Semantics ของโปรแกรม

Semantics ของโปรแกรม
การบรรยาย Syntax ของโปรแกรมมักจะง่ายกว่า Semantics ของโปรแกรม Semantics ของโปรแกรม  บ่งบอกความหมายในการทำงานของนิพจน์ ประโยค หรือ โปรแกรม
ในกระบวนการคอมไพล์ในขั้นตอนของ Syntax analysis นั้น เป็นการตรวจสอบความถูกต้องของโปรแกรมตามรูปแบบของภาษาที่กำหนด  โดยอาศัย Symbol table ก่อนที่คอมไพเลอร์จะสร้าง Intermediate code จะมีการกระบวนการ Semantic analysis คือ กระบวนการค้นหาความหมายของการทำงานของโปรแกรม  เช่น
1. การตรวจสอบว่า Identifier ทุกตัวมีการประกาศไทป์ (สำหรับภาษาการโปรแกรมประเภท Static type binding)
2. การตรวจสอบ Type checking (การนำไทป์ไปใช้กับ Operator มีความถูกต้องหรือไม่)
3. การเรียก subprogram มีการกำหนดพารามิเตอร์ครบถ้วน และไทป์ถูกต้องกับการประกาศฟังก์ชั่น
4. ใน Statement มีการกำหนดค่า Label ที่ถูกต้องเช่น คำสั่ง switch นั้นใน case จะต้องเป็น Integer เท่านั้น
5. ฟังก์ชั่นที่มีการรีเทิร์นค่ากลับต้องมีคำสั่ง return ทุกฟังก์ชั่น
อย่างไรก็ตามการตรวจสอบ error ตาม semantic analysis ก็ยังไม่สามารถตรวจ error ได้ทุกอย่าง  ฉะนั้นการตรวจสอบ error บางลักษณะจะมีการตรวจสอบใน runtime (เวลารันโปรแกรม)  
เช่น subscript ของอะเรย์ต้องไม่อ้างอิงเกินขนาดของอะเรย์ (error: Array index out of bound) พอยน์เตอร์ไม่เคยถูกใช้งานในการอ้างอิงถึงแม้มีการกำหนดพอยน์เตอร์ หรือตัวแปรไม่เคยถูกใช้งาน และการประมวลผลจะต้องไม่เกิด Overflow

มีวิธีการหลายอย่างในการกำหนด Semantics ของภาษา เช่น สร้าง Attribute Grammar, Operational semantics, Denotational semantics, และ Axiomatic Semantics

ในที่นี้ขอยกตัวอย่าง Attribute Grammar ซึ่งอาจกำหนดควบคู่กระบวนการสร้าง CFG Grammar
เช่น

1. Syntax rule: <assign> → <var> =  <expr>
    Semantic rule: <expr>.expected_type ← <var>.actual_type 
แสดงความหมายการนำไทป์ของตัวแปร ให้กับ ไทป์ผลลัพธ์จากการประเมินผลนิพจน์
2. Syntax rule: <expr>→ <var> [2] +  <var> [3] 
   Semantic rule: <expr>.actual_type ← if (<var>[2].actual_type = int) and 
                                                                       (<var>[3].actual_type = int) 
                                                                  then int else real end if 
 Predicate: <expr>.actual_type == <expr>.expected_type
 แสดงความหมายไทป์ของนิพจน์ที่ประเมินผล คือไทป์ integer หากไทป์ของ <var>[2] และ <var>[3] คือ integer  และมีไทป์เป็น real ในกรณีอื่นๆ

3. Syntax rule: <expr>→ <var>
    Semantic rule: <expr>.actual_type ← <var>.actual_type 
    Predicate: <expr>.actual_type == <expr>.expected_type 
 แสดงความหมายไทป์ของ <var> ถูกกำหนดให้กับ <expr>  
4. Syntax rule: <var> → A | B | C 
    Semantic rule: <var>.actual_type ← look-up(<var>.string)
 แสดงความหมายไทป์ของตัวแปรที่ค้นได้จาก symbol table ถูกนำไปให้กับตัวแปร 

actual type ค่าไทป์ที่เกี่ยวข้องกับ nonterminal <var> และ <expr>
expected type ค่าไทป์ที่คาดว่า expression จะได้ หรือไทป์นี้เกี่ยวข้องกับ <expr>

จาก Attribute grammar จะแสดง Parse tree ได้ดังภาพ 3.6 ซึ่งกฎข้อ 1 - 4 จะนำเข้าใช้ตรวจสอบ Type checking

อีกวิธีการหนึ่งที่น่าสนใจคือ Axiomatic Semantics ศึกษาต่อในแบบฝึกหัด