Estrutura de Dados 1 - Interpretador de Assembly Simplificado em Java

112 Faculdade de Computação e Informática Ciência da Computação Estrutura de Dados I 3ª etapa 20242 Professores André Kishimoto Charles Boulhosa Rodamilans Ivan Carlos Alcântara de Oliveira Leonardo Massayuki Takuno Atividade Apl2 Interpretador de linguagem Assembly simplificada No campo da Ciência da Computação as linguagens de programação podem ser classificadas em duas categorias principais linguagens compiladas e linguagens interpretadas Linguagens compiladas como C e C são traduzidas inteiramente em código de máquina antes da execução O compilador realiza essa tradução gerando um arquivo executável Uma vez compilado o programa pode ser executado diretamente pela máquina sem a necessidade de um interpretador Isso geralmente resulta em programas mais rápidos mas uma desvantagem é que o código precisa ser recompilado a cada alteração Por outro lado linguagens interpretadas como Python e JavaScript são executadas por um programa especial chamado interpretador Em vez de traduzir o código inteiro para código de máquina de uma vez o interpretador lê o códigofonte linha por linha e executa as instruções diretamente Essa abordagem permite uma maior flexibilidade já que o código pode ser alterado e testado sem a necessidade de recompilação mas tem a desvantagem de que os programas podem ser mais lentos Nesta atividade você implementará um REPL ReadEvaluatePrintLoop que aceita entradas via teclado e que também é um editor e interpretador de uma versão simplificada de Assembly 212 Desenvolvimento do programa O programa Java a ser desenvolvido na atividade deve implementar um REPL ReadEvaluatePrint Loop que aceita entradas via teclado e que avalia e valida as entradas de acordo com os requisitos descritos a seguir REPL Comandos válidos case insensitive Comando Descrição LOAD ARQUIVOED1 Carrega o arquivo indicado em ARQUIVOED1 cujo conteúdo deve ser um código escrito na linguagem Assembly simplificada que é descrita neste documento Cada linha do arquivo deve ser mapeada para um nó de uma lista encadeada O programa deve verificar se já existe um arquivo aberto e caso existam modificações não salvas na memória deve solicitar a confirmação se a pessoa deseja salvar as alterações em arquivo antes de abrir outro O programa deve exibir uma mensagem de notificação tais como arquivo carregado com sucesso erro ao carregar o arquivo operação cancelada LIST Exibe em tela o conteúdo completo do códigofonte existente na memória de 20 em 20 linhas RUN Ativa o interpretador que executa o códigofonte carregado na memória Caso não exista código na memória o programa deve exibir uma mensagem de notificação INS LINHA INSTRUÇÃO Insere uma nova linha de código na posição correta da lista sendo que LINHA não pode ser negativa as linhas que antecedem as instruções Assembly indicam a ordem de execução do código Caso a LINHA já exista na lista seu conteúdo deve ser atualizado com a nova instrução O programa deve exibir uma mensagem de notificação por exemplo linha inserida ou linha atualizada DEL LINHA Remove a LINHA de código da lista caso exista e exibe uma mensagem de notificação linha removida Caso a LINHA não exista o programa deve exibir uma mensagem de notificação linha inexistente 312 Comando Descrição DEL LINHAI LINHAF Remove as linhas de código da lista no intervalo LINHAI e LINHAF inclusive e exibe uma mensagem de notificação indicando quais linhas e instruções foram removidas O programa deve validar o intervalo inicial e final e exibir uma mensagem de notificação caso os intervalos sejam inválidos SAVE Salva o códigofonte da memória para o arquivo atualmente aberto O programa deve exibir uma mensagem de notificação por exemplo arquivo salvo com sucesso ou erro ao salvar o arquivo SAVE ARQUIVOED1 Salva o códigofonte da memória no arquivo especificado em ARQUIVOED1 Caso o arquivo já exista o programa deve perguntar se a pessoa deseja sobrescrever o arquivo existente O programa deve exibir uma mensagem de notificação por exemplo arquivo salvo com sucesso erro ao salvar o arquivo arquivo não salvo EXIT Encerra o programa Caso existam modificações não salvas na lista o programa deve solicitar confirmação se a pessoa deseja salvar as alterações em arquivo antes de encerrar o programa Observações importantes para a implementação do programa 1 O uso de uma lista encadeada conforme estudada e implementada em aula é um requisito do programa 2 A equipe desenvolvedora do programa ficou encarregada de definir os critérios de validação das entradas inseridas pela pessoa usuária do programa além das indicadas neste documento 3 Para cada comando realizado o programa deve exibir uma mensagem adequada A equipe deve definir as mensagens seguindo as especificações e critério de validação do programa 4 Ao exibir o códigofonte em tela o número da linha de cada instrução correspondente também deve ser exibido 5 Os tipos de dados criados para representar um nó da lista e uma lista encadeada devem estar em seus próprios arquivos java e o código contendo o método main também deve estar localizado em seu próprio arquivo java Dessa forma o projeto deve ter no mínimo 3 arquivos java 412 A linguagem Assembly simplificada A linguagem Assembly simplificada desta atividade suporta as seguintes instruções Instrução Descrição mov x y Copia o valor y para o registrador x inc x Incrementa o valor armazenado no registrador x em 1 dec x Decrementa o valor armazenado no registrador x em 1 add x y Adiciona o valor de y ao registrador x armazenando o resultado em x sub x y Subtrai o valor de y do registrador x armazenando o resultado em x mul x y Multiplica o valor de x pelo valor de y armazenando o resultado em x div x y Divide o valor de x pelo valor de y armazenando o resultado em x jnz x y Se o valor no registrador x for diferente de zero o interpretador pula para a linha de número y desde que a linha seja válida out x Exibe o valor do registrador x em tela e pula uma linha Regras da linguagem Considerando a tabela de instruções da linguagem desta atividade x representa um registrador que é uma variável identificada por uma única letra do alfabeto A Z Ou seja a linguagem assume que existem 26 registradores disponíveis na memória y pode ser tanto um valor constante número inteiro positivo ou negativo quanto o conteúdo de outro registrador Um registrador só pode ser usado como leitura caso algum valor já tenha sido atribuído a ele Isto é um registrador só pode aparecer nas instruções inc dec add sub mul div jnz out e no lugar de y na instrução mov se ele já teve algum valor atribuído com a instrução mov apareceu no lugar de x na instrução mov A linguagem é case insensitive ou seja MOV e mov são considerados a mesma instrução Antes de cada instrução deve ser especificado um número de linha similar ao estilo das linguagens antigas como o BASIC sendo que não podem existir duas ou mais instruções iniciando com o mesmo número de linha A instrução jnz faz um salto condicional para o número de linha especificado em y caso o registrador indicado por x não contenha o valor zero O códigofonte nesta linguagem deve ser salva com extensão ed1 512 Exemplo de código válido 10 mov a 5 20 mov b 7 30 add a b 40 inc a 50 dec b 60 jnz b 30 70 mov c a 80 sub c 2 90 out c O código acima exibe em tela o número 38 Explicação Linha Instrução Descrição 10 mov a 5 O valor 5 é copiado no registrador A 20 mov b 7 O valor 7 é copiado no registrador B 30 add a b O valor de B 7 é adicionado a A 5 fazendo com que o valor de A agora seja 12 40 inc a O registrador A é incrementado passando de 12 para 13 50 dec b O registrador B é decrementado passando de 7 para 6 60 jnz b 30 A instrução jnz verifica o valor de B Como B é diferente de zero o programa volta para a linha 30 O ciclo entre as linhas 30 e 60 continua até que B seja decrementado a zero Quando B for zero o programa segue para a linha 70 70 mov c a O valor final de A 40 é copiado para o registrador C 80 sub c 2 O valor 2 é subtraído do registrador C fazendo com o que o valor de C agora seja 38 90 out c O valor do registrador C 38 é exibido em tela Exemplo de código inválido 10 mov a 5 10 mov b 3 20 mov b x 30 add c 10 40 inc 10 50 jnz a linha20 60 mul a b c 70 jnz a 90 80 out 9999 612 Explicação dos problemas encontrados no exemplo de código inválido Linha Instrução Descrição 10 mov a 5 Essa instrução está correta 10 mov b 3 Observe que a instrução começa com a linha 10 que já foi definida na instrução anterior 20 mov b x O registrador X é inválido porque ainda não possui valor definido e portanto não pode ser usado como leitura 30 add c 10 O registrador C é inválido porque ainda não possui valor definido e portanto não pode ser usado como leitura 40 inc 10 A instrução inc só pode ser aplicada a registradores 50 jnz a linha20 O segundo argumento de jnz deve ser um número de linha para o qual o código deve saltar Neste caso linha20 não é um número e nem um registrador válido 60 mul a b c A instrução mul aceita apenas dois argumentos 70 jnz a 90 A linha 90 não existe no código portanto o salto condicional é inválido 80 out 9999 A instrução out só pode ser aplicada a registradores Para instruções inválidas o interpretador deve mostrar uma mensagem de erro coerente Arquivo ed1 de teste A equipe desenvolvedora do programa deve criar seus próprios arquivos ed1 de teste com a finalidade de Demonstrar o uso correto de todas as instruções da linguagem Assembly simplificada Demonstrar todos os cenários em que as instruções do Assembly simplificado são usadas de maneira incorreta A quantidade de arquivos ed1 de teste fica a critério da equipe sendo que os exemplos apresentados neste documento não podem ser usados ipsis litteris 712 Exemplo de execução do programa Observação Conteúdo com texto azul representa o que foi digitado pela pessoa usuária do programa TESTE Erro comando inválido LOAD c mp este1ed1 Arquivo c mp este1ed1 carregado com sucesso LIST 10 mov a 5 20 mov b 2 30 inc a 40 dec b 50 jnz b 30 60 mov x a 70 sub x 2 80 out x RUN 5 INS 71 out a Linha inserida 71 out a LIST 10 mov a 5 20 mov b 2 30 inc a 40 dec b 50 jnz b 30 60 mov x a 70 sub x 2 71 out a 80 out x RUN 7 5 DEL 1 Erro linha 1 inexistente DEL 71 Linha removida 71 out a INS 5 mov j 30 Linha inserida 5 mov j 30 INS 50 jnz b j Linha 50 jnz b 30 Atualizada para 50 jnz b j 812 LIST 5 mov j 30 10 mov a 5 20 mov b 2 30 inc a 40 dec b 50 jnz b j 60 mov x a 70 sub x 2 80 out x RUN 5 DEL 25 50 Linhas removidas 30 inc a 40 dec b 50 jnz b j LIST 5 mov j 30 10 mov a 5 20 mov b 2 60 mov x a 70 sub x 2 80 out x DEL 60 10 Erro intervalo inválido de linhas INS 10 out x Erro linha 10 inválida SAVE Arquivo c mp este1ed1 salvo com sucesso LOAD dfacul 2024 rabalhos esteed1 Erro ao abrir o arquivo dfacul 2024 rabalhos esteed1 LIST 5 mov j 30 10 mov a 5 20 mov b 2 60 mov x a 70 sub x 2 80 out x SAVE Arquivo c mp este1ed1 salvo com sucesso DEL 5 Linha removida 5 mov j 30 LOAD c mp este1ed1 Arquivo atual c mp este1ed1 contém alterações não salvas Deseja salvar SN S Arquivo c mp este1ed1 salvo com sucesso 912 Arquivo c mp este1ed1 carregado com sucesso LIST 10 mov a 5 20 mov b 2 60 mov x a 70 sub x 2 80 out x RUN 3 DEL 20 Linha removida 20 mov b 2 DEL 60 Linha removida 60 mov x a RUN Erro registrador X inválido Linha 70 sub x 2 Erro registrador X inválido Linha 80 out x EXIT Arquivo atual c mp este1ed1 contém alterações não salvas Deseja salvar SN N Fim 1012 Desenvolvimento Grupo A atividade deve ser realizada em grupo de no mínimo 2 pessoas e no máximo 4 pessoas A solução deve ser implementada em linguagem Java seguindo as especificações apresentadas neste documento Fica proibido o uso de estruturas de dados fornecidas pela linguagem Java restrição inclui uso de Stack Map Hashtable Vector LinkedList etc Projetos que usarem tais estruturas serão desconsiderados zerados Inclua a identificação do grupo nome completo e RA de cada integrante no início de cada arquivo de código como comentário Inclua todas as referências livros artigos sites vídeos entre outros consultadas para solucionar a atividade como comentário no arquivo java que contém a main Caso ChatGPT e similares seja usado incluir como comentário no arquivo java que contém a main os links de compartilhamento das interações com o serviço Entrega Compacte o códigofonte somente arquivos java no formato zip No mesmo arquivo zip inclua os arquivos ed1 de teste que o grupo criou para testar e validar a implementação do programa Atenção O arquivo zip não deve conter arquivos intermediários eou pastas geradas pelo compiladorIDE ex arquivos class etc Prazo de entrega via link do Moodle até 19112024 2359 1112 Critérios de avaliação A nota da atividade é calculada de acordo com os critérios da tabela a seguir Item avaliado Pontuação máxima Implementação do nó da lista e da lista encadeada até 0 5 ponto Comando LOAD ARQUIVOED1 até 05 ponto Comando LIST até 05 ponto Comando RUN incluindo execução interpretação do código Assembly até 25 pontos Comando INS LINHA INSTRUÇÃO até 05 ponto Comando DEL LINHA até 05 ponto Comando DEL LINHAI LINHAF até 05 ponto Comando SAVE até 05 ponto Comando SAVE ARQUIVOED1 até 05 ponto Comando EXIT até 05 ponto Validação das entradas da pessoa usuária do programa e arquivos ed1 de teste até 10 ponto Explicação sobre a solução do problema apresentação eou questionário em horário de aula a definir até 20 pontos Tabela 1 Critérios de avaliação A tabela a seguir contém critérios de avaliação que podem reduzir a nota final da atividade Item indesejável Redução de nota O projeto é cópia de outro projeto Projeto é zerado O projeto usa estruturas de dados fornecidas pela linguagem Java Projeto é zerado Há erros de compilação eou o programa trava durante a execução1 10 ponto Não há identificação do grupo no códigofonte Não há indicação de referências no códigofonte Arquivos enviados em formatos incorretos Arquivos eou pastas intermediárias que são criadas no processo de compilação foram enviadas junto com o códigofonte 10 ponto Tabela 2 Critérios de avaliação redução de nota 1 Sobre erros de compilação considere apenas erros Não há problema se o projeto tiver warnings embora warnings podem avisar sobre possíveis travamentos em tempo de execução como loop infinito divisão por zero etc 1212 O códigofonte será compilado com o compilador javac 2102 na plataforma Windows da seguinte forma javac java encoding utf8 O código compilado será executado com java 2102 na plataforma Windows da seguinte forma java Classe Sendo que Classe deve ser substituído pelo nome da classe que contém o método public static void mainString args Algumas dicas Exemplo de método que transforma todo o conteúdo de um arquivo texto em uma única string Exemplo de código que divide uma string str em várias strings lines a partir da quebra de linhas