Teknik Kompilasi-One pass Compilator

One-Pass Compilator Sederhana

Proses Kompilasi

Source Code -> Compiler -> Object Code -> Eksekusi Komputer (+Data) -> Hasil

Source code dan data diproses pada saat yang berbeda.

Compile time : saat source code diubah ke object code.

Run time : saat object code dieksekusi.

Proses Interpretasi

Source Code -> Interpreter (+Data) -> Hasil

Source code dan data diproses pada saat yang sama.

Model Kompilator

Sebuah kompilator memiliki dua fungsi :

1. Fungsi Analis : dekomposisi program sumber menjadi bagian-bagian dasarnya.

Source Code -> Lexical Analyzer : Scanner -> Syntactic Analyzer : Parser -> Semantic Analyzer : Intermediate Code Generator

2. Fungsi Sintesis : pembangkitan dan optimasi kode.

Code Generator -> Code Optimizer -> Object Code

Keterangan :

Scanner : memecah program sumber menjadi besaran leksik/token.

Parser : memeriksa urutan kemunculan token.

Analisis Semantik : biasanya digabungkan dengan intermediate code generator (bagian yang berfungsi membangkitkan kode antara).

Code Generator : membangkitkan kode objek.

Code Optimizer : memperkecil hasil dan mempercepat proses.

Tabel Simbol : menyimpan semua informasi yang berhubungan dengan kompilasi.

Model Kompilator seperti di atas disebut Multi Pass Compiler / Separate Compiler yaitu Scanner dan Parser bekerja terpisah. Scanner menghasilkan semua token, baru diproses oleh Parser.

Berbeda dengan One Pass Compiler dimana Scanner baru bekerja menghasilkan tiap token setelah mendapatkan perintah dari Parser.

Token : besaran pembangun bahasa/representasi dari besaran leksik.

Mutu Kompilator

1. Kecepatan dan waktu proses kompilasi.

    Tergantung pada :

    a. Penulisan algoritma kompilator, yaitu algoritma yang digunakan untuk menuliskan program kompilator tersebut.

    b. Kompilator pengkompilasi, sebuah program khusus yang menghasilkan kompilator tersebut.

2. Mutu program objek : ukuran dan kecepatan eksekusi dari program objek.

    Tergantung pada :

    Fungsi translasi yang digunakan (cara untuk melakukan perubahan dari source code ke object code).

3. Integrated Environment, yaitu fasilitas-fasilitas terintegrasi yang dimiliki oleh kompilator tersebut. Misalnya untuk melakukan editing, debugging, maupun testing.

Pembuatan Kompilator

Dapat dilakukan dengan :

1. Bahasa mesin, kesulitan sangat tinggi.

2. Bahasa assembly, biasa digunakan sebagai tahap awal.

    Keuntungan : object code berukuran kecil.

    Kerugian : memerlukan usaha yang besar.

3. Bahasa tingkat tinggi lain pada mesin yang sama.

    Keuntungan : pemrograman mudah.

    Kerugian : program hasil.

4. Bahasa tingkat tinggi yang sama pada mesin yang berbeda.

5. Bootstrap (diperkenalkan oleh Wirth).

    Ide : kita bisa membangun sesuatu yang besar dengan dimulai dari bagian intinya.

KOMPILASI, Catatan ke-1 : Pendahuluan

Definisi : Kompilator (compiler) adalah sebuah program yang membaca suatu program yang ditulis dalam suatu bahasa sumber (source language) dan menterjemah-kannya ke dalam suatu bahasa sasaran (target language).

Proses kompilasi dapat digambarkan melalui sebuah kotak hitam (black box) berikut :

 

          program sumber              kompilator             bahasa sasaran

 

                                          pesan-pesan kesalahan

                                               (error messages)

Proses kompilasi dikelompokkan ke dalam dua kelompok besar :

1. analisa : program sumber dipecah-pecah dan dibentuk menjadi bentuk antara (inter-mediate representation)

2. sintesa  : membangun program sasaran yang diinginkan dari bentuk antara

Fase-fase proses sebuah kompilasi adalah sebagai berikut :

                                              program sumber

 

                                            penganalisa leksikal

                                                  (scanner)

 

                                            penganalisa sintaks

                                                   (parser)

 

     pengelola tabel simbol               penganalisa semantik   penanganan kesalahan

 

                                                pembangkit

                                                         kode antara

 

                                             pengoptimal kode

 

                                              pembangkit kode

                                               bahasa sasaran

Program sumber merupakan rangkaian karakter. Berikut ini hal-hal yang dilakukan oleh setiap fase pada proses kompilasi terhadap program sumber tersebut :

1. Penganalisa leksikal : membaca program sumber, karakter demi karakter. Sederetan (satu atau lebih) karakter dikelompokkan menjadi satu kesatuan mengacu kepada pola kesatuan kelompok karakter (token) yang ditentukan dalam bahasa sumber. Kelompok karakter yang membentuk sebuah token dinamakan lexeme untuk token tersebut. Setiap token yang dihasilkan disimpan di dalam tabel simbol. Sederetan karakter yang tidak mengikuti pola token akan dilaporkan sebagai token tak dikenal (unidentified token).

Contoh : Misalnya pola token untuk identifier I adalah : I = huruf(huruf½angka)*. Lexeme ab2c dikenali sebagai token sementara lexeme 2abc atau abC tidak dikenal.

2. Penganalisa sintaks : memeriksa kesesuaian pola deretan token dengan aturan sintaks yang ditentukan dalam bahasa sumber. Sederetan token yang tidak mengikuti aturan sintaks akan dilaporkan sebagai kesalahan sintaks (sintax error). Secara logika deretan token yang bersesuaian dengan sintaks tertentu akan dinyatakan sebagai pohon parsing (parse tree).

Contoh : Misalnya sintaks untuk ekspresi if-then E adalah : E ® if  L  then, L ® IOA, I = huruf(huruf½angka)*,  O ® <½=½>½<=½>=,  A ® 0½1½...½9.  Ekspresi if a2 < 9 then adalah ekspresi sesuai sintaks; sementara ekspresi if a2 < 9 do atau if then a2B < 9 tidak sesuai. Perhatikan bahwa contoh ekspresi terakhir juga mengandung token yang tidak dikenal.

3. Penganalisa semantik : memeriksa token dan ekspresi dari batasan-batasan yang ditetapkan. Batasan-batasan tersebut misalnya :

a. panjang maksimum token identifier adalah 8 karakter,

                                    b. panjang maksimum ekspresi tunggal adalah 80 karakter,

c. nilai bilangan bulat adalah -32768 s/d 32767,

d. operasi aritmatika harus melibatkan operan-operan yang bertipe sama.

4. Pembangkit kode antara : membangkitkan kode antara (intermediate code) berdasar-kan pohon parsing. Pohon parse selanjutnya diterjemahkan oleh suatu penerjemah yang dinamakan penerjemah berdasarkan sintak (syntax-directed translator). Hasil penerjemahan ini biasanya merupakan perintah tiga alamat (three-address code) yang merupakan representasi program untuk suatu mesin abstrak. Perintah tiga alamat bisa berbentuk quadruples (op, arg1, arg2, result), tripels (op, arg1, arg2). Ekspresi dengan satu argumen dinyatakan dengan menetapkan arg2 dengan - (strip, dash)

5. Pengoptimal kode : melakukan optimasi (penghematan space dan waktu komputasi), jika mungkin, terhadap kode antara.

6. Pembangkit kode : membangkitkan kode dalam bahasa target tertentu (misalnya bahasa mesin).

Berikut ini akan diberikan sebuah contoh skema penerjemahan suatu ekspresi dalam bahasa sumber, yaitu : position := initial + rate * 60.

 position := initial + rate * 60

        penganalisa leksikal                                                pembangkit

              (scanner)                                                  kode antara

         

        id1 :=  id2 +  id3 * 60                                     temp1 := inttoreal(60)

                                                                   temp2 := id3 * temp1

                                                                   temp3 := id2 + temp2

        penganalisa sintaks                             id1 := temp3

              (parser )

 

                                                                          pengoptimal kode

                     : =

           id1              +

                     id2             *

                               id3          60                                   temp1 := id3 * 60.0

                                                                   id1 := id2 + temp1

 

        penganalisa semantik                                             

                                                                          pembangkit kode

                                                                            MOVF id3, R2

                     :=                                                    MULF #60.0, R2

           id1              +                                                                  MOVF id2, R1

                     id2             *                                              ADDF R2, R1

                               id3     inttoreal                                MOVF R1, id1

                                      60

Keterangan :

- id adalah token untuk identifier. Tiga lexeme untuk token ini adalah position, initial, dan rate.

- penganalisa semantik secara logika membangkitkan pohon parse.

- penganalisa semantik mendeteksi mismatch type. Perbaikan dilakukan dengan memang-gil procedure inttoreal yang mengkonversi integer ke real.

- quadruples dari : temp2 := id3 * temp1 adalah (*,id3,temp1,temp2), id1 := temp3 adalah (assign,temp3,-,id1), temp1 := inttoreal(60) adalah (inttoreal,60,-,temp1).

- pembangkit kode dalam contoh ini menghasilkan kode dalam bahasa mesin.

1.4        Bahasa Pemrograman

Bahasa pemrograman adalah bahasa yang menjadi sarana manusia untuk berkomunikasi dengan komputer. Pikiran manusia yang tidak terstruktur harus dibuat terstruktur agar bisa berkomunikasi dengan komputer.  Komputer memerlukan kepastian dan logika yang benar untuk dapat melakukan suatu instruksi tertentu. Untuk itu diperlukan algoritma yg baik dan benar.

Penggolongan bahasa pemrograman berdasarkan tingkat ketergantungannya dengan mesin : 

a.     Bahasa Mesin

Bahasa mesin adalah bahasa yang berisi kode-kode mesin yang hanya dapat diinterpretasikan langsung oleh mesin komputer. Bahasa mesin sering juga disebut native code (sangat tergantung pada mesin tertentu). Bahasa ini merupakan bahasa level terendah dan berupa kode biner 0 dan 1. Sekumpulan instruksi dalam bahasa mesin dapat membentuk microcode (semacam prosedur dalam bahasa mesin).

Contoh:

untuk mesin IBM/370

0001100000110101 = 1835

yang berarti mengkopikan isi register 5 ke register 3

Keuntungan : Eksekusi cepat

Kerugian      : Sangat sulit dipelajari manusia

b.     Bahasa Assembly (Mnemonic Code)

Merupakan bentuk simbolik dari bahasa mesin, dianggap sebagai bahasa pemrograman yang pertama kali berbentuk string dan lebih mudah dimengerti manusia. Setiap kode bahasa mesin memiliki simbol sendiri dalam bahasa assembly.

Misalnya ADD untuk penjumlahan, MUL untuk perkalian, SUB untuk pengurangan, dan lain-lain.

Sekumpulan kode - kode bahasa assembly dapat membentuk makroinstruksi. Bahasa assembly juga memiliki program pendebug-nya, tidak seperti bahasa mesin.

Misalnya: Turbo Assembler dan debug pada DOS.

Assembler akan mencocokkan token simbol dari awal s/d akhir, kemudian dikodekan menjadi bahasa mesin.

Kelebihan    : Eksekusi cepat, masih bisa dipelajari daripada bahasa mesin, file hasil sangat kecil.

Kekurangan :  Tetap sulit dipelajari, program sangat panjang.

c.     Bahasa Tingkat Tinggi (High Level Language) / user oriented

Bahasa ini lebih dekat dengan bahasa manusia. Bahasa ini juga memberikan banyak sekali fasilitas kemudahan pembuatan program, misalnya: variabel, tipe data, konstanta, struktur kontrol, loop, fungsi, prosedur dan lain-lain. Contoh: Pascal, Basic, C++, dan Java. Mendukung information hiding, enkapsulasi, dan abstract data type.

Bahasa Tingkat tinggi memiliki generasi, misalnya generasi ke-3 (Pascal, C/C++) dan generasi ke-4 (Delphi, VB, VB.NET, Visual Foxpro)

Keuntungan :   - Mudah dipelajari

                       - Mendekati permasalahan yang akan dipecahkan

                       - Kode program pendek

Kerugian     :  Eksekusi lambat

d.     Bahasa yang berorientasi pada masalah spesifik (specific problem oriented).

Bahasa ini adalah bahasa yang digunakan langsung untuk memecahkan suatu masalah tertentu.

Contoh : SQL untuk aplikasi database, COGO untuk aplikasi teknik sipil, Regex untuk mencocokkan pola pada string tertentu, MatLab untuk matematika, dll.

Bahasa problem oriented kadang digolongkan ke dalam bahasa tingkat tinggi.

1.5        Translator

Translator (penerjemah) melakukan pengubahan source code / source program (program sumber) ke dalam target code / object code / object program (program objek).

Source code ditulis dalam bahasa sumber, object code berupa bahasa pemrograman lain / bahasa mesin pada suatu komputer.

Jadi penerjemah membaca suatu program yang ditulis dalam bahasa sumber dan menerjemahkan bahasa sumber ke dalam suatu bahasa lain.

Saat melakukan proses penerjemahan, penerjemah akan melaporkan adanya keanehan/kesalahan yang mungkin diketemukan.

Gambar 1.1.  Alur kerja Translator

Ada beberapa macam translator, yaitu :

a.     Assembler

Source code adalah bahasa assembly, object code adalah bahasa mesin

contoh : Turbo Assembler, Macro Assembler

Gambar 1.2. Alur kerja Assembler

b.     Interpreter

Input berupa source code yaitu bahasa scripting seperti PHP, Basic, Perl, Javascript, ASP, Java bytecode, Basic, Matlab, Matematica, Ruby.

 Interpreter tidak menghasilkan object code. Hanya menghasilkan translasi internal. Input dapat berasal dari source code maupun dari inputan program dari user. Source code dan inputan data user diproses pada saat yang bersamaan.

 Pada interpreter, program tidak harus dianalisis seluruhnya dulu, tapi bersamaan dengan jalannya program.

Keuntungan : mudah bagi user, debuging cepat

Kekurangan : eksekusi program lambat, tidak langsung menjadi program  executable.

Gambar 1.3. Alur kerja Intepreter

c.     Kompilator (Compiler)

Istilah compiler muncul karena dulu ada program yang menggunakan subrutin-subrutin atau pustaka-pustaka untuk keperluan yang sangat khusus yang dikumpulkan menjadi satu sehingga diistilahkan compiled.

 Input berupa source code program seperti Pascal, C, C++. Object code adalah bahasa assembly. Source code dan data input diproses pada saat yang berbeda.

Compile time adalah saat pengubahan dari source code menjadi object code. Runtime adalah saat eksekusi object code dan mungkin menerima input data dari user. Output : bahasa assembly. Kemudian oleh linker dihasilkan file EXE.

Kekurangan : debugging lebih lambat

Keuntungan : eksekusi program lebih cepat, menghasilkan file executable yang berdiri sendiri.

Gambar 1.4. Alur kerja Kompilator

1.6        Tahap–tahap Kompilasi

Kompilator (compiler) adalah sebuah program yang membaca suatu program yang ditulis dalam suatu bahasa sumber (source language) dan menterjemah-kannya ke dalam suatu bahasa sasaran (target language).

Proses kompilasi dikelompokan ke dalam dua kelompok besar:

1.    Tahap Analisa (Front-end)

Menganalisis source code dan memecahnya menjadi bagian-bagian dasarnya. Menghasilkan kode level menengah dari source code input yang ada.

2.     Tahap Sintesa (Back-end)   

Membangun program sasaran yang diinginkan dari bentuk antara.

Tahap-tahap yang harus dilalui pada saat mengkompilasi program, yaitu:

1.  Analisa Leksikal                                       

2.  Analisa Sintaks                                       Tahap analisa (front-end)

3.  Analisa Semantik                                   

4.  Pembangkit Kode Antara

5.  Code optimization                                    Tahap sintesa (back-end)

6. Object code generation         

Gambar 1.5. Skema blok kompilator

Keterangan :

-            Analisa Leksikal (scanner)

Berfungsi memecah teks program sumber menjadi bagian-bagian kecil yang mempunyai satu arti yang disebut token, seperti : konstanta, nama variabel, keyword, operator.

-            Analisa Sintaks(parser)

Berfungsi mengambil program sumber (sudah dalam bentuk barisan token) dan menentukan kedudukan masing-masing token berdasarkan aturan sintaksnya dan memeriksa kebenaran dan urutan kemunculan token.

-             Analisa Semantik

Berfungsi menentukan validitas semantiks/keberartian program sumber. Biasanya bagian ini digabung dengan Pembangkit kode antara (intermediate code generator).

-            Pembangkit Kode Antara

Berfungsi membangkitkan kode antara.

-            Code optimation

Berfungsi mengefisienkan kode antara yang dibentuk.

-            Code generator

Berfungsi membangkitkan kode program target dalam bahasa target yang ekivalen dengan bahasa sumber .

-            Symbol table management

Berfungsi mengelola tabel simbol selama proses kompilasi. Tabel simbol adalah struktur data yang memuat record untuk tiap identifier dengan atribut-atribut identifier itu.

-            Penangan Kesalahan (Error handler)

Berfungsi menangani kesalahan yang berlangsung selama proses kompilasi.

Contoh :

pernyataan pemberian nilai (assignment) :

position := initial + rate * 60

Lexical analysis

Mengelompokkan pernyataan tersebut menjadi token-token sebagai berikut :

              1. Token identifier position

              2. Token simbol assignment :=

              3. Token identifier initial

              4. Token tanda plus +

              5. Token identifier rate

              6. Token tanda perkalian *

              7. Token konstanta angka 60

Ketika identifier pada program sumber ditemukan lexical analyzer, identifier dimasukkan ke tabel simbol.

position := initial + rate * 60

diubah menjadi

id1 := id2 + id3 * 60

Syntax analysis

Memparsing atau membentuk pohon sintaks pernyataan, yaitu :

  

Semantic analysis

Memeriksa kebenaran arti program sumber, mengumpulkan informasi tipe bagi tahap berikutnya. Tahap ini menggunakan pohon sintaks tahap syntax analysis untuk identifikasi operator dan operand suatu ekspresi dan kalimat. Komponen penting analisis semantik adalah pemeriksaan tipe, memeriksa operator yang harus mempunyai operand yang diijinkan oleh spesifikasi bahasa sumber.

Karena misal adanya pernyataan deklarasi di awal :

var

position, initial, rate : real                                                 

Maka konstanta 60 dikonversi menjadi real dengan fungsi inttoreal(60) menjadi konstanta bilangan real.

Intermediate Code Generator

Intermediate code adalah representasi perantara antara bentuk bahasa tingkat tinggi dengan bahasa mesin. Karena pada level berikutnya masih akan dilakukan optimasi, maka perlu dibuat representasi yang memudahkan optimasi, yang bukan merupakan bahasa mesin.

temp1 := inttoreal(60)

temp2 := id3 * temp1

temp3 := id2 + temp2

id1 := temp3

Code Optimization

Tahap code optimization proses identifikasi dan membuang operasi-operasi yang tidak perlu dari intermediate code generation untuk penyederhanaan sehingga nantinya kode mesin hasil menjadi lebih cepat. Kode-kode tersebut dioptimasi menjadi :

Temp1 := id3 * 60.0

Id1 := id1 + temp1

Code Generator

Tahap akhir kompilator adalah pembangkitan kode target/objek dan biasanya kode mesin atau assembly yang dapat direlokasi. Pembangkitan kode sangat bergantung pada mesin yang dipakai, misal :

MOVF id3, R2

MULF #60.0, R2

MOVF id2, R1

ADDF R2, R1

MOVF R1, id1

1.7        Preprocessor

Preprocessor adalah suatu program khusus menanggulangi terjadinya beberapa modul yang terpisah saat melakukan penulisan bahasa sumber menjadi beberapa file ke dalam suatu program baru. Suatu Preprocessor menghasilkan suatu input bagi suatu kompilator. Hal ini mungkin dilakukan oleh suatu kompilator antara lain:

·                Pemrosesan Makro

Makro yang merupakan kependekan dari suatu bagian program yang lebih panjang memungkinkan penulis program untuk memperpendek program yang ditulisnya. Dalam hal ini perlu dilakukan dua hal :

a.     Mendefinisikan makro yang digunakan.

Parameter yang didefinisikan pada makro disebut dengan parameter formal.

b.     Melakukan pemanggilan makro yang mungkin juga mengandung beberapa parameter. Sedangkan parameter yang digunakan untuk memanggil makro disebut dengan paramater actual.

·                Pengikutsertaan berkas (File Inclusion)

Suatu Preprocessor memungkinkan diikutsertakannya beberapa berkas program yang telah ditulis sebelumnya ke dalam program yang sedang ditulis. Biasanya berkas program yang ditulis sebelumnya merupakan segmen program yang sekali digunakan, banyak manfaatnya dan sering terjadi sudah merupakan bagian dari sistem bahasa yang digunakan.
Misalnya pada bahasa C, isi dari berkas global.h dapat diikutsertakan dalam program yang sedang ditulis dengan menggunakan perintah #include global.h.

·                Preprocessor Rasional

Preprocessor ini memberikan kemampuan baru dari suatu bahasa dengan fasilitas pengendalian aliran (flow-of-control) atau struktur data yang lebih baik. Misalnya dengan menambahkan kemampuan perintah while, if-then-else pada bahasa yang pada mulanya tidak mempunyai fasilitas tersebut. Hal ini biasanya dilakukan dengan menggunakan makro yang sudah ada dalam bahasa tersebut.

·                Perluasan Bahasa

Preprocessor ini memungkinkan suatu bahasa untuk berinteraksi dengan sistem atau bahasa lainnya. Misalnya pada bahasa C yang ditambahkan kemampuannya untk dapat mengakses data dalam suatu database. Untuk itu praprosesor memungkinkan menggunakan tanda ## yang menyatakan bahwa bagian ini bukan merupakan bagian dari bahasa C, tetapi berhubungan dengan sistem suatu paket database lain yang sudah baku. Dengan demikian bagian ini akan diterjemahkan kedalam pemanggilan procedure untuk melakukan akses database.

1.8        Mutu Compiler

a.  Kecepatan dan waktu proses kompilasi

Hal ini tergantung dari algoritma untuk menulis kompiler itu dan kompiler pengkompilasi.

b.  Mutu program objek

Dilihat dari ukuran dan kecepatan eksekusi program.

c.   Integrated Development Environtment (IDE)

Fasilitas-fasilitas terintegrasi yang dimiliki oleh kompiler. Misalnya untuk debugging, editing, dan testing. Contoh : bandingkan antara compiler Pascal dan Clipper.

1.9        Bootstrap

Metode Bootstrap dikembangkan oleh Nikolaus Writh, penulis bahasa Pascal. Metode Bootstrap adalah pembuatan kompilator secara bertingkat.

Gambar 1.6. Metode Bootstrap

Metode ini menganggap bahwa C dibangun dengan Assembly, B dibangun dengan C, dan A dibangun dengan B. Jadi compiler dapat dibangan secara keseluruhannya dengan bahasa-bahasa sebelumnya. Metode Bootstrap berarti menulis suatu bahasa dengan kompiler versi sebelumnya.