-fonte; dentre essas tabelas, por exemplo, existe a
tabela de símbolos, na qual estão localizadas as informações sobre cada
variável e/ou identi�cador utilizados no programa-fonte.
No subtópico a seguir, apresentaremos os compiladores Lex e Yacc, atualmente
muito utilizados por possuírem uma vasta bibliogra�a que pode ser consultada
on-line.
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Lex/Yacc (C) ou ANTLR (Java)
O Lex/Yacc é difundido no campo da programação, pois sua utilização, na
geração de compiladores, é extensa. Trata-se de ferramentas um pouco difíceis
de serem utilizadas, principalmente no caso de programadores iniciantes.
Vamos nos aprofundar um pouco mais sobre esses dois compiladores, na
fundamentação a seguir.
Fonte: Elaborada pelo
autor.
No Lex, as especi�cações de entrada são formadas por expressões regulares e
comandos da linguagem de programação especí�ca. Seu funcionamento
acontece quando o analisador é gerado e as expressão são reconhecidas;
Lex
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assim, os comandos são associados e executados. O trabalho, em princípio,
�ca mais simples, mas interpolar as especi�cações com o código “objeto” pode
fazer com que a leitura da primeira fase se torne um pouco mais difícil.
Outro detalhe muito importante ao qual você precisa se atentar é a necessidade
de con�gurar o Lex a �m de utilizar suas especi�cações e gerar um analisador
para outra linguagem. Como o Lex é uma ferramenta bastante utilizada, é fácilencontrar documentação na internet, mas programadores devem estar
familiarizados com ferramentas que utilizam linhas de comando.
De forma básica, o Lex cria um �uxo de caracteres convertidos numa sequência
de tokens, e os programas utilizados recebem o nome de lexers e/ou
tokenizadores. Em sua saída, é um scanner orientado por tabela que orienta o
que fazer caso um caractere de entrada esteja incorreto. A saída sempre “salva”
um arquivo chamado lex.yy.c. — esse tem estrutura semelhante à descrita a
seguir.
        {declarations}
        %%
        {rules}
        %%
        {subroutines}
Todas as declarações são divididas em dois tipos, C e Lex, mas todas as
importações e declarações globais sempre são realizadas em C. Fora isso, os
arquivos Lex podem também possuir de�nições de expressões e símbolos
regulares: .%{%}. Todas as regras estão descritas e seguidas de ações e devem
�car na mesma linha, já as sub-rotinas contêm as funções descritas pelo
programador.
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Fonte: Elaborada pelo
autor.
A saída, ou resultado, do Yacc apresenta uma tabela de análise sintática
denominada de LALR, as rotinas de controle, baseadas na tabela, e todas as
ações semânticas, especi�cadas pelo programador no arquivo de entrada da
linguagem. Este analisa o �uxo de tokens do arquivo Lex e realiza pela análise
semântica. O Yacc traduz as determinadas gramáticas no contexto (CFG) para
uma implementação C y.tab.c.
Sendo assim, esse programa C, quando compilado, gera um analisador
executável. Um detalhe importante é que os arquivos Yacc possuem estrutura
semelhante aos arquivos Lex.
        {declarations}
        %%
Yacc
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        {rules}
        %%
        {subroutines}
Por isso, as declarações e sub-rotinas são as mesmas do Lex; o que é
ligeiramente alterado são as regras. No caso do Yacc, as regras não são
expressões regulares, pois são de�nidas gramaticalmente em CFG. De forma
similar ao Lex, as regras possuem duas partes: produções e ações.
Quando o Lex produz um código C para os analisadores léxicos e/ou scanner,
usa padrões combinantes de strings na entrada e converte-os em tokens. Os
tokens são representações numéricas das strings utilizadas para simpli�car o
processamento. Conforme o Lex vai encontrando os identi�cadores na
sequência da entrada, insere-os na tabela de símbolos. Essa tabela pode conter
outras informações, como os tipos de dados (inteiro ou real) e a localização das
variáveis na memória.
O Yacc, como utiliza as regras gramaticais, consegue analisar os tokens do Lex
e criar a árvore de sintaxe, a qual impõe a estrutura hierárquica dos tokens, ou
seja, a precedência dos operadores e a associatividade entre eles. Na próxima
fase, é gerado o código, que foi baseado na árvore de sintaxe. Alguns tipos de
compiladores produzem diretamente o código de máquina.
Veja, na �gura a seguir, como são apresentadas a produção e a ação do
Lex/Yacc.
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Figura 2.2 - Produção e ação
Fonte: Niemann ([2018], p. 5).
#PraCegoVer: a imagem apresenta a utilização do Lex/Yacc. Em sua extremidade
esquerda superior, está escrita a palavra “bas.y”, que aponta para um retângulo na
mesma linha com o texto “yacc”. Também na extremidade esquerda, na parte
inferior da imagem, vem a palavra “bas.I”, alinhada verticalmente com a palavra
“bas.y”; dela, sai uma seta, apontando para um retângulo com a palavra “lex”.
Embaixo de cada um dos retângulos “yacc” e “lex”, existe uma seta vertical
apontando para baixo com a palavra “y.tab.h”, ao centro. Do retângulo “yacc”, sai
uma seta na horizontal, apontando para a palavra “y.tab.c”, que possui, em sua parte
superior, a palavra “(yyparse)”. Do retângulo “lex”, sai uma seta na horizontal,
apontando para a palavra “lex.yy.c”, que possui, em sua parte inferior, a palavra
“(yylex)”. As duas palavras apontam, com uma seta, para um retângulo, com a
palavra “CC”, que �ca na mesma linha da palavra “y.tab.h”. Do retângulo com a
palavra “CC”, sai uma seta na horizontal, que aponta para a palavra “bas.exe”, que,
por sua vez, aponta, para baixo e com uma seta, para a palavra “compiled output”.
Nessa mesma coluna, na parte superior, existe a palavra “source”, que aponta, com
uma seta, para a palavra “bas.exe”.
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O arquivo y.tab.h é criado com a compilação do arquivo Yacc. Ele informa ao
arquivo Lex todas as declarações de token válidas de�nidas no programa Yacc.
Um analisador é feito para trabalhar em conjunto com as rotinas de análise
léxica gerada pelo Lex, sintática e semântica, geradas pelo YACC, e produzir
um resultado satisfatório para a lógica utilizada pelo programador. “Embora
algumas ferramentas, como o gerador yacc, permitam indicar a prioridade e
associatividade de um operador, na realidade o usuário indica a prioridade e a
associatividade de todas as regras que usam esse símbolo” (LANGLOIS;
SANTOS, 2018, p. 85).
Fonte: Elaborada pelo
autor.
ANTLR
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ANTLR, mesmo sendo mais lenta, pois um autômato de pilha mais lento que o
processamento das gramáticas regulares, e o desempenho do compilador
gerado não é tão prejudicado. Como uma alternativa, a gramática poderá ser
dividida em dois arquivos, mas o processamento continua a ser LL(k).
Estudante, a seguir, temos a sugestão de leitura de Branco Júnior e Tamae
(2008) a respeito de etapas e fundamentos para a concepção de um
compilador. Certamente, esse artigo servirá de apoio para que você se aproprie
ainda mais do conteúdo.
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Os símbolos de terminação poderão ser agrupados com as expressões
regulares, mas a gramática utiliza o EBNF (Extended Backus-Naur Form)
combinado com a possível construção de sub-regras e/ou repetições, conforme
apresentamos na imagem a seguir.
Figura 2.3 - Regras EBNF
Fonte: Elaborada pelo autor.
#PraCegoVer: a imagem apresenta as regras EBNF, que geram os códigos. Do lado
esquerdo, existe a representação de uma folha com a borda esquerda dobrada e,
dentro dessa folha, há o seguinte escrito em forma de coluna: “a: b|c|d ;”, “b: X Y Z ;”,
“c: Z Z ;”, “d: X Z ;” — embaixo, está escrito “Regras EBNF”. Depois, vem uma seta na
horizontal, apontando para outra folha, com borda esquerda dobrada, na qual se lê,
em forma de coluna: “void a(), {, case (X), ..., }” — embaixo, está escrito “Código java
/ C++ / C#”. Sobre a seta que interliga as duas páginas, há a palavra “ANTLR”.
No ANTLR, existe também a possibilidade de utilização de um terceiro arquivo
para processamento da árvore simbólica, desde que ele seja gerado pelo
analisador sintático. Para Barbosa et al. (2021, p. 121), “O ANTLR precisa do
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arquivo de entrada com sintaxe similar ao Java, [...] Esse arquivo também é
dividido em seções, mas, ao contrário do Yacc, as divisões são parecidas com
funções Java”.
O ANTLR é considerado uma ferramenta poderosa e �exível para a análise das
principais linguagens formais, pois, nele, a gramática sendo limpa e concisa, o
código resultante normalmente é bem e�ciente e estável.
Com base nas consideraçõesa respeito desses programas, um detalhe
importante: Lex, Yacc e ANTLR, mesmo possuindo algumas diferenças em suas
con�gurações, têm a mesma função na compilação, ou seja, participam e
auxiliam no processo.
Conhecimento
Teste seus Conhecimentos
(Atividade não pontuada)
O termo inglês “Compiler Compilers” é “utilizado para referenciarmos de forma
genérica as ferramentas que auxiliam o desenvolvimento de compiladores,
que são os geradores. Sendo a construção de compiladores um processo
complexo, há diferentes geradores para cada fase do compilador”.
FEDOZZI, R. Compiladores. Londrina: Editora e Distribuidora Educacional S.A.,
2018. p. 57.
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Assinale a alternativa que correspondente à relação entre aplicativo
(ferramenta) e sua função:
a) Lex; gerador de código alvo.
b) JFlex; gerador de analisadores Java.
c) JavaCC; gerador de analisadores semânticos para o Java.
d) Yacc; gerador de analisador sintático.
e) Jasmin; ferramenta completa para produção de compiladores.
Estudante, no subtópico a seguir, você lerá sobre análise lexical. Em primeiro
momento, pensará apenas na matéria de português, mas se trata também de
um conceito da ciência da computação com vertentes semelhantes à análise
aplicada à linguística.
Análise Léxica
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A análise lexical tem como função agrupar �uxos de letras e/ou sons em
conjuntos que representam a sintaxe signi�cativa. Ela pode ser dividida em
duas etapas: a primeira, chamada de escanear, é a simples busca para remoção
de comentários e todos os espaços em branco; na segunda etapa, o analisador
lexical divide o texto em lexemas, que são palavras e/ou parte de palavras base
para expressão.
Durante a varredura, ocorre a análise léxica: sequências de caracteres
são organizadas como unidades signi�cativas denominadas marcas,
que são como as palavras em uma linguagem natural como o inglês,
por exemplo. Um sistema de varredura tem função similar à de um
sistema para soletrar (LOUDEN, 2004, p. 22).
Todas as análises léxicas sempre escrevem um parser (analisador) mais fácil
de ser manipulado, ao invés de se acumularem e/ou renomearem seus
caracteres individualmente. O parser não se preocupa com os símbolos —
apenas se preocupa com as questões de sintática —, e isso levará à e�ciência
da programação, mas não garante a e�ciência na hora da execução.
Dessa forma, as tabelas de símbolos são “banco de dados” utilizados na
compilação. Nelas, as informações são inseridas para a tabela de símbolos
com o auxílio dos analisadores léxicos e sintáticos e serão usadas no gerador
de código.
Especificação dos Tokens
Quando nos referimos a um token, na área de computação e compiladores,
queremos dizer que ele é um segmento de texto e/ou símbolo que poderá ser
manipulado por analisadores sintáticos, os quais forneceram um signi�cado ao
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texto, ou seja, é um conjunto de caracteres que possuem signi�cado coletivo a
ser utilizado no processo dos compiladores.
O token também é conhecido como componente léxico que, numa cadeia de
caracteres, possui signi�cado coerente para a linguagem de programação
utilizada. Como exemplos, podemos ter palavras-chave (if, then, else, while, int,
dentre outras) e identi�cadores, números, sinais e/ou vários caracteres (como
“=” e “+”).
Dessa forma, analisadores léxicos devem identi�car os diferentes tokens de
diferentes linguagens e sempre devolver a analisadores sintáticos códigos
correspondentes a cada token. Para que isso aconteça, é necessário algum
mecanismo que permita aos autômatos �nitos fazerem isso. Normalmente,
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para que isso aconteça, é feito com que o autômato possua vários pontos de
saída, sendo um para cada token diferente.
Reconhecimento dos Tokens
Os tokens são símbolos léxicos que serão reconhecidos por padrão e podem
ser divididos em dois grupos distintos, conforme infográ�co a seguir.
#PraCegoVer: o infográ�co estático apresenta os “Tokens simples” e “Tokens
argumentados”. Os “Tokens simples” são explicados da seguinte maneira: “não
possuem nenhum valor associado, pois a classe associada a ele já o descreve”. Os
“Exemplos” incluem “as palavras reservadas, os operadores e delimitadores de
programação como: <if>, <them> <else>, <+,>. Os “Tokens argumentados” são
explicados da seguinte maneira: “sempre possuem um valor associado e
corresponde a elementos especí�cos das linguagens de programação utilizadas
pelos programadores”. Os “Exemplos” incluem “os identi�cadores, as constantes
numéricas, como: <id,7>, <numero, 20>, <literal, Olá Alunos>”.
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Para Langlois e Santos (2018, p. 143), “essa rotina devolve zero quando chega
ao �m da sequência de entrada, de modo que os valores restantes �cam
disponíveis para a identi�cação dos tokens”. Os autores acrescentam quando
dizem que “Nesta situação, todas as sequências de entrada que produzem
tokens devolvem um número único para cada um de maneira que o loop permite
reconhecer todos os tokens” (LANGLOIS; SANTOS, 2018, p. 143).
Para as palavras reservadas pelas linguagens de programação, utiliza-se uma
técnica diferente: sempre que o token de identi�cador for detectado, deve-se
realizar uma busca na(s) tabela(s) por essa cadeia; caso ela for localizada, é
retornado ao token equivalente, e, caso contrário, é retornada ao token sua
própria identi�cação.
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Na prática, o que é utilizado são os geradores de analisadores léxicos
(poderosas ferramentas que produzem automaticamente os analisadores
léxicos), normalmente, por uma especi�cação baseada em gramáticas
regulares, expressões regulares ou autômatos �nitos.
Conhecimento
Teste seus Conhecimentos
(Atividade não pontuada)
Leia o trecho a seguir.
“A função exata do analisador léxico é reconhecer os tokens associados às
expressões regulares. Assim, por meio das expressões regulares de�nidas na
gramática, o analisador léxico poderá identi�car o par (tipo do token, lexema)”.
FEDOZZI, R. Compiladores. Londrina: Editora e Distribuidora Educacional S.A.,
2018. p. 84.
Analise as alternativas a seguir e escolha a única correta.
a) Lexema, morfema e grafema são elementos da análise sintática de
uma linguagem de programação.
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b) Lexema é um tipo de padrão, e token é o nome dado ao lexema.
c) Tipo de token é um padrão pertencente à linguagem, e o lexema é
uma instância do token.
d) Token e lexema são instâncias do mesmo objeto.
e) Token é uma produção, e lexema é a semântica.
No tópico, a seguir, veri�caremos como é realizada a análise léxica nos
programas e quais são suas utilidades no processo de compilação.
Estudante, para a implementação das análises léxicas, normalmente, utilizam-
se as tabelas de transições de autômatos �nitos e algoritmos que fazem a
Análise Léxica dos
Programas
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análise léxica para percorrer a sentença e consultar as tabelas.Outra forma que
poderá ser utilizada é a de realizar a programação diretamente no autômato;
para isso, será necessário saber o estado atual e o próximo símbolo de cada
sentença, podendo-se, assim, avançar ao próximo estado, prosseguindo-se até
terminar a sentença e/ou não ser mais possível realizar a transição de estados
(MENEZES, 2011).
No ramo da computação, a análise léxica, ou tokenização, é o
caminho para transformar um agrupamento de caracteres em um
arranjo de tokens (strings/palavras com um signi�cado designado e,
portanto, distinto). Um programa que realiza a análise léxica pode ser
conhecido como lexer, tokenizer ou scanner, apesar de o scanner ser
também um termo para a etapa inicial de um lexer (BARBOSA et al.,
2021, p. 57, grifo nosso).
O analisador léxico sempre tem a função de identi�car os tokens nas
linguagens de programação e enviá-los a analisadores sintáticos. Para que isso
possa ser realizado, uma ótima opção é utilizar autômatos �nitos: eles
permitem que tokens possuam muitos pontos para saída, o que auxilia bastante
no processo de compilação.
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Geração de Autômatos Finitos como
Reconhecedores de Analisadores Léxicos
O analisador léxico realiza a veri�cação dos programas quanto aos aspectos
léxicos. Esses aspectos sempre são de�nidos por gramáticas regulares (tipo 3)
e/ou outros mecanismos equivalentes, como expressões regulares e autômatos
�nitos.
A análise léxica, primeira fase do compilador, é responsável pela
leitura de caractere por caractere de um arquivo texto de uma
linguagem de programação e os traduz em tokens ou símbolos
léxicos, utilizando expressões regulares, que podem ser representados
por autômatos �nitos não determinísticos (AFND) (BARBOSA et al.,
2021, p. 32).
Os Autômatos Finitos Não Determinísticos (AFNDs) são compostos por um
conjunto de “S” de estados (um desses estados, s0 ∈ S), que são denominados
como estado inicial do autômato e um subconjunto “F ⊆ S”, que representa os
estados �nais e/ou os estados de aceitação. Também existe um conjunto “T”,
que indica as transições, e cada transição “t” está vinculada a um par de
estados “s1 e s2”, sendo descrito com um símbolo, que será um caractere “c” do
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alfabeto Σ, e/ou o símbolo ε, que indicará que acontecerá uma transição
épsilon, que permitirá que o estado mude sem a necessidade de utilizar
caracteres das cadeias de entrada. Uma transição de um estado “s” para um
estado “t” no símbolo “c” é descrita como “s → c t”.
Para melhor entendimento, considere a expressão regular a∗(a|b) e o AFND
apresentado na �gura a seguir.
Figura 2.4 - AFND da expressão regular a∗(a|b)
Fonte: Barbosa et al. (2021, p. 33).
#PraCegoVer: a imagem apresenta um círculo, à esquerda, com o número 2, o qual
aponta para outro círculo, abaixo, na mesma coluna, que contém o número 1 e
recebe uma seta de retorno; na seta que aponta para baixo, a letra “a”, e, na seta que
aponta para cima, a letra “Ɛ”. O círculo, com o número 1, aponta para um círculo
com outro círculo, onde, dentro, há o número 3; no centro dessa seta, está a letra “b”.
O círculo 2 também aponta para o círculo 3, e tem, em sua seta, a letra “a”. Existe
uma seta na horizontal, à direita, apontando para o círculo 1.
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Note que o AFND possui três estados: o estado 1 é o estado inicial (marcado
por uma seta apontando para ele de fora do autômato); o estado 3 é a
aceitação. Existe uma transição (seta que conecta dois estados) épsilon (Ɛ) do
estado 1 ao estado 2, transições no símbolo “a” do estado 2 aos estados 1 e 3 e
uma transição no símbolo “b” do estado 1 ao estado 3.
Referenciando-se ao AFND disponibilizado na �gura anterior (Figura 2.4), se
possuirmos uma string aab, serão geradas as sequências de transições
descritas na �gura a seguir (Figura 2.5). Ela é descrita da seguinte forma: do
estado 1 ao estado 2, épsilon (Ɛ); do estado 2 ao estado 1, a; do estado 1 ao
estado 2, épsilon (Ɛ); do estado 2 ao estado 1, a; do estado 1 ao estado 3, que é
o estado de aceitação, b.
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Figura 2.5 - Transições da string aab
Fonte: Barbosa et al. (2021, p. 33).
#PraCegoVer: a imagem apresenta 3 colunas, que possuem, da esquerda para a
direita, os seguintes cabeçalhos, “De”, na coluna 1; “Para”, na coluna 2; “Transição”,
na coluna 3. Na primeira linha, abaixo de “De”, vem o número 1; abaixo de “Para”,
vem o número 2; em “Transação”, vem o símbolo Ɛ. Na linha abaixo, vem a seguinte
sequência, abaixo de cada coluna: 2, 1, a. Abaixo, vêm 1, 2, Ɛ. Abaixo, vêm, 2, 1, a; na
última linha do total de 5 linhas, vêm 1, 3, b.
praticar
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Vamos Praticar
Os autômatos �nitos, ou máquinas de estados �nitos, são utilizados nos
processos de criação de compiladores. Eles são os primeiros modelos
computacionais que de�nem as linguagens por mecanismos de
reconhecimento e podem ser considerados testadores aplicados a cada
caractere das palavras.
Comando da atividade prática: utilizaremos o simulador “Auger”, o qual é
gratuito e simples de ser instalado. Segundo o site Evoluma (AUGER…, [2022],
on-line), ele permite:
• Criar autômatos �nitos de forma grá�ca (a partir do diagrama de
estados);
• Executar algoritmos de manipulação de autômatos �nitos;
• Testar autômatos �nitos através do recurso de simulação de
cadeias de entrada;
• Utilizar expressões regulares e gramáticas regulares para gerar
autômatos �nitos;
• Gerar expressões regulares e gramáticas regulares a partir de
autômatos �nitos;
• Gerar programas em linguagem Java para testar os autômatos
criados ou criar analisadores léxicos;
• Criar diagramas de estados e utilizá-los como imagens em outros
softwares.
Para realizar a instalação, acesse o link
http://www.evoluma.com/auger/arquivos/auger_31/Auger31.jar: o simulador
será baixado automaticamente em seu computador. Por sua vez, o manual do
programa está disponível em http://www.evoluma.com/auger/manual.html.
Após ter realizado o download, clique duas vezes no arquivo “Auger31” (a tela
apresentada na �gura a seguir será aberta).
http://www.evoluma.com/auger/arquivos/auger_31/Auger31.jar
http://www.evoluma.com/auger/manual.html
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Figura - Tela do aplicativo Auger
Fonte: Adaptado de Auger… ([2022], on-line).
#PraCegoVer: a tela apresenta um quadrado azul; na extremidade superior,
do lado esquerdo, está escrito “Auger – [sem nome]”; na linha abaixo,
temos estas palavras, alinhadas, na forma horizontal, da esquerda para
direita: Arquivo, Editar, Ferramentas, Visualizador, Algoritmos e Ajuda. Logo
abaixo, cinco ícones, alinhados da esquerda para direita: o primeiro tem
uma seta azul, inclinada para a esquerda; o próximo tem a letra “q” entre
um círculo; o seguinte apresenta uma seta inclinada para esquerda com a
letra “a” em cima; o próximo apresenta um “x”; o último, um desenho de
três esferas pequenas interligadas.
Entraremos como uma expressão regular, (a | b)*c. Clique em arquivo,
importar e expressão regular; digite a expressão; clique em importar,
conforme �gura a seguir.
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Figura - Inserção de expressão regular
Fonte: Adaptado de Auger… ([2022], on-line).
#PraCegoVer: a tela apresenta um quadrado azul, e, em sua extremidade
superior, do lado esquerdo, está escrito “Auger – [sem nome]”; logo na linha
abaixo, temos estas palavras, alinhadas de forma horizontal, da esquerda
para direita: Arquivo, Editar, Ferramentas, Visualizador, Algoritmos e Ajuda.
Logo abaixo, cinco ícones, alinhados da direita para esquerda: o primeiro
tem uma seta azul inclinada para a direita; o próximo tem a letra “q” entre
um círculo; o seguinte apresenta uma seta inclinada para a direita com a
letra “a” em cima; o próximo apresenta um “x”; o último, um desenho de
três esferas pequenas interligadas. Aparece, em Arquivo, importar e
expressão regular, o retângulo branco que abriu, com o cabeçalho escrito
“Importar expressão regular” e a opção “Importar”.
Após clicar em importar, aparecerá a imagem da �gura a seguir. Clique em
“OK”.
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Figura - Resultado da importação
Fonte: Adaptado de Auger… ([2022], on-line).
#PraCegoVer: a tela apresenta um quadrado azul, e, em sua extremidade
superior, do lado esquerdo, está escrito “Auger – [sem nome]”; logo na linha
abaixo, temos estas palavras, alinhadas de forma horizontal, da esquerda
para direita: Arquivo, Editar, Ferramentas, Visualizador, Algoritmos e Ajuda.
Logo abaixo, cinco ícones, alinhados da esquerda para direita: o primeiro
tem uma seta azul inclinada para a esquerda: o próximo tem a letra “q”
entre um círculo; o seguinte apresenta uma seta inclinada para a esquerda
com a letra “a” em cima; o próximo apresenta um “x”; o último, um desenho
de três esferas pequenas interligadas. Na tela azul, aparecem vários
circuitos com a letra “q” e um número; no meio da tela, dentro de um
retângulo, a frase “Quantidade de estados criados: 24”. Num botão abaixo,
está escrito “OK”.
Agora, você deve realizar as seguintes funções e, ao �nal, explicar o resultado.
Clique em algoritmos, eliminar e-transições e OK. Clique em algoritmos,
eliminar estados inalcançáveis e OK.
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Você receberá esta tela (�gura a seguir) como respostas:
Figura - Resultado da operação 1
Fonte: Adaptado de Auger… ([2022], on-line).
#PraCegoVer: a tela apresenta um quadrado azul, e, em sua extremidade
superior, do lado esquerdo, está escrito “Auger – [sem nome]”; logo na linha
abaixo, temos estas palavras, alinhadas de forma horizontal, da esquerda
para direita: Arquivo, Editar, Ferramentas, Visualizador, Algoritmos e Ajuda.
Logo abaixo, cinco ícones alinhados da esquerda para direita: o primeiro
tem uma seta azul inclinada para a esquerda; o próximo tem a letra “q”
entre um círculo; o seguinte apresenta uma seta inclinada para a esquerda,
com a letra “a” em cima; o próximo apresenta um “x”; o último, um desenho
de três esferas pequenas interligadas. Na tela azul, aparecem seis círculos
com letra “q” e os números de 0 (zero) a 5 com setas os interligando.
Agora, chegou a hora de você gerar o programa reconhecedor. Clique em
“Algoritmos”, “Gerar programa”, “Reconhecer” e salve com o nome teste.java
(�gura a seguir).
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Figura - Resultado da operação 2
Fonte: Adaptado de Auger… ([2022], on-line).
#PraCegoVer: a tela apresenta um quadrado azul, e, em sua extremidade
superior, do lado esquerdo, está escrito: “Auger – [sem nome]”; logo na
linha abaixo, temos estas palavras, alinhadas de forma horizontal, da
esquerda para direita: Arquivo, Editar, Ferramentas, Visualizador, Algoritmos
e Ajuda. Logo abaixo, cinco ícones alinhados da esquerda para direita: o
primeiro tem uma seta azul inclinada para a esquerda; o próximo tem a
letra “q” entre um círculo; o seguinte apresenta uma seta inclinada para a
esquerda, com a letra “a” em cima; o próximo apresenta um “x”; o último,
um desenho de três esferas pequenas interligadas. Na tela azul, aparecem
seis círculos com letra “q” e os números de 0 (zero) a 5 com setas os
interligando. A palavra “Algoritmos” está selecionada e aparecem, abaixo
dela, as seguintes opções: AFND -> AFD. Abaixo, na mesma coluna, as
palavras: Eliminar e-transações, Eliminar estados mortos, Eliminar estados
inalcançáveis, Minimizar, Gerar programa reconhecedor e Testar autômato.
Agora, edite com um editor de texto de sua preferência o arquivo teste.java e
explique o pedaço de código que foi gerado.
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...
}
      private void inicializaAutomato()
        {
                    for (int i=0; i<alfabeto.length; i++)
                                for (int j=0; j<estados.length; j++)
                                          matrizTransicao[i][j] = null;
                    matrizTransicao[0][0] = "q3";  //<q0> ::=  <q3>
                    matrizTransicao[0][1] = "q2";  //<q1> ::=  <q2>
                    matrizTransicao[0][2] = "q3";  //<q2> ::=  <q3>
                    matrizTransicao[0][4] = "q3";  //<q4> ::=  <q3>
                    matrizTransicao[1][0] = "q5";  //<q0> ::= c<q5>
                    matrizTransicao[1][2] = "q5";  //<q2> ::= c<q5>
                    matrizTransicao[1][4] = "q5";  //<q4> ::= c<q5>
                    matrizTransicao[2][0] = "q1";  //<q0> ::= a<q1>
                    matrizTransicao[2][2] = "q1";  //<q2> ::= a<q1>
                    matrizTransicao[2][4] = "q1";  //<q4> ::= a<q1>
                    matrizTransicao[3][3] = "q4";  //<q3> ::= b<q4>
        }...
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Material
Complementar
F I L M E
Ameaça virtual.
Ano: 2001.
Comentário: um gênio da informática, que abriria uma
empresa com um de seus amigos, recebe uma proposta de
trabalho na empresa de seu ídolo, Gary Winston, e, mesmo
�cando supercontente com a vaga, descobre que a empresa
possuía sérios problemas com a lei antitruste americana.
Esse �lme abre um debate essencial sobre o uso de
softwares de código aberto (softwares livres) versus
programas proprietários das grandes empresas e ainda
mostra a realidade do chamado “monopólio virtual”.
Para conhecer mais sobre o �lme, acesse o trailer:
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TRA I LER
L I V R O
Compiladores: da teoria à prática.
Autores: Pedro Reis Santos e Thibault Langlois.
Editora: LTC.
Capítulo: 2.
Ano: 2018.
ISBN: 978-85-216-3515-4.
Comentário: os autômatos �nitos são constituídos por um
conjunto de estados e por transições dirigidas e rotuladas
entre esses estados. Os rótulos são símbolos da gramática
ou ε. Um desses estados é chamado inicial, podendo ter um
ou mais estados �nais. O autômato �nito, aliás, pode ser
representado gra�camente ou por uma tabela.
Disponível em: Minha Biblioteca.
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Conclusão
Caro(a) estudante, chegamos ao �nal deste material e, nele, vimos que as linguagens
de programação têm a função de gerar instruções que se transformam em
programas para que computadores realizem o processamento. Existe uma grande
necessidadede facilitar a comunicação homem-máquina, e, por isso, programadores
sempre buscam criar programas que sejam fáceis de usar, respeitando logicamente
as funções a serem realizadas. Do ponto de vista da facilidade, compiladores têm a
função de transformar a criação dos programados (códigos-fontes) num produto, o
programa. No entanto algumas linguagens não permitem serem compiladas; dessa
forma, a escolha pela linguagem a ser utilizadas versus sua utilização é um fator
importante. Logicamente, pode-se utilizar interpretadores, mas, a depender do caso,
a compilação será fundamental.
Você percebeu que o processo de compilação necessita percorrer o texto do código-
fonte apenas uma única vez para obter a compilação. Já a interpretação necessita
percorrer várias vezes o código-fonte, ou seja, toda vez que esse for utilizado.
Mesmo existindo diferentes notações na especi�cação para as linguagens, a Forma
Normal de Backus (BNF), que é uma metalinguagem, vem sendo bastante utilizada,
devido à sua facilidade de compreensão.
Espero que você tenha se apropriado do conteúdo.
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Referênc
ias
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princípios, técnicas e
ferramentas. São Paulo:
Pearson Addison-Wesley, 2008.
(Disponível na Biblioteca
Virtual).
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mortaiters. Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=uoBQo1NWrE8.
Acesso em: 3 mar. 2022.
AUGER - ambiente para construção e simulação de autômatos �nitos. Evoluma,
[2022]. Disponível em: http://www.evoluma.com/auger/ Acesso em: 3 mar. 2022.
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http://faef.revista.inf.br/imagens_arquivos/arquivos_destaque/RHXqIjJHvJQhhCK_2
013-5-28-11-13-48.pdf. Acesso em: 3 mar. 2022.
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LANGLOIS, T.; SANTOS, P. R. Compiladores: da teoria à prática. Rio de Janeiro: LTC,
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