Langages de programmation et compilation 2022-2023

Cours donné aux élèves de première année à l'École Normale Supérieure.

• Cours le vendredi de 8:30 à 10:30 en salle E. Noether (ex U ou V)
  
• TDs le jeudi ou le vendredi, de 10h45 à 12h15 en salles INFO 3 NIR avec Jérôme Boillot
  
• Évaluation : un examen + un projet

Cours

• Cours 1 (30 septembre 2022) : aperçu de la compilation / assembleur x86-64
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  • à propos du problème des N-reines :
    • le code C / le code x86-64
    • de la lecture : Henry S. Warren Hacker's Delight (à la bibliothèque)

• Cours 2 (7 octobre 2022) : syntaxe abstraite / sémantique / interprètes
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• Cours 3 (14 octobre 2022) : analyse lexicale
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  • exemple ocamllex : caml2html.mll

• Cours 4 (21 octobre 2022) : analyse syntaxique 1/2
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• Cours 5 (28 octobre 2022) : analyse syntaxique 2/2
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  • le fichier arith_expr.mll utilisé au début du cours

• pas de cours les vendredis 4 novembre (vacances Toussaint) et 11 novembre (férié)

• Cours 6 (18 novembre 2022) : typage
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• Cours 7 (25 novembre 2022) : mode de passage des paramètres
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• Cours 8 (2 décembre 2022) : compilation des langages fonctionnels
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• Cours 9 (9 décembre 2022) : compilation des langages objets
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• Cours 10 (16 décembre 2022) : compilateur optimisant, partie 1
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• Cours 11 (6 janvier 2023) : compilateur optimisant, partie 2
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• Cours 12 (13 janvier 2023) : allocation mémoire
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TD

• groupe 1 le vendredi 10h45 - 12h15
• groupe 2 le jeudi (de la semaine suivante) 10h45 - 12h15

Séances :

• TD 1 (30 sep/6 oct) : Assembleur x86-64
• TD 2 (7/13 oct) : Interprète mini-Python
• TD 3 (14/20 oct) : Construction d'automates déterministes à partir d'expressions régulières
• TD 4 (21/27 oct) : Analyse syntaxique d'un petit langage
• TD 5 (28 oct/10 nov) : Analyse descendante
• pas de TD les 3-4 novembre (vacances Toussaint) ni le 17 novembre
• TD 6 (18/24 nov) : Algorithme W
• TD 7 (25 nov/1er déc) : Aide au projet
• TD 8 (2/8 déc) : Aide au projet
• TD 9 (9/15 déc) : Production de code
• TD 10 (16 déc/5 jan) : Coloriage de graphe
• TD 11 (6/12 jan) : Aide au projet
• TD 12 (13/19 jan) : GC stop & copy

Projet

Sujet (version 4 - 22 novembre 2022)

Important : Le projet contient une partie optionnelle. La partie non optionnelle est notée sur 16.

Quelques tests sont fournis (les télécharger : tests-18-nov.tgz). Ce script shell peut être utilisé pour automatiser les tests, avec la syntaxe ./test -n binaire-compilo où n vaut 1 (tests parseur), 2 (tests typage) ou 3 (tests production de code). Ajouter b (c'est-à-dire 1b, 2b ou 3b pour tester également la partie optionnelle du projet.)

Un module OCaml est fourni pour construire du code x86-64 : x86_64.ml / x86_64.mli / documentation / télécharger. Libre à vous de le compléter si besoin. (Si vous choisissez de faire votre projet en Rust, il existe un module similaire write_x86_64 écrit par Samuel Vivien, que je remercie.)

Le projet est à rendre en deux fois :

• partie 1 (analyse syntaxique et typage uniquement) pour le dimanche 11 décembre 18:00 ;
• partie 2 (projet complet, avec production de code) pour le dimanche 15 janvier 18:00.

Il est fortement conseillé de procéder construction par construction que ce soit pour le typage ou pour la production de code, dans cet ordre : affichage, arithmétique, variables, instructions (if, while, for), fonctions, fonctions imbriquées.

Le rapport rendu avec le projet doit notamment aider à la compréhension du code du projet.

Il n'y a pas de soutenance de projet.

Examen

Les notes de cours manuscrites ou reprographiées sont les seuls documents autorisés.

Archives : janvier 2023 (corrigé) / janvier 2022 (corrigé) / janvier 2021 (corrigé) / janvier 2020 (corrigé) / janvier 2019 (corrigé) / janvier 2018 (corrigé) / janvier 2017 (corrigé) / janvier 2016 (corrigé) / janvier 2015 (corrigé) / janvier 2014 (corrigé) / janvier 2013 (corrigé) / janvier 2012 (corrigé) / janvier 2011 (corrigé) / janvier 2010 (corrigé) / janvier 2009 (corrigé)

Liens / Bibliographie

Outils

• Assembleur x86-64
  • des ressources (en anglais) sur cette page d'Andrew Tolmach et en particulier ces notes
  • le fascicule x86-64 Machine-Level Programming de Bryant et O'Hallaron (en anglais)
  • le debugger Nemiver fonctionne sur du code x86-64 (exécution pas à pas, visualisation des registres, etc.)
  • le site godbolt.org permet de comparer facilement le code assembleur produit par de nombreux compilateurs

• OCaml :
  • vous trouverez de nombreuses ressources sur ocaml.org
  • pour travailler à l'ENS ou sur vos machines, voici quelques suggestions d'environnement de travail OCaml
  • un petit polycopié de mise à niveau OCaml (et une version à l'italienne pour économiser du papier en cas d'impression)

• Menhir, un outil d'analyse syntaxique (manuel)
  On peut l'installer avec opam.

• pour les débutants : une brève introduction au terminal GNU/Linux et une brève documentation des commandes les plus utiles

Cartes de référence

• OCaml : langage / bibliothèque / outils
• Emacs : général / mode Tuareg pour OCaml

Ouvrages en rapport avec le cours

• Alfred V. Aho, Monica S. Lam, Ravi Sethi et Jeffrey D. Ullman Modern Compilers: Principles, Techniques, and Tools.
  Dit « le dragon ». Traduit en français (Compilateurs : principes, techniques et outils).
• Benjamin C. Pierce Types and Programming Languages
• Randal E. Bryant et David R. O'Hallaron Computer Systems: A Programmer's Perspective

For foreign students not yet fluent in French

• A tiny French-English dictionary
• a rough correspondence between the lectures and chapters from the books above (which are in English):

  	Lecture	Chapters
  2	Assembly	Bryant & O'Hallaron 3
  3	Semantics	Pierce 3-4-5
  4	Typing	Pierce 8-9-10 et 22
  5	Lexical analysis	Dragon 3
  6-7	Syntactic analysis	Dragon 4
  11	Memory allocation	Bryant & O'Hallaron 9