MIF 1.5 (PO23): Concepts of Programming Languages (Winter 2024/25)

Kursbeschreibung

Der Compiler ist das wichtigste Werkzeug in der Informatik. In der Königsdisziplin der Informatik schließt sich der Kreis, hier kommen die unterschiedlichen Algorithmen und Datenstrukturen und Programmiersprachenkonzepte zur Anwendung.

In diesem Modul geht es um ein fortgeschrittenes Verständnis für interessante Konzepte im Compilerbau sowie um grundlegende Konzepte von Programmiersprachen und -paradigmen. Wir schauen uns dazu relevante aktuelle Tools und Frameworks an und setzen diese bei der Erstellung eines Bytecode-Compilers für unterschiedliche Programmiersprachen für die Java-VM oder WASM ein.

Überblick Modulinhalte

  1. Lexikalische Analyse: Scanner/Lexer
    • Reguläre Sprachen
    • Klassisches Vorgehen: RegExp nach NFA (Thompson's Construction), NFA nach DFA (Subset Construction), DFA nach Minimal DFA (Hopcroft's Algorithm)
    • Manuelle Implementierung, Generierung mit ANTLR oder Flex
  2. Syntaxanalyse: Parser
    • Kontextfreie Grammatiken (CFG), Chomsky
    • LL-Parser (Top-Down-Parser)
      • FIRST, FOLLOW
      • Tabellenbasierte Verfahren, rekursiver Abstieg
      • LL(1), LL(k), LL(*)
      • Umgang mit Vorrang-Regeln, Assoziativität und linksrekursiven Grammatiken
    • LR-Parser (Bottom-Up-Parser)
      • Shift-Reduce
      • LR(0), SLR(1), LR(1), LALR
    • Generierung mit ANTLR oder Bison
  3. Semantische Analyse und Optimierungen
    • Symboltabellen
      • Namen und Scopes
      • Typen, Klassen, Polymorphie
    • Attributierte Grammatiken: L-attributed vs. R-attributed grammars
    • Typen, Typ-Inferenz, Type Checking
    • Datenfluss- und Kontrollfluss-Analyse
    • Optimierungen: Peephole u.a.
  4. Zwischencode: Intermediate Representation (IR), LLVM-IR
  5. Interpreter
    • AST-Traversierung
    • Read-Eval-Schleife
    • Resolver: Beschleunigung der Interpretation
  6. Code-Generierung, Bytecode/VM
    • Speicherlayout
    • Erzeugen von Bytecode
    • Ausführen in einer Virtuellen Maschine
    • Garbage Collection
  7. Programmiersprachen: Ruby, Prolog, Haskell, Lisp und die Auswirkungen der Konzepte auf den Compiler/Interpreter und die Laufzeitumgebung

Team

Kursformat

Vorlesung (2 SWS) Praktikum (3 SWS)
Di, 14:00 - 15:30 Uhr (online) Di, 15:45 - 18:00 Uhr (online)
(Carsten: Flipped Classroom, BC: Vorlesung)

Online-Sitzungen per Zoom (Zugangsdaten siehe ILIAS). Sie können hierzu den Raum J101 (siehe Stundenplan) nutzen.

Fahrplan

News

Info zum ANTLR-Meeting mit Edmonton am Di, 29.10.

Am Dienstag, den 29.10., treffen wir uns wie angekündigt um 18 Uhr zum ersten Meeting mit den Studis und Kollegen von der University of Alberta (Edmonton, Kanada). Dazu nutzen wir unseren Zoom (vgl. ILIAS).

Bitte fügt eurem im Zoom angezeigten Namen ein " (DE)" hinten an.

Beispiel: Euer angezeigter Name wäre normalerweise Vorname Nachname. Für die Sitzung am Dienstag hängt ihr bitte ein "(DE)" hinten dran und habt entsprechend den Anzeigenamen Vorname Nachname (DE).

Wir freuen uns auf eine spannende Einführung in ANTLR und ein lustiges Meeting!

Sitzung am 19.11. fängt erst um 15:30 Uhr an

Mein Beitrag zur #DLK24 wurde akzeptiert. Da mein Vortrag mitten zu unserer Vorlesungzeit eingeplant wurde, müssen wir in CPL etwas später beginnen. Wir starten mit unserer Interpreter-Sitzung am 19.11. um 15:30 Uhr.

Hier finden Sie einen abonnierbaren Google Kalender mit allen Terminen der Veranstaltung zum Einbinden in Ihre Kalender-App.

Abgabe der Übungsblätter jeweils Dienstag bis 14:00 Uhr im ILIAS. Vorstellung der Lösung im jeweiligen Praktikum in der Abgabewoche.

Monat Tag Vorlesung Lead Praktikum
Oktober 08. Orga (Zoom); Überblick, Sprachen, Anwendungen Carsten, BC
15. Reguläre Sprachen, CFG, LL-Parser BC Verteilung Themen
22. LR-Parser BC Status Workshop I
29. Workshop I: Sprache und Features (auf Sprachebene)
29. 18:00 - 19:30 Uhr (online): Edmonton I: ANTLR + Live-Coding Edmonton
November 05. Attributierte Grammatiken BC Status Workshop II
12. Überblick Symboltabellen, Symboltabellen: Scopes, Symboltabellen: Funktionen, Symboltabellen: Klassen Carsten Status Workshop II
19. Start 15:30 Uhr: Syntaxgesteuerte Interpreter, AST-basierte Interpreter 1, AST-basierte Interpreter 2 Carsten Status Workshop II
26. 18:00 - 19:30 Uhr (online): Edmonton II: Vorträge Mindener Projekte: Workshop II: Sprache und Features (aus Compiler-Sicht) Minden (MIF)
Dezember 03. Optimierung und Datenfluss- und Kontrollflussanalyse BC
Dezember 03. 18:00 - 19:30 Uhr (online): Edmonton III: Vorträge Edmontoner Projekte Edmonton
10. Projekt-Pitch: Vorstellen und Diskussion der Projektinhalte/-konzepte Carsten
17. Freies Arbeiten Status Workshop III
24. Weihnachtspause
31. Weihnachtspause
Januar 07. Freies Arbeiten Status Workshop III
14. Freies Arbeiten Status Workshop III
21. Workshop III: Projektvorstellung/-übergabe
(Prüfungsphasen) Keine separate Prüfung

Prüfungsform, Note und Credits

Parcoursprüfung plus Testat, 10 ECTS (PO23)

  • Testat: Vergabe der Credit-Points

    1. Aktive Teilnahme an mind. 5 der 7 "Status Workshop"-Termine, und
    2. aktive Teilnahme an allen 3 Edmonton-Terminen.

  • Gesamtnote:

    Die Workshops werden bewertet und ergeben in folgender Gewichtung die Gesamtnote:

Die Bearbeitung der Aufgaben (Workshops) erfolgt in 2er Teams.

Materialien

  1. "Compilers: Principles, Techniques, and Tools". Aho, A. V. und Lam, M. S. und Sethi, R. und Ullman, J. D. and Bansal, S., Pearson India, 2023. ISBN 978-9-3570-5488-1. Online über die O'Reilly-Lernplattform.
  2. "Crafting Interpreters". Nystrom, R., Genever Benning, 2021. ISBN 978-0-9905829-3-9. Online.
  3. "Engineering a Compiler". Torczon, L. und Cooper, K., Morgan Kaufmann, 2012. ISBN 978-0-1208-8478-0. Online über die O'Reilly-Lernplattform.
  4. "Introduction to Compilers and Language Design". Thain, D., 2023. ISBN 979-8-655-18026-0. Online.
  5. "Writing a C Compiler". Sandler, N., No Starch Press, 2024. ISBN 978-1-0981-8222-9. Online über die O'Reilly-Lernplattform.
  6. "Seven Languages in Seven Weeks". Tate, B.A., Pragmatic Bookshelf, 2010. ISBN 978-1-93435-659-3. Online über die O'Reilly-Lernplattform.

Förderungen und Kooperationen

Kooperation mit University of Alberta, Edmonton (Kanada)

Über das Projekt "We CAN virtuOWL" der Fachhochschule Bielefeld ist im Frühjahr 2021 eine Kooperation mit der University of Alberta (Edmonton/Alberta, Kanada) im Modul "Compilerbau" gestartet.

Wir freuen uns, auch in diesem Semester wieder drei gemeinsame Sitzungen für beide Hochschulen anbieten zu können. (Diese Termine werden in englischer Sprache durchgeführt.)