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Text File | 1994-04-11 | 11.7 KB | 268 lines

                          PASCOMP

              PASCAL baut einen Pascal-Compiler!

Wollen Sie nun, nach dem wir Ihnen auf wenigen Seiten komprimiert
einen  Einblick  in  das  Übersetzen von Programmiersprachen ver-
schafft haben, ganz genau wissen, wie Ihr Compiler aus Ihren Pro-
grammtexten  eine  für  den  Computer verständliche Angelegenheit
macht?  Was  für eine Arbeit er beim "dolmetschen" zwischen Ihnen
und  Ihrem  Rechner zu leisten hat? Welcher Mittel und Strategien
er  sich dabei bedienen kann, um Sie mit einem "optimalen" Ergeb-
nis zufrieden zu stellen? Dann verfol gen Sie einfach den Bau von
"PASCOMP", unserem Pascal-Compiler, programmiert in Pascal!

Bevor  wir aber ab der nächsten Ausgabe ausführlich zur Sache ge-
hen und anfangen, Ihren Pascal-Programmen gegenüber handgreiflich
zu werden, sollen unsere neue Serie und "PASCOMP" ersteinmal vor-
gestellt  werden:  Wie  ist "PASCOMP" entstanden, was kann er und
was kann man mit ihm machen und - weshalb die Serie?

Fangen  wir  bei letzterem an! Sicherlich sind Ihnen Begriffe wie
"Einpass-"  bzw. "Zweipass-Compiler", "linkfähig", "optimierend",
"Native-"  und  "P-Code" etc. beim Studium von Tests und Werbean-
zeigen  schon in genügender Zahl untergekommen. Was verbirgt sich
hinter  diesen  Techniken  und  welche Vor- und Nachteile bringen
diese für den Programmierer mit sich?

Die  Klärung solcher Fragen ist ein Grund - es gibt aber noch ei-
nen anderen: Die Erlernung von Programmiertechniken, die bei wei-
tem nicht nur in Compilern, sondern vor allen Dingen auch in all-
täglichen  Programmen ihre Verwendung finden. Denn es reicht ein-
fach nicht mehr aus, sich mit Spielen und Joystickübungen schein-
bar einen Einblick in die Computerei zu verschaffen.

Gerade  die immer größer werdende Differenz zwischen Hardwareent-
wicklung  und Rückständigkeit der Versorgung der Hardware mit an-
gemessenen Programmen zwingt jeden ernsthaft Interessierten, sich
ständig mit neuen, meist in Fachchinesisch verschlüsselten Veröf-
fentlichungen zu beschäftigen. Um das stundenlange Wühlen in sol-
cher  Literatur zu vermeiden, zieht der "Otto-Normal"-Verbraucher
Fachzeitschriften  zu  Rate,  die ihm oftmals den Einblick in den
gewünschten Bereich ermöglichen.

Und  dies  soll  anhand  des Baus von "PASCOMP" geschehen, obwohl
mittlerweile  Pascal-Compiler  für  (fast) jeden Rechner, welcher
Größe  auch  immer,  existieren. Wir werden uns nämlich nicht nur
auf die Beschreibung der in ihm angewanden Verfahren beschränken,
sondern   auch   andere,  vielleicht  elegantere  Vorgehensweisen
aufzeigen.  Hier  erhoffen  wir uns auch ein reges Echo von Ihrer
Seite,  am liebsten in Form von kreativer Kritik, Vorschlägen und
Anregungen zu "PASCOMP"!

Und  hier  zur  Vorbereitung  und  Erbauung  die  Aufteilung  der
kompletten   Serie,   die  Sie  stückchenweise  mit  dem  Komplex
Compilerbau vertraut machen wird:

- Einführung und Grundlagen zum Compilerbau.

- Lexikalische Analyse

- Parsing und semantische Analyse

- P-Code-Erzeugung

- P-Code-Interpreter

- Optimierungen

- Erweiterungen


                      Was ist "PASCOMP"

Im  Gegensatz  zu  anderen Veröffentlichungen wurde bei "PASCOMP"
keine  Teilmenge der Programmiersprache Pascal, sondern der volle
Sprachumfang  zur  Grundlage  der  Implementierung  gemacht.  Wie
eigentlich  bei den meisten populären Programmi ersprache gibt es
auch    von    Pascal    verschiedene    Dialekte.   Fast   jeder
Compilerhersteller  schafft seinen eigenen, in dem er den Pascal-
Standard  um  nützliche Konzepte erweitert. Probleme treten nicht
auf,  solange  man sich als Anwender mit einem speziellen Dialekt
beschäftigt.  Daß  diese  sich  aber häufen, wenn man es sich zur
Aufgabe  gemacht  hat,  eine  Sprache publik zu machen, die trotz
Standard   eigentlich   nur  aus  Dialekten  besteht,  ist  nicht
verwunderlich.   Die   Leserbriefe   einer  jeden  PASCAL-Ausgabe
dokumentieren   dies  "par  excellence"  (Programm  A  läuft  mit
Compiler  B, aber nicht mit Compiler C oder nur manchmal oder nur
unter den Bedingungen x,y,z).

Abhilfe schaffen da zwei mögliche Lösungen:

1.  Es gibt nur eine 'Hochsprache' und keinen Dialekt. Dann tritt
aber  eine  neue  Problemstellung  auf:  Existiert überhaupt eine
effiziente  Implementierung eines Algorithmus ohne Verwendung von
Non-Standards (Graphik, Strings, Systemvariablen ade!).

2.   Wenn  schon  Dialekt,  dann  einen  eigenen,  erweiter-  und
anpassbaren. Und diese Forderung benötigt einen frei zugänglichen
Quellcode des Compilers.

Desweiteren   sollen   "PASCOMP"  und  die  von  ihm  übersetzten
Programme  auf  möglichst  vielen Rechnern einsatzfähig sein. Aus
diesem  Grund  wird  unser  Compiler  innerhalb  der  Serie einen
Pseudo-Code  (P-Code)  erzeugen,  der  von einem Interpreter, der
wiederum  in  Standard-Pascal  verfaßt  und somit auch nur irgend
einen   Pascal-Compiler  auf  irgendeinem  Rechner  vorraussetzt,
ausgeführt  wird. Doch wollen wir hier nun nicht weiter der Serie
vorweggreifen,  sondern noch aufzeigen, unter welchen Bedingungen
"PASCOMP" entstanden ist - und mit welchen Wiedrigkeiten dabei zu
kämpfen war.


                  Wie "PASCOMP" entstand:

                Am Anfang war der gute Wille ....

Um  einen  Eindruck von der Entstehung des Compilers zu gewinnen,
sei hier ganz kurz die Geschichte des Pascal-Compilers erzählt :

Irgendwann  im  August 1986 stand es fest: "PASCOMP", ein Pascal-
Compiler,  wird  gebaut.  Hilfsmittel:  ein  Atari ST (1 MB), ST-
Pascal von CCD, Programmtools und ein Berg von Compilerliteratur.

Wunsch  war es, einen 1-Pass-Pascal-Compiler mit Native-Code- Er-
zeugung zu konstruieren (wie gesagt, das "Fachchinesisch" erklärt
die Serie). Schon sehr bald wurde deutlich, daß diese Zielsetzung
unter  den bestehenden Voraussetzungen (vor allen Dingen die feh-
lende  Zeit  für Portierungen) zu hoch gegriffen war. Das Problem
mußte  irgendwie 'zerteilt' werden. Modularisierung war angesagt.
Um die Code-Erzeugung zu vereinfachen, sollte jetzt auf eine Zwi-
schensprache (P-Code, Pseudo-Code) hin compiliert werden.

So  ausgerüstet,  mit  guter  Laune  und  vielen Ideen, wurde die
Implementierung  im  September  1986 gestartet. Die Hardware- und
Softwarekonfiguration  erwies  sich dabei als sehr brauchbar. Die
"turn-around"-Zeiten  (editieren, compilieren, linken, testen und
wieder  editieren)  in  der Entwicklung betrugen selbst beim fast
fertigem  Compiler  (ca.  5000  Pascal-Zeilen)  nicht  wesentlich
länger    als    30   Sekunden.   Dabei   wurde   natürlich   das
Modularisierungskonzept  von  ST  Pascal  verwendet. Langeweile -
oder  das  unstillbare  Bedürfnis  des  Programmierers nach einer
Tasse  Kaffee,  traten  zwischen zwei Übersetzungsvorgängen somit
fast gar nicht auf (mit Ausnahme einiger Krisensituationen!).

Nach  etwa  dreimonatiger  Programmiererei und Auseinandersetzung
mit  dem  P-Code  war es Anfang Dezember 1986 endlich soweit, ein
"Programm"  mit  dem  "eigenen"  Compiler zu übersetzen. Reiflich
überlegt  und  allen  'hello world'-Programmen zum Trotz wurde es
eingetippt:

program  test;
begin
     writeln('the big brown fox jumps',
             ' over the lazy dog')
end.

Abgespeichert,  übersetzt -fertig. Der P-Code stand. Was nun? Ein
Interpreter  für  diesen  Code  mußte  her.  Also  schnell  einen
"zusammengebaut"   (natürlich   nur   einen   für  das  spezielle
Programm!).

Eingetippt,  abgespeichert,  übersetzt  - Start. Und siehe da, da
stand's  auf  dem  Monitor:
"the big brown fox jumps over the lazy dog"

Die  Begeisterung  über  diesen Erfolg war so groß, daß die gegen
unendlich   strebenden  Systembomben  des  Atari  ST,  die  einen
fürchterlichen    Systemabsturz    am    Ende    des    Programms
signalisierten,  einfach ignoriert wurden. War es doch ein Anfang
gewesen .....

Nun  ja,  es  kam  1987.  Neues Jahr, neues Glück. In zahlreichen
Testprogrammen  wurde  der  Compiler  soweit  verbessert,  daß es
durchaus  einmal  vorkam,  daß  ein korrektes Pascalprogramm auch
korrekt  übersetzt  wurde.  Der Ruf nach einem P-Code-Interpreter
oder  einem  P-Code-Transformer wurde laut. Die Entscheidung fiel
zuerst  zugunsten  des  Transformers. Unter Zuhilfenahme von DRI-
Assembler,  Debugger,  Linker  und  STPascalbibliotheken  war  es
relativ  einfach, den P-Code in ein ausführbares 68000er-Programm
zu überführen.

Nachteilig  wirkten  sich  jedoch  jetzt  folgende Tatsachen aus:
Wurden  früher  zwei  Schritte bis zum fertigen Programm benötigt
(Übersetzung  und  Interpretation),  so  sah  der  Vorgang  jetzt
folgendermaßen aus:

1.  Übersetzen  des  Programms  (wie gehabt). Ausgabe war eine P-
Code-Folge.

2.  Starten  des P-Code-Transformers. Dieser formte den P-Code in
entsprechenden M-68000-Assembler-Text um.

3. Starten des Assemblers.

4.   Zusammenbinden   des   fertigen   Programms  mit  Hilfe  von
vorgegebenen Standardbibliotheken.

Die "turn-around"-Zeiten betrugen selbst bei kleineren Programmen
mehrere  Minuten  -  und  der erzeugte M-68000-Text belegte nicht
selten  bei  50-100  Zeilern  bis zu 20 KB, so daß die auf 660 KB
angelegte  Ram-Disk  (ca.  60 KB frei) regelmäig im Assemblerpass
überlief und ein effizientes Austesten nicht mehr uneingeschränkt
möglich war.

Was jetzt?

Zwei Lösungen boten sich an:

a)  Aus dem P-Code wird direkt linkfähiger Objektcode fabriziert.
   Der  Assemblerpass wird dann überflüssig und die Erzeugung von
   platzverschlingendem  M-68000-Text  wird vermieden. Die "turn-
   around"-Zeiten  würden  sich  erheblich reduzieren. Wurde doch
   die meiste Zeit im Assembler "verbraten"....

b) Konstruktion eines kompletten P-Code-Interpreters. Die Vortei-
   le liegen klar auf der Hand:

- kürzere "turn-around"-Zeiten

- größere Flexibilität gegenüber Veränderungen im Compiler (*)

- Maschinenunabhängigkeit (*)

- einfache Implementierung (*)

-  größere "Absturzsicherheit". Leichte Implementierung von "post
  mortem dumps"

und die Nachteile ...

- geringere Ausführungsgeschwindigkeit

- weniger Speicherplatz.

Trotz   der   Nachteile   fiel  die  Entscheidung  zugunsten  des
Interpreters  aus.  Besonders die mit (*) gekennzeichneten Punkte
trugen  entscheidend zur Wahl bei: Ziel des Ganzen soll in erster
Linie  die  Vermittlung  des  Grundwissens  für  den  Bau  eines
Compilers  anhand einer Programmiersprache sein - und nicht deren
supereffiziente Implementierung.

Und  dies  ist  der  aktuelle  Stand:  Es gibt also einen Pascal-
Compiler  mit P-Code-Interpreter, programmiert in Standard-Pascal
und  somit  für  jeden  interessant, der zwar schon einen Pascal-
Compiler  hat,  aber  sich  für  dessen  "Innerei"  interessiert.
Natürlich  hat  er  zum gegebenen Zeitpunkt noch seine (kleinen)
Macken (wie könnte es auch anders sein!).

Das   eine   Veröffentlichung   der   kompletten  Quelltexte  des
lauffähigen  Compilers  innerhalb  einer  Zeitschrift  wenig Sinn
macht,  dürfte Ihnen sicherlich einleuchten. Wer möchte schon ca.
120  kB  Programmtext  "eintippen".  Innerhalb  der Serie werde n
deshalb  nur die relevanten Teile zur Förderung des Verständisses
der  verbalen  Beschreibung  in  gedruckter  Form erscheinen. Das
gesamte  "Ding"  wird  es dagegen komplett auf der PASCAL-DATABOX
geben, wenn es ernst wird: zum Thema der Codeerzeugung.

Aber  auch  dann  wird  der Compiler sicherlich noch den ein oder
anderen   'Bug'  enthalten.  Dann  wird  auch,  wie  gesagt,  die
Leserschaft  aufgerufen  sein,  mit kreativer Kritik, Vorschlägen
und  Anregungen  zum  Themengebiet  Compilerbau sowie zum Pascal-
Compiler "PASCOMP" Stellung zu nehmen.

Nach diesem kleinen Vorgeschmack geht's dann in der nächsten Fol-
ge mit dem Thema 'Einführung und Grundlagen zum Compilerbau' los.
(Johannes Velmans/mc)