Maxima Manual: 28. Übersetzer

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# 28. Übersetzer

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## 28.1 Einführung in den Übersetzer

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## 28.2 Funktionen und Variablen des Übersetzers

Funktion: compfile (filename, f_1, …, f_n)
Funktion: compfile (filename, functions)
Funktion: compfile (filename, all)

  Übersetzt Maxima-Funktionen nach Lisp und schreibt den übersetzten Code in die Datei filename. Mit dem Kommando `compfile(filename f_1, ..., f_n)` werden die als Argument angegebenen Funktionen f_1, …, f_n übersetzt. Die Kommandos `compfile(filename, functions)` oder `compfile(filename, all)` übersetzen dagegen alle vom Nutzer definierten Funktionen.

  Die Lisp-Übersetzungen werden nicht ausgewertet. Auch wird die Ausgabedatei nicht kompiliert. `translate` generiert und wertet Lisp-Übersetzungen aus. Die Funktion `compile_file` übersetzt Maxima nach Lisp und führt dann den Lisp-Compiler aus.

  Siehe auch die Funktionen `translate`, `translate_file` und `compile_file`.

Funktion: compile (f_1, …, f_n)
Funktion: compile (functions)
Funktion: compile (all)

  Übersetzt die Maxima-Funktionen f_1, …, f_n nach Lisp, wertet die Lisp-Übersetzungen aus und ruft den Lisp-Compiler für jede übersetzte Funktion auf. `compile` gibt eine Liste mit den Namen der kompilierten Funktionen zurück.

  `compile(all)` oder `compile(funtions)` kompiliert alle nutzerdefinierten Funktionen.

  `compile` wertet die Argumente nicht aus. Der Quote-Quote-Operator `''` erzwingt die Auswertung.

Funktion: compile_file (filename)
Funktion: compile_file (filename, compiled_filename)
Funktion: compile_file (filename, compiled_filename, lisp_filename)

  Übersetzt die Maxima-Datei filename nach Lisp, ruft den Lisp-Compiler auf und lädt falls erfolgreich den kompilierten Code in Maxima.

  `compile_file` gibt eine Liste mit den Namen von vier Dateien zurück: die ursprüngliche Maxima-Datei, die Lisp-Übersetzung, eine Datei mit Notizen zur Übersetzungen und eine Datei mit dem kompilierten Code. Schlägt die Kompilierung fehlt, ist der vierte Eintrag `false`.

  Einige Deklarationen und Definitionen sind bereits vorhanden, nachdem der Lisp-Code kompiliert ist und ohne das dieser geladen wurde. Dies schließt Funktionsdefinitionen mit dem Operator `:=`, Makros definiert mit dem Operator `::=` sowie Definitionen der folgenden Funktionen `alias`, `declare`, `define_variable`, `mode_declare`, `infix`, `matchfix`, `nofix`, `postfix`, `prefix` und `compfile` ein.

  Zuweisungen und Funktionsaufrufe werden nicht ausgwertet bevor der komplierte Code geladen wird. Im besonderen haben Zuweisungen an die Übersetzungsschalter wie `tr_numer` und andere, die in der Maxima-Datei aufgeführt sind, keinen Effekt auf die Übersetzung.

  `compile_file` kann Fehler oder Warnungen ausgegeben und `false` zurückgegeben, obwohl die Kompilierung erfolgreich ist. Dies ist ein Programmfehler

  Die Datei filename darf keine `:lisp`-Anweisungen enthalten.

  `compile_file` wertet die Argumente aus.

Funktion: declare_translated (f_1, f_2, …)

  Bei der Übersetzung einer Datei von Maxima-Code nach Lisp-Code ist es für den Übersetzer wichtig zu wissen, welche Funktionen der Datei bereits übersetzte oder kompilierte Funktionen sind und welche Funktionen Maxima-Funktionen oder undefiniert sind. Mit der Deklaration `declare_translated` am Anfang der zu übersetzenden Datei wird dem Übersetzer mitgeteilt, dass die als Argumente aufgeführten Funktionen f_1, f_2, … zur Laufzeit des Programms eine Lisp-Funktion repräsentieren. Fehlt dem Übersetzer diese Information wird das Kommando `(MFUNCTION-CALL fn arg1 arg2 ...)` generiert.

Optionsvariable: mode_checkp

  Standardwert: `true`

  Hat die Optionsvariable `mode_checkp` den Wert `true` und wird mit `mode_declare` für eine Variable, die bereits einen Wert hat, ein Typ festgelegt, dann prüft Maxima, ob der vorgesehene Typ zum vorliegenden Wert passt.

  Beispiel:

  Im folgenden hat die Variable n den Wert 2.0. Wird n mit `mode_declare` als eine ganze Zahl definiert, gibt Maxima eine Warnung aus, wenn `mode_checkp` den Wert `true` hat.

      (%i1) n: 2.0;
      (%o1)                          2.0
      (%i2) mode_checkp:true;
      (%o2)                         true
      (%i3) mode_declare(n,fixnum);
      warning: n was declared with mode fixnum, but it has value: 2.0
      (%o3)                          [n]
      (%i4) mode_checkp:false;
      (%o4)                         false
      (%i5) mode_declare(n,fixnum);
      (%o5)                          [n]

Optionsvariable: mode_check_errorp

  Standardwert: `false`

  Hat `mode_check_errorp` den Wert `true`, bricht `mode_declare` mit einer Fehlermeldung ab, wenn für eine Variable die bereits einen Wert hat, mit `mode_declare` ein verschiedener Typ deklariert werden soll. Damit diese Optionsvariable wirksam ist, muss `mode_checkp` den Wert `true` haben. Siehe `mode_checkp`.

      (%i1) n: 2.0;
      (%o1)                          2.0
      (%i2) mode_checkp:true;
      (%o2)                         true
      (%i3) mode_check_errorp:true;
      (%o3)                         true
      (%i4) mode_declare(n,fixnum);

      Error: n was declared mode fixnum, has value: 2.0
       -- an error. To debug this try: debugmode(true);

Optionsvariable: mode_check_warnp

  Standardwert: `true`

  Hat `mode_check_warnp` den Wert `true`, gibt `mode_declare` eine Warnung aus, wenn für eine Variable die bereits einen Wert hat, mit `mode_declare` ein verschiedener Typ deklariert werden soll. Damit diese Optionsvariable wirksam ist, muss `mode_checkp` den Wert `true` haben. Siehe `mode_checkp` und `mode_check_errorp`.

Funktion: mode_declare (y_1, mode_1, …, y_n, mode_n)

  `mode_declare` deklariert den Typ von Variablen und Funktionen für den Übersetzer und den Kompilierer. Typischerweise wird `mode_declare` am Anfang einer Funktion oder einer Datei mit Maxima-Code ausgeführt.

  Die Argumente werden paarweise angegeben und bezeichnen jeweils den Namen einer Variablen sowie deren Typ. Folgende Typen können die Variablen erhalten: `boolean`, `fixnum`, `number`, `rational` oder `float`. Anstatt dem Namen einer Variablen kann auch eine Liste mit den Namen von Variablen angegeben werden. In diesem Fall erhalten alle Variablen der Liste den angegebenen Typ.

  Ein Array sollte bereits bei seiner Deklaration einen Typ für die Elemente erhalten. Haben alle Elemente des Arrays einen Wert sollte das Array mit der Option `complete` deklariert werden, zum Beispiel `array(a, complete, dim1, dim2, ...)`. Sind die Elemente des Arrays ganze Zahlen oder Gleitkommazahlen sollte der Typ als `fixnum` oder `flonum` deklariert werden.

  Mit der Funktion `mode_declare` kann dann der Typ des Arrays für den Übersetzer oder Kompilierer festgelegt werden. Ein Array der Größe 10 `x` 10 mit Gleitkommazahlen erhält die Deklaration `mode_declare(completearray(a[10, 10], float)`.

  Der Typ von Funktionen wird mit dem Argument `function(f_1, f2, ...)` deklariert. Hier sind `f_1`, `f_2`, … die Funktionen. Mit `mode_declare([function (f_1, f_2, ...)], fixnum)` werden die Rückgabewerte der Funktionen `f_1`, `f_2`, … als ganze Zahlen definiert.

  `modedeclare` ist ein Alias-Name der Funktion `mode_declare`.

Funktion: mode_identity (mode, expr)

  Mit der Funktion `mode_identity` wird der Typ mode für das Ergebnis des Ausdrucks expr festgelegt. Hat das Ergebnis einen anderen Typ wird in Abhängigkeit von den Werten der Optionsvariablen `mode_checkp`, `mode_check_warnp` und `mode_check_errorp` eine Warnung ausgegeben oder das Programm abgebrochen.

  Beispiel:

      (%i1) mode_identity(flonum, sin(1.0));
      (%o1)                   .8414709848078965
      (%i2) mode_identity(integer, sin(1.0));
      warning: sin(1.0) was declared with mode fixnum
                                  , but it has value: .8414709848078965
      (%o2)                   .8414709848078965
      (%i3) mode_identity(integer, sin(a));
      warning: sin(a) was declared with mode fixnum, but it has value:
                                                                 sin(a)
      (%o3)                        sin(a)

Optionsvariable: savedef

  Standardwert: `true`

  Hat `savedef` den Wert `true`, wird die Maxima-Definition einer Funktion nicht gelöscht, wenn die Funktion übersetzt wird. Damit kann die Definition der Funktion weiterhin mit `dispfun` angzeigt werden.

  Hat `savedef` den Wert `false` wird die Maxima-Definition der Funktion gelöscht, wenn die Funktion übersetzt wird.

  Beispiele:

  `savedef` hat den Wert `true`. Die Funktion `f` kann auch nach der Übersetzung angzeigt werden und ist in der Liste `functions` enthalten.

      (%i1) savedef:true;
      (%o1)                         true
      (%i2) f(x):=x^2+sin(x);
                                      2
      (%o2)                  f(x) := x  + sin(x)
      (%i3) translate(f);
      (%o3)                          [f]
      (%i4) dispfun(f);
                                      2
      (%t4)                  f(x) := x  + sin(x)

      (%o4)                         [%t4]
      (%i5) functions;
      (%o5)                        [f(x)]

  Dasselbe für eine Funktion `g` mit dem Wert `false` für `savedef`.

      (%i6) savedef:false;
      (%o6)                         false
      (%i7) g(x):=sqrt(x)+cos(x)$

      (%i8) translate(g);
      (%o8)                          [g]
      (%i9) dispfun(g);

      fundef: no such function: g
       -- an error. To debug this try: debugmode(true);
      (%i10) functions;
      (%o10)                       [f(x)]

Optionsvariable: transcompile

  Standardwert: `true`

  Hat `transcompile` den Wert `true`, generieren die Funktionen `translate` und `translate_file` Deklarationen, die das Kompilieren des Codes verbessern.

  `compfile` setzt den Wert von `transcompile` zu `true`.

Funktion: translate (f_1, …, f_n)
Funktion: translate (functions)
Funktion: translate (all)

  Die vom Nutzer definierten Maxima-Funktionen f_1, …, f_n werden nach Lisp übersetzt. Typischerweise sind die übersetzten Funktionen schneller als die Maxima-Funktionen.

  `translate(all)` oder `translate(functions)` übersetzt alle vom Benutzer definierten Funktionen.

  Funktionen, die übersetzt werden sollen, sollten mit `mode_declare` den Typ von Variablen und Funktionen deklarieren, um effizienteren Code zu erhalten. Im Folgenden Beispiel sind x_1, x_2, … die Argumente der Funktion und v_1, v_2, … sind die lokalen Variablen.

      f (x_1, x_2, ...) := block ([v_1, v_2, ...],
          mode_declare (v_1, mode_1, v_2, mode_2, ...), ...)

  Die Namen von übersetzten Funktionen werden von der Informationsliste `functions` entfernt, wenn die Optionsvariable `savedef` den Wert `false` hat. Sie werden der Informationsliste `props` hinzugefügt.

  Funktionen sollten erst übersetzt werden, wenn sie vollständig von Fehlern befreit wurden.

  Ausdrücke werden als vereinfacht angenommen. Sind sie es nicht, wird zwar korrekter, aber nicht optimierter Code erzeugt. Daher sollte der Schalter `simp` nicht den Wert `false` haben, wodurch die Vereinfachung von Ausdrücken unterdrückt wäre.

  Hat der Schalter `translate` den Wert `true`, werden nutzerdefinierte Funktionen automatisch nach Lisp übersetzt.

  Das Laufzeitverhalten von übersetzten Funktionen kann sich von dem nicht-übersetzter Funktionen unterscheiden. Grundsätzlich sollte die Funktion `rat` nicht mit mehr als zwei Argumenten und die Funktion `ratvars` nicht genutzt werden, wenn irgendeine der Variablen eine CRE-Form mit Deklaration mit `mode_declare` aufweisen. Auch wird `prederror:false` nicht übersetzt.

  Hat die Optionsvariable `savedef` den Wert `true`, wird die Originalversion einer Funktion nicht entfernt. Siehe `savedef`. Mit dem Wert `false` für `transrun` werden, wenn noch vorhanden, die Originalversionen der übersetzten Funktion ausgeführt.

  Das Ergebnis der Funktion `translate` ist eine Liste der Namen der übersetzten Funktionen.

Funktion: translate_file (maxima_filename)
Funktion: translate_file (maxima_filename, lisp_filename)

  Übersetzt eine Datei mit Maxima-Code in eine Datei mit Lisp-Code. `translate_file` gibt eine Liste mit drei Dateien zurück, die den Namen der Maxima-Datei, den Namen der Lisp-Datei und den Namen einer Datei mit Informationen zur Übersetzung enthält. `translate_file` wertet die Argumente aus.

  Die Kommandos `translate_file("foo.mac")` und `load("foo.LISP")` haben bis auf wenige Ausnahmen dieselbe Wirkung wie `batch("foo.mac")`. Zum Beispiel funktionieren `''` und `%` unterschiedlich.

  `translate_file(maxima_filename)` übersetzt die Maxima-Datei maxima_filename in ein Lisp-Datei mit einem vergleichbaren Namen. Zum Beispiel wird die Maxima-Datei `foo.mac` zu `foo.LISP`. Der Name der Maxima-Datei kann Pfadangaben enthalten. In diesem Fall wird die Lisp-Datei in dasselbe Verzeichnis wie die Maxima-Datei geschrieben.

  `translate_file(maxima_filename, lisp_filename)` übersetzt die Maxima-Datei maxima_filename in eine Lisp-Datei mit dem Namen `lisp_filename`. `translate_file` ignoriert eine angegebene Dateiendung des Dateinamenes `lisp_filename`. Die Dateiendung ist immer `.LISP`. Der Name der Lisp-Datei kann Pfadangaben enthalten, um die Lisp-Datei in das gewünschte Verzeichnis zu schreiben.

  `translate_file` schreibt eine Ausgabedatei mit Meldungen des Übersetzers. Die Dateiendung der Ausgabedatei ist `.UNILISP`. Die Informationen dieser Datei können für die Fehlersuche genutzt werden. Die Datei wird immer in das Verzeichnis geschrieben, das die Maxima-Datei enthält.

  `translate_file` generiert Lisp-Code mit Deklarationen und Definitionen, die bereits beim Kompilieren des Codes wirksam werden. Siehe `compile_file` für mehr Informationen.

  Siehe auch die folgenden Optionsvariablen:

  `tr_array_as_ref`, `tr_bound_function_applyp`, `tr_exponent`, `tr_file_tty_messagesp`, `tr_float_can_branch_complex`, `tr_function_call_default`, `tr_numer`, `tr_optimize_max_loop`, `tr_semicompile`, `tr_state_vars`, `tr_warnings_get`, `tr_warn_bad_function_calls`, `tr_warn_fexpr`, `tr_warn_meval`, `tr_warn_mode`, `tr_warn_undeclared`, und `tr_warn_undefined_variable`.

Optionsvariable: transrun

  Standardwert: `true`

  Hat `transrun` den Wert `false`, werden die nicht-übersetzten Versionen ausgeführt, falls diese noch vorhanden sind. Siehe `savedef`.

Optionsvariable: tr_array_as_ref

  Standardwert: `true`

  Hat `translate_fast_arrays` den Wert `false`, werden Referenzen auf Arrays in Lisp-Code von der Variablen `tr_array_as_ref` kontrolliert. Hat `tr_array_as_ref` den Wert `true`, werden Array-Namen ausgewertet.

  `tr_array_as_ref` hat keinen Effekt, wenn `translate_fast_arrays` den Wert `true` hat.

Optionsvariable: tr_bound_function_applyp

  Standardwert: `true`

  Hat `tr_bound_function_applyp` den Wert `true`, gibt Maxima eine Warnung aus, wenn versucht wird, eine gebundene Variable als eine Funktion verwendet werden soll. `tr_bound_function_applyp` hat keinen Effekt auf den generierten Code.

  Zum Beispiel gibt ein Ausdruck der Form `g (f, x) := f (x+1)` eine Warnung.

Optionsvariable: tr_file_tty_messagesp

  Standardwert: `false`

  Hat `tr_file_tty_messagesp` den Wert `true`, werden Meldungen die von der Funktion `translate_file` während einer Übersetzung generiert werden auch auf der Konsole ausgegeben. Ansonsten werden Meldungen nur in die Datei `.UNILISP` geschrieben.

Optionsvariable: tr_float_can_branch_complex

  Standardwert: `true`

  Erklärt dem Übersetzer, dass die Funktionen `acos`, `asin`, `asec` und `acsc` komplexe Werte zurückgegeben können.

Optionsvariable: tr_function_call_default

  Standardwert: `general`

  `false` bedeutet, gebe auf und rufe `meval` auf, `expr` bedeutet, nehme Lisp-Argumente an. `general`, der Standardwert, gibt Code der für `MEXPRS`-Funktionen geeignet ist. Wird Maxima-Code mit dem Standardwert `general` übersetzt, ohne dass Warnmeldungen ausgegeben werden, kann davon ausgegangen werden, dass der übersetzte und komplilierte Code kompatibel mit der ursprünglichen Funktion ist.

Optionsvariable: tr_numer

  Standardwert: `false`

  Hat `tr_numer` den Wert `true`, wird die `numer`-Eigenschaft von Symbolen vom Übersetzer angewendet.

Optionsvariable: tr_optimize_max_loop

  Standardwert: 100

  `tr_optimize_max_loop` enthält die maximale Anzahl an Durchgängen, um Makros zu expandieren und den Code zu optimieren. Damit werden unendliche Schleifen des Übersetzers vermieden.

Optionsvariable: tr_semicompile

  Standardwert: `false`

  Hat `tr_semicompile` den Wert `true`, geben die Funktionen `translate_file` und `compfile` Code aus, in dem Makrofunktionen expandiert sind, der aber nicht kompliliert ist.

Systemvariable: tr_state_vars

  Standardwert:

      [transcompile, tr_semicompile, tr_warn_undeclared, tr_warn_meval,
      tr_warn_fexpr, tr_warn_mode, tr_warn_undefined_variable,
      tr_function_call_default, tr_array_as_ref,tr_numer]

  Enthält eine Liste der Schalter, die die Übersetzung kontrollieren.

Funktion: tr_warnings_get ()

  Gebe die Liste der Warnungen aus, welche bei der letzten Übersetzung erzeugt wurden.

Optionsvariable: tr_warn_bad_function_calls

  Standardwert: `true`

  Gebe Warnungen aus, wenn Funktionsaufrufe generiert werden, die möglicherweise nicht korrekt sind, aufgrund von ungeeigneten Deklarationen für die Übersetzung.

Optionsvariable: tr_warn_fexpr

  Standardwert: `compfile`

  Gebe Warnungen aus, wenn `FEXPR`-Ausdrücke im übersetzten Code auftreten.

Optionsvariable: tr_warn_meval

  Standardwert: `compfile`

  Gebe Warnungen aus, wenn die Funktion `meval` aufgerufen wird. Dies signalisiert Probleme bei der Übersetzung.

Optionsvariable: tr_warn_mode

  Standardwert: `all`

  Gebe Warnungen aus, wenn Variablen Werte zugewiesen werden, die nicht zu dem deklarierten Typ passen.

Optionsvariable: tr_warn_undeclared

  Standardwert: `compile`

  Kontrolliert, wann Warnungen über nicht-deklarierte Variablen angezeigt werden sollen.

Optionsvariable: tr_warn_undefined_variable

  Standardwert: `all`

  Gebe eine Warnung aus, wenn undefinierte globale Variablen auftreten.

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