10 Erweiterung und Portierung

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1 10.1 Überblick In vielen Fällen werden Compiler nicht vollständig neu geschrieben, sondern von einem Rechnersystem auf ein anderes portiert. Das spart viel Arbeit, ist aber immer noch eine sehr anspruchsvolle Aufgabe. Ebenfalls sehr häufig begegnet man der Aufgabe der Erweiterung eines Compilers um bestimmte Sprachelemente und -eigenschaften. Compiler werden heute ausschließlich in einer höheren Programmiersprache geschrieben. Besonders interessant ist dabei der Fall, daß ein Compiler in derselben Sprache implementiert ist, die er selbst übersetzt. Dies ist wichtig für das sogenannte Bootstrapping beim Portieren des Compilers. Ein Compiler wird für diesen Zwecke charakterisiert durch drei Sprachen, die Quellsprache S1, die er übersetzt, die Zielsprache S2, für die er Code generiert, und die Implementierungssprache M, in der er selbst geschrieben ist. T-Diagramme Das Bild bedeutet, daß Eingabedaten E von einem Programm P, formuliert in der Sprache M und damit interpretierbar durch einen Computer M in Ausgabedaten A verwandelt werden. Ist das Programm P ein Compiler, der die Quellsprache S1 in die Zielsprache S2 übersetzt, so wird der in der Implementierungssprache M formulierte Compiler durch das Diagramm dargestellt. Diese Form hat zum Namen T-Diagramm geführt. Compilation und Ausführungs eines compilierten Programmes auf demselben Computer M kann nun durch das folgende Diagramm beschrieben werden. 10-1

2 In dieser Abbildung tritt eine charakteristische Eigenschaft der T-Diagramme auf: sie werden wie Dominosteine aneinander gefügt. Sich berührende Teile müssen die gleichen Namen tragen. Als weiteres Beispiel zeigen wird den Vorgang einer Mehrphasen-Compilation. Eine interpretative Ausführung eines Programms P, formuliert in einer Sprache H durch einen für den Computer M implementierten Interpreter, wird durch das folgende Bild dargestellt. Die Verallgemeinerung durch eine mehrstufige Interpretation folgt daneben Bootstrapping bzgl. Teilmengen von Sprachen Wir wenden uns nun der schrittweisen Compiler-Entwicklung zu. Hier ergeben sich wesentliche Vorteile im Fall das der Compiler für die Quellsprache S selbst in S formuliert ist. Es existiere ein Compiler für die Quellsprache S, geschrieben in Implementierungssprache S mit Zielsprache M. Ferne existiere auch der übersetzte Compiler, d.h. mit Implementierungssprache M. Nun soll eine Erweiterung S von S entwickelt werden. Dies geschieht in zwei Schritten: 1. Programmierung der Erweiterung in S 2. Neuformulierung des Compilers in der erweiterten Sprache S Der Compiler profitiert also selbst sofort von der Erweiterung des Sprachumfangs S S. Die Entwicklung des Compilers kann also mit einer relativ einfachen Sprache beginnen und durch 10-2

3 Wiederholung der beiden genannten Schritte zum Endprodukt hochgezogen werden. Der Fachausdruck dafür lautet Bootstrapping. Die folgende Abbildung macht es klar. Bemerkenswert ist auch der dritte, hier abgebildete Schritt, der als Test für die Richtigkeit des Compilers dient. Durch Neucompilierung mit sich selbst wird überprüft, ob das Resultat dasselbe ist. Wie erfolgt nun der erste Schritt, d.h. wie kommt man zu einem Compiler für die erste Version von, realisiert in S? Eine Möglickeit liegt darin, den Compiler von Hand in eine andere Sprache H zu übersetzen, für die schon ein Compiler existiert. Das folgende Diagramm zeigt diesen Anfangsschritt. Die Programmierung in der Hilfssprache H darf dabei ohne Effizienzüberlegungen erfolgen. Eine etwaige Ineffizienz des initialen Compilers pflanzt sich nämlich nicht fort. Sie macht sich nur im ersten Bootstrap bemerkbar. Danach wird das Hilfsprodukt weggeworfen. Ein Bootstrap kann auch andere Aufgaben als die der Spracherweiterung erfüllen. Z.B. kann er sich auf die Verbesserung der Compilationsmethode selbst oder der Code-Erzeugung beziehen. Das folgende Diagramm erläutert die Zusammenhänge. In der Schreibweise S x y M bezeichne x = a die Verwendung der alten Technologie und x = b die Verwendung der neuen Technologie, y = a sagt aus, daß der Compiler durch die alte und y =b, daß der durch die neue Technologie erzeugt wurde. Bei der Quellcode-Version kann die zweite Angabe fehlen. Der Compiler selbst kommt zuerst die in den Genuß der Neuerungen, wenn er in der Quellsprache geschrieben ist. Man beachte auch hier den Test auf Gleichheit durch Neucompilation. 10-3

4 10.3 Portierung Wir betrachten nun noch den Problemkreis der Portierung eines Compilers von einem Rechner auf einen anderen. Auf einem Computer M1 stehe ein Compiler für die Sprache S zur Verfügung. Dieser Compiler soll auf den Computer M2 portiert werden. Eine für M1 und M2 gemeinsame Implementationssprache bringt hier im Gegensatz zu anderen normalen Anwendungsprogrammen noch keine Lösung, da die Codegeneration des zur Verfügung stehenden Compilers auf M1 ja ganz auf M1 zugeschnitten ist und nicht portabel ist. Allerdings können wesentliche Teile, nämlich das Frontend: Scanner, Parser und semantische Prüfung, übernommen werden, falls der Compiler zweckmäßig aufgebaut ist. Wir wollen nun betrachten, welche Techniken verwendet werden, wenn der Compiler wieder in S selbst formuliert wird. Wir unterscheiden dabei zwei Fälle: Portierung ausschließlich auf der Quell-Maschine M1 Als Ausgangspunkte benötigen wir den Compiler in Quellform (S) und in ausführbarer Form (M1). Ferner ist für den Test ein Emulator, d.h. Interpreter von M2 auf M1 erforderlich. Die folgende Abbildung erklärt die Zusammenhänge. 10-4

5 Portierung ausschließlich auf der Ziel-Maschine M2 Wenn die Portierung ausschließlich auf der Zielmaschine M2 stattfindet, wird viel mehr von der Methode der Emulation Gebrauch gemacht. Hier wird ein Interpreter von M1 auf M2 gebraucht. Der Nachteil dieser Methode ist die ausschließliche Verwendung der Emulation, die zu hohen Rechenzeiten führt. Jedoch hat die interpretative Methode, wenn sie am richtigen Ort eingesetzt wird, Qualitäten. Die Wahl eines abstrakten Computers H und der Bau eines Compilers für S auf H können das Problem der Portierung der Sprache S auf verschiedene Rechner sehr erleichtern. Die einzige Arbeit, die der Portierer auf M2 zu leisten hat, ist die Entwicklung eines effizienten Interpreters für H. Der Compiler in Quellform (S) und in compilierter Form (H) bildet zusammen mit einer genauen Definition der abstrakten Maschine eine Art Compiler-Baukasten (Kit). Die Portierung stellt mit dessen Hilfe eine relativ einfache Aufgabe dar. Die folgende Abbildung zeigt Einzelheiten. 10-5

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