🔧 Mini-Compilador em Python

Um compilador completo implementado em Python para fins educacionais

Características • Instalação • Uso • Arquitetura • Exemplos • Equipe

📚 Sobre o Projeto

Este é um mini-compilador acadêmico desenvolvido para a disciplina de Compiladores. O projeto implementa todas as fases clássicas de um compilador, desde a análise léxica até a geração de código assembly, seguindo a arquitetura pipeline moderna.

👥 Equipe

Este projeto foi desenvolvido por:

Lucas Farias (@Kl4uz)
José Lucas (@lalisalix)
Ester Arraiz (@esterarraiz)
Laura Barbosa (@tinywin)
Henrique Noronha (@henrique-noronha)

🎯 Objetivos

✅ Implementar um analisador léxico (tokenização)
✅ Construir um analisador sintático (parser)
✅ Gerar uma Árvore Sintática Abstrata (AST)
✅ Realizar análise semântica (tipos e escopos)
✅ Gerar código intermediário (TAC - Three-Address Code)
✅ Aplicar otimizações (constant folding, dead code elimination)
✅ Gerar código assembly final
✅ Simular ambientes de execução (runtime stack)

🌟 Características

✨ Funcionalidades Principais

Recurso	Status	Descrição
Análise Léxica	✅	Tokenização com suporte a funções, operadores e palavras-chave
Análise Sintática	✅	Parser completo com detecção de erros
AST	✅	Construção de árvore sintática abstrata
Análise Semântica	✅	Verificação de tipos e escopos
Tabela de Símbolos	✅	Gerenciamento de escopos aninhados
Código Intermediário	✅	Geração de TAC (Three-Address Code)
Otimização	✅	Constant folding, dead code elimination, peephole
Geração de Assembly	✅	Código assembly otimizado
Runtime Stack	✅	Simulação de pilha de ativação
Funções	✅	Suporte completo a funções com parâmetros

📋 Linguagem Suportada

// Exemplo de código suportado
int soma(int a, int b) {
    int resultado = a + b;
    return resultado;
}

int main() {
    int x = 10;
    int y = 20;
    int total = soma(x, y);
    print(total);
    
    if (total > 25) {
        print(1);
    } else {
        print(0);
    }
    
    return 0;
}

Suporte a:

✅ Tipos: int
✅ Variáveis locais e globais
✅ Funções com parâmetros e retorno
✅ Expressões aritméticas: +, -, *, /
✅ Operadores relacionais: <, >, ==, !=, <=, >=
✅ Estruturas de controle: if/else, while
✅ Impressão: print()

🚀 Instalação

Pré-requisitos

Python 3.8+
pip (gerenciador de pacotes Python)

Passo a Passo

Clone o repositório

git clone https://github.com/Kl4uz/compilador-python.git
cd compilador-python

Crie um ambiente virtual (recomendado)

# Linux/Mac
python3 -m venv venv
source venv/bin/activate

# Windows
python -m venv venv
venv\Scripts\activate

Instale as dependências

pip install -r requirements.txt

Verifique a instalação

python run.py --version

💻 Uso

🎯 Modos de Execução

O compilador oferece 3 modos de uso diferentes:

1️⃣ Modo Expressão (Compilar diretamente da linha de comando)

Compile código diretamente no terminal usando a flag -e:

python run.py -e "x = 5 + 3; print(x);"

Exemplo com saída:

$ python run.py -e "int x = 10 + 5;"

🔍 [1/7] Análise Léxica...
   ✓ 7 tokens gerados
🌳 [2/7] Análise Sintática...
   ✓ Árvore de parsing construída
🎯 [3/7] Construção da AST...
   ✓ AST gerada
🔬 [4/7] Análise Semântica...
   ✓ Análise semântica concluída
⚙️  [5/7] Geração de Código Intermediário...
   ✓ 2 instruções TAC geradas
⚡ [6/7] Otimização...
   ✓ Otimizado: 2 → 1 instruções
🎯 [7/7] Geração de Assembly...
   ✓ 3 instruções assembly geradas

✅ Compilação bem-sucedida!

2️⃣ Modo Arquivo (Compilar de arquivo)

Compile um arquivo de código usando a flag -f:

python run.py -f examples/hello_world.txt

Exemplo:

$ python run.py -f examples/functions.txt

📄 Compilando arquivo: examples/functions.txt

🔍 [1/7] Análise Léxica...
   ✓ 45 tokens gerados
🌳 [2/7] Análise Sintática...
   ✓ Árvore de parsing construída
...
✅ Compilação bem-sucedida!

3️⃣ Modo Interativo (REPL)

Execute sem argumentos para entrar no modo interativo:

python run.py

╔════════════════════════════════════════════╗
║     MINI-COMPILADOR PYTHON v1.0           ║
║     Modo Interativo (REPL)                ║
╚════════════════════════════════════════════╝

Digite seu código (ou 'exit' para sair):
>>> int x = 10;
✓ Compilado com sucesso!

>>> print(x);
✓ Compilado com sucesso!
>>> OUTPUT: 10

>>> exit
Até logo! 👋

🎛️ Flags e Opções

Flags Principais

Flag	Descrição	Exemplo
`-e, --expr`	Compila expressão inline	`python run.py -e "x = 5;"`
`-f, --file`	Compila arquivo	`python run.py -f code.txt`
`-v, --verbose`	Modo verboso (detalhado)	`python run.py -f code.txt -v`
`-q, --quiet`	Modo silencioso	`python run.py -f code.txt -q`
`-o, --output`	Salva assembly em arquivo	`python run.py -f code.txt -o out.asm`
`--no-optimize`	Desativa otimizações	`python run.py -e "x=2*3;" --no-optimize`
`--show-tokens`	Mostra tokens gerados	`python run.py -e "x=5;" --show-tokens`
`--show-ast`	Mostra AST gerada	`python run.py -e "x=5;" --show-ast`
`--show-ir`	Mostra código intermediário	`python run.py -e "x=5;" --show-ir`
`--version`	Mostra versão	`python run.py --version`
`--help`	Mostra ajuda	`python run.py --help`

Exemplos de Uso Avançado

📊 Modo Verbose (Detalhado)

Mostra todos os passos da compilação:

python run.py -f examples/hello_world.txt -v

Saída:

============================================================
📄 CÓDIGO FONTE
============================================================
int main() {
    int x = 10;
    print(x);
    return 0;
}

============================================================
🔍 FASE 1: ANÁLISE LÉXICA
============================================================
Token 1: INT (type: keyword)
Token 2: MAIN (type: identifier)
Token 3: LPAREN (type: delimiter)
...

============================================================
🌳 FASE 2: ÁRVORE SINTÁTICA
============================================================
program
├── function_def (main)
│   └── block
│       ├── declaration (x)
│       ├── print_stmt
│       └── return_stmt
...

🤫 Modo Quiet (Silencioso)

Mostra apenas erros (útil para CI/CD):

python run.py -f examples/hello_world.txt -q

Saída apenas se houver erro:

❌ ERRO na linha 5: Variável 'y' não declarada

💾 Salvar Assembly em Arquivo

python run.py -f examples/functions.txt -o output.asm

Gera arquivo output.asm:

; Código gerado pelo Mini-Compilador v1.0
; Data: 2025-11-28 14:30:00

LOAD R1, 10
STORE x, R1
LOAD R1, x
PRINT R1
HALT

🔍 Visualizar Fases Intermediárias

Ver apenas os tokens:

python run.py -e "x = 5 + 3;" --show-tokens

Ver apenas a AST:

python run.py -e "x = 5 + 3;" --show-ast

Ver apenas o código intermediário (TAC):

python run.py -e "x = 5 + 3;" --show-ir

Ver tudo:

python run.py -e "x = 5 + 3;" --show-tokens --show-ast --show-ir -v

⚙️ Comparar Com/Sem Otimização

Sem otimização:

python run.py -e "x = 2 * 3;" --no-optimize --show-ir

TAC Gerado:
t1 = 2 * 3
x = t1

Com otimização (padrão):

python run.py -e "x = 2 * 3;" --show-ir

TAC Otimizado:
x = 6

🏗️ Arquitetura

Pipeline do Compilador

┌─────────────────┐
│  Código Fonte   │
└────────┬────────┘
         │
         ▼
┌─────────────────┐
│ 1. Léxico       │ ─────► Tokens
│    (lexer.py)   │
└────────┬────────┘
         │
         ▼
┌─────────────────┐
│ 2. Sintático    │ ─────► Parse Tree
│    (parser.py)  │
└────────┬────────┘
         │
         ▼
┌─────────────────┐
│ 3. AST Builder  │ ─────► AST
│ (ast_builder.py)│
└────────┬────────┘
         │
         ▼
┌─────────────────┐
│ 4. Semântico    │ ─────► AST Anotada
│  (semantic.py)  │        + Tabela Símbolos
└────────┬────────┘
         │
         ▼
┌─────────────────┐
│ 5. Gerador IR   │ ─────► TAC
│(ir_generator.py)│
└────────┬────────┘
         │
         ▼
┌─────────────────┐
│ 6. Otimizador   │ ─────► TAC Otimizado
│ (optimizer.py)  │
└────────┬────────┘
         │
         ▼
┌─────────────────┐
│ 7. Gerador Asm  │ ─────► Assembly
│  (codegen.py)   │
└────────┬────────┘
         │
         ▼
┌─────────────────┐
│  Assembly Final │
└─────────────────┘

📁 Estrutura de Diretórios

compilador-python/
├── README.md                    # Este arquivo
├── requirements.txt             # Dependências Python
├── .gitignore                  # Arquivos ignorados
│
├── src/                        # 📂 Código fonte
│   ├── __init__.py
│   ├── main.py                 # 🎯 Ponto de entrada (CLI)
│   ├── compiler.py             # 🔧 Pipeline principal
│   ├── lexer.py                # 📝 Analisador léxico
│   ├── parser.py               # 🌳 Analisador sintático
│   ├── ast_builder.py          # 🎯 Construtor de AST
│   ├── semantic.py             # 🔬 Análise semântica
│   ├── symbol_table.py         # 📊 Tabela de símbolos
│   ├── ir_generator.py         # ⚙️  Gerador de código intermediário
│   ├── optimizer.py            # ⚡ Otimizador
│   ├── codegen.py              # 🎯 Gerador de assembly
│   ├── runtime.py              # 🏃 Runtime stack simulation
│   └── interpreter.py          # 🎮 Interpretador TAC
│
├── tests/                      # 🧪 Testes
│   ├── test_lexer.py
│   ├── test_parser.py
│   ├── test_semantic.py
│   ├── test_ir.py
│   ├── test_optimizer.py
│   ├── test_codegen.py
│   └── test_pipeline.py        # Teste de integração
│
├── examples/                   # 📚 Exemplos de código
│   ├── hello_world.txt         # Exemplo básico
│   ├── functions.txt           # Funções
│   ├── control_flow.txt        # If/While
│   └── optimization.txt        # Demonstração de otimizações
│
└── docs/                       # 📖 Documentação
    ├── grammar.md              # Gramática da linguagem
    ├── pipeline.md             # Arquitetura do pipeline
    └── ETAPA7_AMBIENTES_EXECUCAO.md

📖 Exemplos

Exemplo 1: Hello World

Arquivo: examples/hello_world.txt

int main() {
    int x = 42;
    print(x);
    return 0;
}

Execução:

python run.py -f examples/hello_world.txt

Assembly Gerado:

LOAD R1, 42
STORE x, R1
LOAD R1, x
PRINT R1
HALT

Exemplo 2: Função com Parâmetros

Arquivo: examples/functions.txt

int soma(int a, int b) {
    return a + b;
}

int main() {
    int resultado = soma(10, 20);
    print(resultado);
    return 0;
}

Execução:

python run.py -f examples/functions.txt -v

TAC Gerado:

FUNCTION soma
PARAM a
PARAM b
t1 = a + b
RETURN t1
END_FUNCTION

FUNCTION main
t2 = CALL soma, 10, 20
resultado = t2
PRINT resultado
RETURN 0
END_FUNCTION

Exemplo 3: Otimização (Constant Folding)

Código:

int main() {
    int x = 2 * 3 + 5;
    print(x);
    return 0;
}

Sem otimização:

python run.py -f examples/optimization.txt --no-optimize --show-ir

TAC:
t1 = 2 * 3
t2 = t1 + 5
x = t2
PRINT x

Com otimização (padrão):

python run.py -f examples/optimization.txt --show-ir

TAC Otimizado:
x = 11
PRINT x

Exemplo 4: Estruturas de Controle

Arquivo: examples/control_flow.txt

int main() {
    int x = 10;
    
    if (x > 5) {
        print(1);
    } else {
        print(0);
    }
    
    int i = 0;
    while (i < 3) {
        print(i);
        i = i + 1;
    }
    
    return 0;
}

Execução:

python run.py -f examples/control_flow.txt

Saída:

>>> OUTPUT: 1
>>> OUTPUT: 0
>>> OUTPUT: 1
>>> OUTPUT: 2

🧪 Testes

Executar Todos os Testes

pytest tests/ -v

Executar Testes Específicos

# Testar apenas o lexer
pytest tests/test_lexer.py -v

# Testar apenas o pipeline completo
pytest tests/test_pipeline.py -v

Cobertura de Testes

pytest tests/ --cov=src --cov-report=html

Abre o relatório: open htmlcov/index.html

🐛 Tratamento de Erros

O compilador detecta e reporta diversos tipos de erros:

Erros Léxicos

$ python run.py -e "int x = @;"

❌ ERRO LÉXICO (linha 1, coluna 9):
   Caractere inválido: '@'

Erros Sintáticos

$ python run.py -e "int x = 5"

❌ ERRO SINTÁTICO (linha 1):
   Esperado ';' após declaração

Erros Semânticos

$ python run.py -e "x = y + 5;"

❌ ERRO SEMÂNTICO (linha 1):
   Variável 'y' não declarada

$ python run.py -e "int x = 5; x = 10 + 20 + 30;"

❌ ERRO SEMÂNTICO (linha 1):
   Variável 'x' já declarada neste escopo

🎓 Documentação Acadêmica

Gramática da Linguagem

Veja a gramática completa em: docs/grammar.md

Resumo:

<program>    ::= <stmt_list>
<stmt_list>  ::= <stmt> | <stmt> <stmt_list>
<stmt>       ::= <assign_stmt> | <if_stmt> | <while_stmt> | <print_stmt>
<expr>       ::= <term> (('+' | '-') <term>)*
<term>       ::= <factor> (('*' | '/') <factor>)*
<factor>     ::= <number> | <id> | '(' <expr> ')'

Arquitetura do Pipeline

Documentação detalhada: docs/pipeline.md

Ambientes de Execução (Etapa 7)

Detalhes sobre runtime stack: docs/ETAPA7_AMBIENTES_EXECUCAO.md

📝 Licença

Este projeto está sob a licença MIT. Veja o arquivo LICENSE para mais detalhes.

🔗 Links Úteis

📚 Referências

Aho, A. V., Lam, M. S., Sethi, R., & Ullman, J. D. (2006). Compilers: Principles, Techniques, and Tools (2nd ed.). Pearson.
Cooper, K. D., & Torczon, L. (2011). Engineering a Compiler (2nd ed.). Morgan Kaufmann.
Appel, A. W. (2004). Modern Compiler Implementation in Java (2nd ed.). Cambridge University Press.

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Desenvolvido com ❤️ para a disciplina de Compiladores

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Name		Name	Last commit message	Last commit date
Latest commit History 29 Commits
compiler		compiler
demos		demos
docs		docs
src		src
tests		tests
.gitignore		.gitignore
LICENSE		LICENSE
README.md		README.md
main.py		main.py
requirements.txt		requirements.txt
run.py		run.py
test_final.py		test_final.py

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1️⃣ Modo Expressão (Compilar diretamente da linha de comando)

2️⃣ Modo Arquivo (Compilar de arquivo)

3️⃣ Modo Interativo (REPL)

🎛️ Flags e Opções

Flags Principais

Exemplos de Uso Avançado

📊 Modo Verbose (Detalhado)

🤫 Modo Quiet (Silencioso)

💾 Salvar Assembly em Arquivo

🔍 Visualizar Fases Intermediárias

⚙️ Comparar Com/Sem Otimização

🏗️ Arquitetura

Pipeline do Compilador

📁 Estrutura de Diretórios

📖 Exemplos

Exemplo 1: Hello World

Exemplo 2: Função com Parâmetros

Exemplo 3: Otimização (Constant Folding)

Exemplo 4: Estruturas de Controle

🧪 Testes

Executar Todos os Testes

Executar Testes Específicos

Cobertura de Testes

🐛 Tratamento de Erros

Erros Léxicos

Erros Sintáticos

Erros Semânticos

🎓 Documentação Acadêmica

Gramática da Linguagem

Arquitetura do Pipeline

Ambientes de Execução (Etapa 7)

📝 Licença

🔗 Links Úteis

📚 Referências

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