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