homework: rework interpreter and improve description of semantic analysis (B06)

Author: cagix

homework/sheet06.md

@@ -19,57 +19,71 @@ für eine Eingabe eines Programms mit S-Expressions den entsprechenden AST erzeu
 Korrigieren Sie die Codebasis von Blatt 04, falls notwendig. Ergänzen Sie sodann
 einen Tree-Walking-Interpreter und eine REPL für die Lisp-artige Sprache.
 
-Es ist empfehlenswert, den Interpreter dreistufig zu realisieren:
-
-1.  Einlesen aus einer Datei mit Lisp-Code und Parsen der Inhalte
-2.  Aufbauen der Symboltabelle und Durchführung der semantischen Analyse
-3.  Ablaufen des Parse-Tree/AST und Auswerten der Ausdrücke (Interpretation)
+Es ist empfehlenswert, den Interpreter mehrstufig zu realisieren:
+
+1.  Einlesen von Lisp-Code, Parsen der Inhalte und Erzeugen des AST
+2.  Ablaufen des AST und dabei
+    -   Durchführung der semantischen Analyse
+    -   Auswerten der Ausdrücke (Interpretation)
+
+*Hinweis*: Wir wollen eine *REPL* ("Read-Eval-Print"-Loop) realisieren und in einer
+Schleife Lisp-Code von der Konsole einlesen, parsen und interpretieren und das
+Ergebnis wieder ausgeben. Sie erzeugen also für jede Eingabe immer wieder neu einen
+AST. Wenn wir die semantische Analyse als eigenen Pass zwischen Parsing und
+Interpretation realisieren würden, müssten wir immer sämtlichen bisher verarbeiteten
+Code mitführen, allerdings nur die gültigen Eingaben. Da dies recht komplex werden
+kann, realisieren wir auf diesem Blatt die semantische Analyse "*on-the-fly*" auf
+den Environments im Interpreter.
 
 # Sprachdefinition
 
 Siehe [Blatt 04](sheet04.md).
 
 # Aufgaben
 
-## A6.1: Semantische Analyse (2P)
-
-1.  Erstellen Sie zunächst einige Programme in der Zielsprache. Diese sollten von
-    einfachsten Ausdrücken bis hin zu komplexeren Programmen reichen. Definieren Sie
-    beispielsweise eine Funktion, die rekursiv die Länge einer Liste berechnet.
+## A6.1: AST und Syntactic Sugar (1P)
 
-    Definieren Sie neben gültigen Programmen auch solche, die in der semantischen
-    Analyse zurückgewiesen werden sollten. Welche Fehlerkategorien könnte es hier
-    geben?
-
-2.  Führen Sie die semantische Analyse durch: Sind alle Symbole bekannt, passen die
-    Scopes?
+Lösen Sie die als "*syntactic sugar*" bezeichneten Ausdrücke auf und transformieren
+Sie den AST entsprechend: `(+ 1 2 3 4)` soll zu `(+ (+ (+ 1 2) 3) 4)` umgeformt
+werden. Analog für die anderen Operatoren der Sprache (Vergleiche, Arithmetik).
 
-## A6.2: Tree-Walking-Interpreter (3P)
+## A6.2: Tree-Walking-Interpreter (4P)
 
 Bauen Sie einen Tree-Walking-Interpreter in Ihr Projekt ein.
 
 Realisieren Sie die eingebauten Funktionen `print` und `str` dabei als *native*
-Funktionen. Realisieren Sie `list`, `nth`, `head` und `tail` sowie `def`, `let`,
-`defn`, `do` und die Operatoren und die Kontrollstrukturen geeignet.
-
-Lösen Sie die als "*syntactic sugar*" bezeichneten Ausdrücke auf und transformieren
-Sie den AST entsprechend: `(+ 1 2 3 4)` soll zu `(+ (+ (+ 1 2) 3) 4)` umgeformt
-werden. Analog für die anderen Operatoren der Sprache (Vergleiche, Arithmetik).
+Funktionen.
 
-Achten Sie auf die Datentypen. Die Typen von Variablen etc. sind erst zur Laufzeit
-bekannt und müssen dann passen.
+Realisieren Sie `list`, `nth`, `head` und `tail` sowie `def`, `let`, `defn`, `do`
+und die Operatoren und die Kontrollstrukturen geeignet.
 
-Lesen Sie den zu interpretierenden Code aus einer Datei ein.
+Lesen Sie den zu interpretierenden Code aus einer Text-Datei ein.
 
 Testen Sie Ihren Interpreter mit Ihren Beispielprogrammen.
 
-## A6.3: Interaktiver Interpreter (3P)
+## A6.3: Semantische Analyse (3P)
+
+Führen Sie die semantische Analyse während der Interpretation durch:
+
+-   Symbole dürfen im selben Scope nicht mehrfach definiert werden
+-   Referenzierte Symbole müssen sich über den aktuellen Scope (oder dessen
+    Eltern-Scopes) auflösen lassen
+-   Bei Funktionsaufrufen muss das als Funktionsname verwendete Symbol tatsächlich
+    eine Funktion sein
+-   Achten Sie auf die Datentypen der Operanden beim Ausführen der Operatoren
+
+## A6.4: Interaktiver Interpreter (1P)
 
 Bauen Sie eine *REPL* ein, d.h. geben Sie nach dem Start des Interpreters einen
-Prompt aus und verarbeiten Sie die Eingaben interaktiv. Wie müssen Sie hier mit der
-Symboltabelle umgehen?
+Prompt aus und verarbeiten Sie die Eingaben interaktiv.
+
+Erlauben Sie das Einlesen eines Lisp-Programms aus einer Text-Datei beim Start des
+Interpreters. Dabei soll zunächst der eingelesene Code interpretiert werden und
+damit die Environments vorbelegt werden. Danach soll der Interpreter in die REPL
+gehen, d.h. der in der Konsole eingegebene Code wird dann im Kontext des vorher
+eingelesenen Programms interpretiert.
 
-## A6.4: Auswirkungen der Grammatik auf den Interpreter (2P)
+## A6.5: Auswirkungen der Grammatik auf den Interpreter (1P)
 
 Vergleichen Sie ihre eigene Grammatik mit den folgenden beiden Grammatiken: