Merge branch 'typedAST' of https://gitea.hb.dhbw-stuttgart.de/MisterChaos69/MiniJavaCompiler into bytecode

Test/JavaSources/TestConstructorOverload.java

@@ -0,0 +1,13 @@
+public class TestConstructorOverload {
+
+    TestConstructorOverload() {
+    }
+
+    TestConstructorOverload(int a) {
+    }
+
+    public void test() {
+        int a = 3;
+        TestConstructorOverload test = new TestConstructorOverload(a);
+    }
+}

Test/JavaSources/TestMethodOverload.java

@@ -0,0 +1,14 @@
+public class TestMethodOverload {
+
+    public void MethodOverload() {
+    }
+
+    public void MethodOverload(int a) {
+    }
+
+    public void test() {
+        int a = 3;
+        MethodOverload(a);
+    }
+    
+}

Test/JavaSources/TestSingleton.java

@@ -0,0 +1,15 @@
+public class TestSingleton {
+
+    TestSingleton instance;
+
+    TestSingleton() {
+    }
+
+    public TestSingleton getInstance() {
+        if (instance == null) {
+            instance = new TestSingleton();
+        }
+        return instance;
+    }
+
+}

doc/typecheck.md

@@ -1,10 +1,11 @@
-# Typcheck (Fabian Noll)
+
+# Typecheck (Fabian Noll)
 
 ## Überblick und Struktur
 
 Die Typprüfung beginnt mit der Funktion `typeCheckCompilationUnit`, die eine Kompilationseinheit als Eingabe erhält. Diese Kompilationseinheit besteht aus einer Liste von Klassen. Jede Klasse wird einzeln durch die Funktion `typeCheckClass` überprüft. Innerhalb dieser Funktion wird eine Symboltabelle erstellt, die den Namen der Klasse als Typ und `this` als Identifier enthält. Diese Symboltabelle wird verwendet, um Typinformationen nach dem Lokalitätsprinzip während der Typprüfung zugänglich zu machen und zu verwalten.
 
-Die Typprüfung einer Klasse umfasst die Überprüfung aller Methoden und Felder. Die Methode `typeCheckMethodDeclaration` ist für die Typprüfung einzelner Methodendeklarationen verantwortlich. Sie überprüft den Rückgabetyp der Methode, die Parameter und den Methodenrumpf. Der Methodenrumpf wird durch rekursive Aufrufe von `typeCheckStatement` überprüft, die verschiedene Arten von Anweisungen wie If-Anweisungen, While-Schleifen, Rückgabeanweisungen und Blockanweisungen behandelt.
+Die Typprüfung einer Klasse umfasst die Überprüfung aller Konstruktoren, Methoden und Felder. Die Methode `typeCheckConstructorDeclaration` ist für die Typprüfung einzelner Konstruktordeklarationen verantwortlich, während `typeCheckMethodDeclaration` für die Typprüfung einzelner Methodendeklarationen zuständig ist. Beide Funktionen überprüfen die Parameter und den Rumpf der jeweiligen Konstruktoren bzw. Methoden. Der Rumpf wird durch rekursive Aufrufe von `typeCheckStatement` überprüft, die verschiedene Arten von Anweisungen wie If-Anweisungen, While-Schleifen, Rückgabeanweisungen und Blockanweisungen behandelt.
 
 ## Ablauf und Symboltabellen
 
@@ -15,6 +16,9 @@ Eine zentrale Komponente des Typecheckers ist die Symboltabelle (symtab), die In
 - **Klassenkontext**:
   Beim Typcheck einer Klasse wird eine initiale Symboltabelle erstellt, die die `this`-Referenz enthält. Dies geschieht in der Funktion `typeCheckClass`.
 
+- **Konstruktorkontext**:
+  Innerhalb eines Konstruktors wird die Symboltabelle um die Parameter des Konstruktors erweitert. Dies geschieht in `typeCheckConstructorDeclaration`. Der Rückgabetyp eines Konstruktors ist implizit `void`, was überprüft wird, um sicherzustellen, dass kein Wert zurückgegeben wird.
+
 - **Methodenkontext**:
   Innerhalb einer Methode wird die Symboltabelle um die Parameter der Methode erweitert sowie den Rückgabetyp der Methode, um die einzelnen Returns dagegen zu prüfen. Dies geschieht in `typeCheckMethodDeclaration`.
 
@@ -30,7 +34,7 @@ Bei der Typprüfung von Referenzen (`typeCheckExpression` für Reference) wird z
 Ein zentraler Aspekt des Typecheckers ist die Fehlerbehandlung. Bei Typinkonsistenzen oder ungültigen Operationen werden aussagekräftige Fehlermeldungen generiert. Beispiele für solche Fehlermeldungen sind:
 
 - **Typinkonsistenzen**:
-  Wenn der Rückgabetyp einer Methode nicht mit dem deklarierten Rückgabetyp übereinstimmt. Oder aber auch die Anzahl der Parameter nicht übereinstimmt.
+  Wenn der Rückgabetyp einer Methode nicht mit dem deklarierten Rückgabetyp übereinstimmt oder die Anzahl der Parameter nicht übereinstimmt.
 
 - **Ungültige Operationen**:
   Wenn eine arithmetische Operation auf inkompatiblen Typen durchgeführt wird.
@@ -53,3 +57,23 @@ Die Typprüfung eines Blocks erfolgt in `typeCheckStatement` für Block. Jede An
 ### Rückgabeanweisungen
 
 Die Typprüfung einer Rückgabeanweisung (`typeCheckStatement` für Return) überprüft, ob der Rückgabewert der Anweisung mit dem deklarierten Rückgabetyp der Methode übereinstimmt. Dafür wurde zu Beginn der Methodentypprüfung der Rückgabetyp der Methode in die Symboltabelle eingetragen. Wenn der Rückgabewert `null` ist, wird überprüft, ob der deklarierte Rückgabetyp ein Objekttyp ist. Dies stellt sicher, dass Methoden immer den korrekten Typ zurückgeben. Generell wird bei der Prüfung nach dem UpperBound geschaut und ebenfalls wird nachgeschaut, ob, wenn der Rückgabetyp `Object` ist, der Return-Wert auch eine tatsächlich existierende Klasse ist, indem in die Klassentabelle geschaut wird.
+
+### Konstruktorüberladung und -prüfung
+
+Die Typprüfung unterstützt Konstruktorüberladung. Bei der Typprüfung von Konstruktoraufrufen (`typeCheckStatementExpression` für `ConstructorCall`) wird überprüft, ob es mehrere Konstruktoren mit derselben Anzahl von Parametern gibt. Falls mehrere passende Konstruktoren gefunden werden, wird ein Fehler gemeldet.
+
+- **Parameterabgleich**:
+  Die Parameter eines Konstruktors werden gegen die Argumente des Aufrufs abgeglichen. Dies umfasst die Prüfung der Typen und, falls es sich um `null` handelt, die Überprüfung, ob der Parameter ein Objekttyp ist.
+
+- **Fehlerbehandlung**:
+  Wenn kein passender Konstruktor gefunden wird, wird eine detaillierte Fehlermeldung generiert, die die erwarteten Signaturen und die tatsächlichen Argumenttypen anzeigt. Wenn mehrere passende Konstruktoren gefunden werden, wird ebenfalls ein Fehler gemeldet.
+
+### Methodenüberladung und -prüfung
+
+Die Typprüfung unterstützt auch Methodenüberladung. Bei der Typprüfung von Methodenaufrufen (`typeCheckStatementExpression` für `MethodCall`) wird überprüft, ob es mehrere Methoden mit demselben Namen, aber unterschiedlichen Parametertypen gibt.
+
+- **Parameterabgleich**:
+  Die Parameter einer Methode werden gegen die Argumente des Aufrufs abgeglichen. Dies umfasst die Prüfung der Typen und, falls es sich um `null` handelt, die Überprüfung, ob der Parameter ein Objekttyp ist.
+
+- **Fehlerbehandlung**:
+  Wenn keine passende Methode gefunden wird, wird eine detaillierte Fehlermeldung generiert, die die erwarteten Signaturen und die tatsächlichen Argumenttypen anzeigt. Wenn mehrere passende Methoden gefunden werden, wird ebenfalls ein Fehler gemeldet.

src/Typecheck.hs

@@ -3,18 +3,35 @@ import Data.List (find)
 import Data.Maybe
 import Ast
 
+
 typeCheckCompilationUnit :: CompilationUnit -> CompilationUnit
 typeCheckCompilationUnit classes = map (`typeCheckClass` classes) classes
 
 typeCheckClass :: Class -> [Class] -> Class
-typeCheckClass (Class className methods fields) classes =
+typeCheckClass (Class className constructors methods fields) classes =
     let
         -- Fields and methods dont need to be added to the symtab because they are looked upon automatically under "this" 
         -- if its not a declared local variable. Also shadowing wouldnt be possible then.
         initalSymTab = [("this", className)]
+        checkedConstructors = map (\constructor -> typeCheckConstructorDeclaration constructor initalSymTab classes) constructors
         checkedMethods = map (\method -> typeCheckMethodDeclaration method initalSymTab classes) methods
         checkedFields = map (\field -> typeCheckVariableDeclaration field initalSymTab classes) fields
-    in Class className checkedMethods checkedFields
+    in Class className checkedConstructors checkedMethods checkedFields
+
+typeCheckConstructorDeclaration :: ConstructorDeclaration -> [(Identifier, DataType)] -> [Class] -> ConstructorDeclaration
+typeCheckConstructorDeclaration (ConstructorDeclaration name params body) symtab classes =
+    let
+        constructorParams = [(identifier, dataType) | ParameterDeclaration dataType identifier <- params]
+        initialSymtab = symtab ++ constructorParams
+        className = fromMaybe (error "Constructor Declaration: 'this' not found in symtab") (lookup "this" symtab)
+        checkedBody = typeCheckStatement body initialSymtab classes
+        bodyType = getTypeFromStmt checkedBody
+    in if name == className
+       then if bodyType == "void"
+            then ConstructorDeclaration name params checkedBody
+            else error $ "Constructor Declaration: Return type mismatch in constructor " ++ name ++ ": expected void, found " ++ bodyType
+       else error $ "Constructor Declaration: Constructor name " ++ name ++ " does not match class name " ++ className
+
 
 typeCheckMethodDeclaration :: MethodDeclaration -> [(Identifier, DataType)] -> [Class] -> MethodDeclaration
 typeCheckMethodDeclaration (MethodDeclaration retType name params body) symtab classes =
@@ -63,9 +80,9 @@ typeCheckExpression (Reference id) symtab classes =
     Nothing ->
       case lookup "this" symtab of
         Just className ->
-          let classDetails = find (\(Class name _ _) -> name == className) classes
+          let classDetails = find (\(Class name _ _ _) -> name == className) classes
           in case classDetails of
-            Just (Class _ _ fields) ->
+            Just (Class _ _ _ fields) ->
               let fieldTypes = [dt | VariableDeclaration dt fieldId _ <- fields, fieldId == id]
               -- this case only happens when its a field of its own class so the implicit this will be converted to explicit this
               in case fieldTypes of
@@ -139,70 +156,70 @@ typeCheckStatementExpression (Assignment ref expr) symtab classes =
 
 
 typeCheckStatementExpression (ConstructorCall className args) symtab classes =
-  case find (\(Class name _ _) -> name == className) classes of
+  case find (\(Class name _ _ _) -> name == className) classes of
     Nothing -> error $ "Class '" ++ className ++ "' not found."
-    Just (Class _ methods _) ->
-      -- Find constructor matching the class name with void return type
-      case find (\(MethodDeclaration _ name params _) -> name == "<init>") methods of
-        -- If no constructor is found, assume standard constructor with no parameters
-        Nothing ->
-          if null args then
-            TypedStatementExpression className (ConstructorCall className args)
-          else
-            error $ "No valid constructor found for class '" ++ className ++ "', but arguments were provided."
-        Just (MethodDeclaration _ _ params _) ->
-          let args' = zipWith
-                  (\arg (ParameterDeclaration paramType _) ->
+    Just (Class _ constructors _ _) ->
+      let
+        matchParams (ParameterDeclaration paramType _) arg =
           let argTyped = typeCheckExpression arg symtab classes
-                    in if getTypeFromExpr argTyped == "null" && isObjectType paramType
-                      then TypedExpression paramType NullLiteral
-                      else argTyped
-                  ) args params
-              expectedTypes = [dataType | ParameterDeclaration dataType _ <- params]
-              argTypes = map getTypeFromExpr args'
-              typeMatches = zipWith
-                  (\expType argType -> (expType == argType || (argType == "null" && isObjectType expType), expType, argType))
-                  expectedTypes argTypes
-              mismatches = filter (not . fst3) typeMatches
-              fst3 (a, _, _) = a
-          in
-            if null mismatches && length args == length params then
-              TypedStatementExpression className (ConstructorCall className args')
-            else if not (null mismatches) then
-              error $ unlines $ ("Type mismatch in constructor arguments for class '" ++ className ++ "':")
-                  : [ "Expected: " ++ expType ++ ", Found: " ++ argType | (_, expType, argType) <- mismatches ]
-            else
-              error $ "Incorrect number of arguments for constructor of class '" ++ className ++ "'. Expected " ++ show (length expectedTypes) ++ ", found " ++ show (length args) ++ "."
+              argType = getTypeFromExpr argTyped
+          in if argType == "null" && isObjectType paramType
+             then Just (TypedExpression paramType NullLiteral)
+             else if argType == paramType
+             then Just argTyped
+             else Nothing
+
+        matchConstructor (ConstructorDeclaration name params _) =
+          let matchedArgs = sequence $ zipWith matchParams params args
+          in fmap (\checkedArgs -> (params, checkedArgs)) matchedArgs
+
+        validConstructors = filter (\(params, _) -> length params == length args) $ mapMaybe matchConstructor constructors
+
+        expectedSignatures = [ map (\(ParameterDeclaration t _) -> t) params | ConstructorDeclaration _ params _ <- constructors ]
+        actualSignature = map (\arg -> getTypeFromExpr (typeCheckExpression arg symtab classes)) args
+        mismatchDetails = "Constructor not found for class '" ++ className ++ "' with given arguments.\n" ++
+                          "Expected signatures:\n" ++  show expectedSignatures ++
+                          "\nActual arguments:" ++ show actualSignature
+
+      in case validConstructors of
+           [(_, checkedArgs)] ->
+             TypedStatementExpression className (ConstructorCall className checkedArgs)
+           [] -> error mismatchDetails
+           _  -> error $ "Multiple matching constructors found for class '" ++ className ++ "' with given arguments."
 
 typeCheckStatementExpression (MethodCall expr methodName args) symtab classes =
     let objExprTyped = typeCheckExpression expr symtab classes
     in case objExprTyped of
         TypedExpression objType _ ->
-            case find (\(Class className _ _) -> className == objType) classes of
-                Just (Class _ methods _) ->
-                    case find (\(MethodDeclaration retType name params _) -> name == methodName) methods of
-                        Just (MethodDeclaration retType _ params _) ->
-                            let args' = zipWith
-                                    (\arg (ParameterDeclaration paramType _) ->
+            case find (\(Class className _ _ _) -> className == objType) classes of
+                Just (Class _ _ methods _) ->
+                    let matchParams (ParameterDeclaration paramType _) arg =
                             let argTyped = typeCheckExpression arg symtab classes
-                                        in if getTypeFromExpr argTyped == "null" && isObjectType paramType
-                                            then TypedExpression paramType NullLiteral
-                                            else argTyped
-                                    ) args params
-                                expectedTypes = [dataType | ParameterDeclaration dataType _ <- params]
-                                argTypes = map getTypeFromExpr args'
-                                typeMatches = zipWith
-                                    (\expType argType -> (expType == argType || (argType == "null" && isObjectType expType), expType, argType))
-                                    expectedTypes argTypes
-                                mismatches = filter (not . fst3) typeMatches
-                                fst3 (a, _, _) = a
-                            in if null mismatches && length args == length params
-                                then TypedStatementExpression retType (MethodCall objExprTyped methodName args')
-                                else if not (null mismatches)
-                                    then error $ unlines $ ("Argument type mismatches for method '" ++ methodName ++ "':")
-                                        : [ "Expected: " ++ expType ++ ", Found: " ++ argType | (_, expType, argType) <- mismatches ]
-                                    else error $ "Incorrect number of arguments for method '" ++ methodName ++ "'. Expected " ++ show (length expectedTypes) ++ ", found " ++ show (length args) ++ "."
-                        Nothing -> error $ "Method '" ++ methodName ++ "' not found in class '" ++ objType ++ "'."
+                                argType = getTypeFromExpr argTyped
+                            in if argType == "null" && isObjectType paramType
+                               then Just (TypedExpression paramType NullLiteral)
+                               else if argType == paramType
+                               then Just argTyped
+                               else Nothing
+
+                        matchMethod (MethodDeclaration retType name params _) =
+                            let matchedArgs = sequence $ zipWith matchParams params args
+                            in fmap (\checkedArgs -> (MethodDeclaration retType name params (Block []), checkedArgs)) matchedArgs
+
+                        validMethods = filter (\(MethodDeclaration _ name params _, _) -> name == methodName && length params == length args) $ mapMaybe matchMethod methods
+
+                        expectedSignatures = [ map (\(ParameterDeclaration t _) -> t) params | MethodDeclaration _ name params _ <- methods, name == methodName ]
+                        actualSignature = map (\arg -> getTypeFromExpr (typeCheckExpression arg symtab classes)) args
+                        mismatchDetails = "Method not found for class '" ++ objType ++ "' with given arguments.\n" ++
+                                          "Expected signatures for method '" ++ methodName ++ "':\n" ++ unlines (map show expectedSignatures) ++
+                                          "Actual arguments:\n" ++ show actualSignature
+
+                    in case validMethods of
+                        [(MethodDeclaration retType _ params _, checkedArgs)] ->
+                            TypedStatementExpression retType (MethodCall objExprTyped methodName checkedArgs)
+                        [] -> error mismatchDetails
+                        _  -> error $ "Multiple matching methods found for class '" ++ objType ++ "' and method '" ++ methodName ++ "' with given arguments."
+
                 Nothing -> error $ "Class for object type '" ++ objType ++ "' not found."
         _ -> error "Invalid object type for method call. Object must have a class type."
         
@@ -355,7 +372,7 @@ isSubtype subType superType classes
   | otherwise = False
 
 isUserDefinedClass :: DataType -> [Class] -> Bool
-isUserDefinedClass dt classes = dt `elem` map (\(Class name _ _) -> name) classes
+isUserDefinedClass dt classes = dt `elem` map (\(Class name _ _ _) -> name) classes
 
 isObjectType :: DataType -> Bool
 isObjectType dt = dt /= "int" && dt /= "boolean" && dt /= "char"
@@ -408,9 +425,14 @@ checkComparisonOperation op expr1' expr2' type1 type2
 
 checkEqualityOperation :: BinaryOperator -> Expression -> Expression -> DataType -> DataType -> Expression
 checkEqualityOperation op expr1' expr2' type1 type2
-  | type1 == type2 =
+  | type1 == type2 || (type1 == "null" && isObjectType type2) || (type2 == "null" && isObjectType type1) =
       TypedExpression "boolean" (BinaryOperation op expr1' expr2')
-  | otherwise = error $ "Equality operation " ++ show op ++ " requires operands of the same type"
+  | type1 /= type2 =
+      error $ "Equality operation " ++ show op ++ " requires operands of the same type. Found types: " ++ type1 ++ " and " ++ type2
+  | (type1 == "null" && not (isObjectType type2)) || (type2 == "null" && not (isObjectType type1)) =
+      error $ "Equality operation " ++ show op ++ " requires that null can only be compared with object types. Found types: " ++ type1 ++ " and " ++ type2
+  | otherwise = error $ "Equality operation " ++ show op ++ " encountered unexpected types: " ++ type1 ++ " and " ++ type2
+
 
 checkLogicalOperation :: BinaryOperator -> Expression -> Expression -> DataType -> DataType -> Expression
 checkLogicalOperation op expr1' expr2' type1 type2
@@ -422,8 +444,8 @@ resolveNameResolution :: Expression -> Expression -> [(Identifier, DataType)] ->
 resolveNameResolution expr1' (Reference ident2) symtab classes =
   case getTypeFromExpr expr1' of
     objType ->
-      case find (\(Class className _ _) -> className == objType) classes of
-        Just (Class _ _ fields) ->
+      case find (\(Class className _ _ _) -> className == objType) classes of
+        Just (Class _ _ _ fields) ->
           let fieldTypes = [dt | VariableDeclaration dt id _ <- fields, id == ident2]
           in case fieldTypes of
             [resolvedType] -> TypedExpression resolvedType (BinaryOperation NameResolution expr1' (TypedExpression resolvedType (FieldVariable ident2)))