Compiler Construction
Teknik kompilasi telah lama diberikan di lingkungan pendidikan tinggi bidang komputer di Indonesia. Pembahasan dalam mata kuliah ini biasanya berkisar pada teori automata, teori kompilasi, teori grammar. Praktek teknik kompilasi pun telah diberikan di lingkungan laboratorium, walau biasanya masih terbatas pada demonstrasi hal teori, ataupun sekedar pengenalan kompiler yang ada atau banyak digunakan. Beberapa universitas telah mulai memperkenalkan penggunaan perangkat pembangun kompiler.
Telah banyak mahasiswa menggunakan dan memanfaatkan compiler/interpreter, tapi saat ini masih belum banyak muncul nama programmer Indonesia yang terlibat dalam proyek pembuatan compiler/interpreter. Mungkin hanya KILANG nya Prof. Dali S Naga (BASIC Indonesia), yang sempat terdengar, sayang sekarang sudah tidak ada jejaknya. Mungkin merilis KILANG dalam bentuk GPL seperti BWBASIC, adalah suatu langkah menarik untuk terus mengembangkan KILANG ini lebih lanjut.
Memang ada sekelompok programmer Indonesia yang sempat akan merilis bahasa pemrograman "BATAK" tetapi hingga saat ini belum terdengar kembali. Bahasa pemrograman, JAVA, BALI, MADURA, hanyalah namanya saja yang berbau Indoensia, tapi sedikit atau malah tidak ada keterlibatan pengembang dari Indonesia.
Tentu saja akan timbul pertanyaan "apa yang salah dalam pengajaran kompilasi ???" (INGAT SAYA TIDAK INGIN MENDISKREDITKAN SIAPAPUN DALAM PERNYATAAN INI). Hanya mencoba mencari langkah perbaikan yang mungkin bisa diterapkan.
Walaupun sedikit sekali atau nyaris tidak ada "lowongan pekerjaan" yang membutuhkan kemampuan mengembangkan compiler ini (silahkan baca di koran ataupun majalah), bukan berarti pengetahuan itu sama sekali tak dibutuhkan dalam dunia pemrograman sehari-hari. Pada dasarnya pengetahuan pembuatan kompiler (compiler construction) ini merupakan pengetahuan dasar komputasi yang sangat baik sekali. Pengetahuan ini dimanfaatkan pada beragam aplikasi nantinya. Misal teknik parsing, pengenalan pola teks, optimasi kode dan lain sebagainya. Bahkan suatu database engine pun di bagian "front end" selalu menggunakan parsing ini. Pengetahuan tentang kompilasi akan dapat memberikan landasan bagi programmer untuk menyusun program yang efektif dan efisien.
Ketika seseorang melakukan pemrograman, sebetulnya secara tidak sadar dia akan melakukan proses penambahan suatu bahasa. Misal pembuatan suatu fungsi (ataupun prosedur) pada dasarnya merupakan suatu proses "penambahan kosa-kata" dari bahasa pemrograman tersebut. Dari yang tadinya tidak memiliki fungsi tersebut hingga akhirnya ditambahkan suatu "vocabulary" untuk melakukan suatu fungsi tersebut. Untuk itulah pemahaman penyusunan kompiler merupakan suatu dasar yang utama dalam bidang ilmu komputer.
Kesenjangan Teori dan Praktek
Pada kasus pemahaman teknik kompilasi seringkali mahasiswa memiliki gap antara pemahaman teori yang mendasari pembuatan kompiler, lalu masalah parsing, scanner (bukan scanner yang buat men-scan gambar atau photo) serta "bagaimana menulis compiler/interpreter sesungguhnya (misal BASIC interpreter).
Ketika bicara kompiler, rata-rata pengetahuan mahasiswa/lulusan bersifat umum yaitu "trampil" menggunakan Integrated Development Environment (IDE) berbasiskan GUI. Bahkan pengetahuan pemakaian "make", "autoconf", pun masih langka dipahami para mahasiswa (termasuk mahasiswa Univ Gunadarma). Sedangkan ketika mereka bicara teori, yang terjadi hanyalah "hafalan" teori-teori otomata, parsing, grammar. Keterkaitan antara keduanya masih belum terjalin dengan mesra.
Sebelum dianggap menyalahkan siapa-siapa termasuk menyalahkan mahasiswa (salah satu kambing hitam favorit para dosen), saya mencoba menguraikan permasalahan ini. Ketidak-tertarikan para mahasiswa mempelajari bidang pembuatan kompiler ini mungkin didasarkan pada pelajaran teknik pembuatan kompiler yang sarat dengan pemahaman teori (misal automata, grammar, bahasa formal, matematika diskrit dan sebagainya).
Teori bagi sebagian besar mahasiswa merupakan "momok" bagi para mahasiswa dan mereka kurang tertarik mempelajarinya, dianggap hanyalah pelengkap untuk lulus menjadi saja. Mahasiswa kurang betah atau sabar mendengar pelajaran teori. Mungkin hal ini disebabkan (sengaja saya gunakan kata "mungkin" karena belum pernah dilakukan survei atau penelitian secara khusus) beberapa hal antara lain :
Para mahasiswa Indonesia tidak tertarik teori, karena merasa tidak ada manfaatnya pelajaran teori tersebut. Tidak dipungkiri dunia komputer (lapangan pekerjaan) masih membutuhkan orang-orang dengan "skill praktis" sehingga kebutuhan teori ini tidak dirasakan ada. Jelas ini menunjukkan seberapa "jauh" yang namanya industri TI di Indonesia. TI di Indonesia secara umum barulah berkembang pada "menjual produk TI" ataupun konfigurasi dan perkembangan yang bersifat "kustomisasi luar".
Rasa ketertarikan terhadap teori ini makin hilang, akibat materi yang diberikan di kelas terlalu jauh dengan kondisi praktis. Artinya ada "gap" antara teori dengan aplikasi teori tersebut di dunia nyata dalam bayangan mahasiswa (misal bidang komputer) Sebagai contoh, mahasiswa komputer mungkin akan tertarik bila tahu bahwa Analisa numeris itu dimanfaatkan untuk membuat "computer game" Ketimbang kita memberikan contohnya untuk hal lainnya yang terlalu teori. Begitu juga bila kita terangkan Turing Machine, atau Automata tanpa keterkaitan dengan praktek sehari-hari akan membuat mereka hanya menghafal atau malah tidur di kelas.
Kurikulum ataupun materi pelajaran yang memang tidak memberikan jalinan antara teori dan praktek. Teori berjalan sendiri-sendiri dan praktek begitu pula. Teori tidak atau kurang mengajak melihat implementasi dari teori tersebut (misal source code nyata dari teori itu).
Perangkat bantu yang pada tahun sebelumnya sulit diperoleh di Indonesia secara massal dan murah. Perangkat bantu yang ada sangat menghabiskan waktu bila ingin digunakan untuk menyusun sistem kompiler sesungguhnya.
Kurang adanya pengajar yang memahami baik teori dan praktek 8-). Banyak pengajar yang sangat baik pengetahuan teorinya tetapi minim pengetahuan prakteknya. Hal ini melanda beberapa mata kuliah teori. Begitu juga banyak pengajar yang sudah terlalu asyik dengan praktek, malas membahas teori. Simulator Automata
Saat ini dengan ketersediaan beragam perangkat bantu bebas (GPL) maka proses mengajarkan teori ini dapat dilakukan secara lebih menarik. Misal untuk menerangkan tentang konsep mesin Turing yang abstrak itu, dapat juga digunakan suatu simulator. Memang mesin Turing dapat juga di"demonstrasikan" dengan menggunakan "tissue WC - tissue gulung" seperti dalam buku Computer Power and Human Reason karangan Joseph Weizenbaum. Tapi jelas akan lebih mudah bila digunakan program bantu yang memungkinkan siswa merancang "instruction set" dan menjalankan instruction set, dan program yg didisain untuk mesin "khayalannya" itu.
Ada juga simulator (program) yang akan menjalankan mesin Turing sesuai masukan yang diberikan pengguna. Misal dapat diperoleh di http://www.csee.umbc.edu/~squire/cs451_sim.html#TM
Program ini tertulis dalam C++. Menerima masukan dari source kode. Sayangnya program ini tidak memberikan simulasi secara visual. Simulasi secara visual akan menarik siswa tahun ke 2-3 di Indonesia. Beberapa simulator yang memiliki tampilan visual dapat didownload dari Internet, antara lain:
Simulator Mesin Turing. Program ini memiki GUI berbasiskan Gtk.http://www.nuclecu.unam.mx/~arturo/gTuring/.
Visual Turing. Suatu IDE yang memungkinkan pengguna mengedit, menjalankan mesin Turing. Dengan editor visual yang memberikan fungsi Cut, Copy&Paste maka akan membantu proses simulasi. Mesin dapat juga dijalankan dengan breakpoint, step by step dan variabel dapat diperiksa.http://www.cheransoft.com/vturing/
Automaton Simulator. Program ini memungkinkan disimulasikan beberapa mesin teori termasuk deterministic finite automata, nondeterministic finite automata, deterministic push-down automata, Turing machines. Tertulis dalam bahasa JAVA.http://www.users.csbsju.edu/~cburch/proj/autosim/
Simulator Prosesor
Di samping simulator mesin teori, seringkali dalam memahami proses kompilasi perlu penjelasan dari tingkat instruksi di level prosesor. Untuk itu penjelasan akan lebih mudah dilakukan bila memanfaatkan suatu simulator prosesor. Memang sebetulnya pengetahuan instruksion set design ataupun simulator ini diperoleh di Arsitektur Komputer. Akan tetapi simulator prosesor ini dapat juga dimanfaatkan untuk memberikan pemahaman teknik pembuatan dan ekseskusi suatu kompilasi. Sehingga tahapan "menjalankan kompiler, dan hasil kompilasi yang dibentuk dapat berupa" : Program aplikasi bahasa A
V
Kompiler/interpreter bahasa A
V
Bahasa mesin prosesor X
V
Simulator prosesor X
V
Sistem Operasi "Host" (misal Windows, Linux dll)
Dengan cara itu mahasiswa dapat mempelajari bagaimana proses kompilasi dilakukan dan bagaimana dijalankan pada mesin virtualnya. Sehingga pengamatan dapat dilakukan dg mudah. Faktor lain adalah dg menggunakan "prosesor virtual" maka kita dapat mendefinisikan :
Prosesor X adalah suatu prosesor virtual yg sederhana
Bahasa A merupakan bahasa yg didisain mahasiswa secara sederhana (misal hanya bisa interger, dan operasi sederhana saja)
Kompiler yg disusun akan menghasilkan "kode biner" untuk proesor X yg sederhana tersebut (misal register terbatas, dan metoda pengalamatan terbatas)
Dengan cara di atas, student tidak dihadapi oleh "instruction set" yang kompleks, dan architecture processor, dan juga bahasa pemorgraman yg rumit. Tetapi konsep kompilasi dapat lebih mudah dipahami secara mendasar. ketimbang harus menggunakan prosesor "real" dan bahasa "real" yang jelas memiliki scope sangat luas.
Berikut ini adalah beberapa simulator prosesor yang dapat dimanfaatkan dalam memberikan pemahaman lebih dalam mengenai teori dan praktis kepada para mahasiswa.
mic1. mic1 ini berbasiskan Java yang mengimplementasikan arsitektur mikro Mic-1 pada Bab 4 buku Andrew S. Tanenbaum, Structured Computer Organization, http://www.ontko.com/mic1/
DLXOS. Merupakan suatu sistem "komputer" yang dijelaskan pada buku Arsitektur oleh Hennessy & Patterson. Sistem ini terdiri dari DLX Processor (instruction set dan spesifikasi), DLX hardware simulator, DLX compiler dan assembler, DLX Operating System. Karena semua tersedia source code, jadi dapat menjelaskan secara gamblang, bagaimana suatu sistem komputer dibangun, dari "prosesor" hingga "sistem operasi".http://www.cse.ucsc.edu/~elm/Software/Dlxos/index.shtml
MIX. Emulator ini ditulis oleh David A Smallberg (1982), dan mensimulasikan prosesor MIX (yang diteragnkan dalam buku milik Donald Knuth).http://www.swiss.ai.mit.edu/~adler/MIX/
MIXAL. Merupakan lingkungan mensimulasikan kerja MIX, MIX adalah model komputer yang merupakan penyederhanaan model CISC (Complex Instruction Set Computer), assembly dari model ini mirip dengan komputer sesungguhnya. Di situ ini terdapat tutorial dan juga SIMULASI GRAFIS.http://www.gnu.org/software/mdk/mdk.html
MMIX MMIX merupakan prosesor teoritis ciptaan Prof. Donald Knuth, yang merupakan penmgembangan dari MIX. Prosesor bertipe Reduced Instruction Set Computer (RISC). http://bitrange.com/mmix/ Untuk informasi lainnya tentang prosesor ini dapat dibaca di URL berikut inihttp://www-cs-faculty.stanford.edu/~knuth/mmix.htmlhttp://mmixmasters.sourceforge.net/
Demonstrasi Visual
Untuk mendemonstrasikan beberapa pronsep dasar tentang mekanisme kompilasi, maka dapat juga diginakan beberapa perangkat bantu al:
Pate. Pate merupakan perangkat bantu visual dan interatkfi untuk melakukan parsing, dan transformasi grammar. Pate dapat menyajikan secara tekstual ataupun visualisasi grafis dari turunan suatu grammar. Pada visualisasi grafis suatu tree parsing akan ditampilkan juga. Ditulis dalam JAVA.http://www.cs.duke.edu/~rodger/tools/pateweb/
JFLAP. JFLAP merupakan suatu paket grafis yang dapat digunakan untuk mengajarkan konsep Bahasa Formal dan Teori Automata. Awalnya ditulis dg C/C++ tapi sekarang tersedia dalam Java.http://www.cs.duke.edu/~rodger/tools/jflap/index.html
Literatur online
Dengan adanya Internet jelas memudahkan kita untuk memperbaiki materi, karena beberapa materi telah ada dan siap di-download (jadi alasan tidak ada dana buat beli buku, bisa dicoret, dan tidak ada sarana buat download bisa diabaikan karena hanya perlu ke kampus Margonda). Kalau alasan "malas baca" ya mau tidak bisa dan tidak perlu dibahas lagi.
Beberapa buku online ataupun materi kuliah berkaitan dengan teknik kompilasi dapat diperoleh di URL berikut ini.
Let's Build a Compiler, by Jack Crenshaw. Bahasa yang digunakan dalam bukut teks ini adalah PASCAL. Walau sudah cukup lama 1988-1996, materi ini cukup ringan ditulis sebagai pengantar pembuatan kompiler. Tersedia juga berkas siap download dalam format ZIP.http://compilers.iecc.com/crenshaw/
Compilers and Compiler Generators an introduction with C++ oleh P.D. Terry, Rhodes University, 1996.http://scifac.ru.ac.za/compilers/
Advanced Programming Language Design oleh Raphael Finkel.http://cseng.aw.com/book/related/0,3833,0805311912+20,00.html
Parsing Techniques - A Practical Guide oleh Dick Grune dan Ceriel J.H. Jacobshttp://www.cs.vu.nl/~dick/PTAPG.html
Introduction to Compilers (University of Manitoba - Canada) Di site ini juga tersedia catatan kuliah, dan slidenya. Sehingga dapat dimanfaatkan setelah dilakukan modifikasi bobot dan bahasanya.http://www.cs.umanitoba.ca/~cs329/notes.html
Introduction to Compilers. (Brown University) Ini adalah materi kuliah dari Brown University.http://www.cs.brown.edu/courses/cs126/
Automata and Formal Language Course. Materi dari Warwick University. Menggunakan JavaCChttp://www.dcs.warwick.ac.uk/~pwg/cs203/cs203index.html
A Bibliography of Compiler Constructionhttp://www.cs.qub.ac.uk/~D.McKeever/csc303/Reference/Bibliography.html
An Introduction to the Theory of Computation Eitan Gurari, Ohio State Universityhttp://www.cis.ohio-state.edu/~gurari/theory-bk/theory-bk.html
Review of existing LanguagesPerbandingan beberapa bahasa pemorgraman. Situs ini memberikan informasi singkat serta URL yang berkaitan dengan bahasa pemrograman. http://tunes.org/Review/Languages.html
Programming Language Research. Berisi tentang informasi mengenai riset, dan pengembangan bahasa pemrograman.http://www-2.cs.cmu.edu/~mleone/language-research.html
Tentu saja akan lebih memudahkan bila materi-materi buku tersebut di atas di "mirror" di server Univeristas-universitas. Sehingga memudahkan para dosen/mahasiswa untuk mencari materi. Saya memiliki daftar buku gratis/online lainnya, bila ada yang tertarik.
Perangkat bantu
Tentu saja, setelah perbaikan materi perkuliahan, materi praktikum atau latihan yang diberikan kepada para mahasiswa, sebaiknya disesuikan sehingga mahasiswa dapat lebih mudah mempelajari, bagaimana proses pembuatan suatu kompiler. Mahasiswa sebaiknya diajak bukan saja menggunakan suatu perangkat kompiler, tetapi juga melihat "ke dalam source code" suatu kompiler sesungguhnya. Jangan "silau dan terpaku" dengan bahasa pemrograman yg penuh dg "hype" sehingga tidak mempelajari hal mendasar ini.
Suatu compiler tentu saja biasanya ditulis dengan memanfaatkan bahasa pemrograman lain misal C, atau C++. Untuk memudahkan proses pengajaran bagaimana menulis kompiler, tentu tidak mungkin dilakukan dari awal menulis semua perangkat bantu (misal scanner dlsb). Untuk itu digunakan beberapa perangkat bantu untuk mempermudah proses pembuatan kompiler.
Perangkat bantu yang lazim digunakan untuk memberikan materi compiler biasanya adalah perangkat bantu scanner, lexical analyzer dlsb. Dapat digunakan seperti Flex, Bison, Lex, Yacc. Perangkat bantu ini tersedia secara bebas (FREE), ada yang dapat juga digunakan di atas platform DOS atau Linux yang tak membutuhkan perangkat keras terlalu tinggi. Jadi nggak perlu pakai alasan menunggu upgrade hardware) Beberapa informasi yang berkaitan dengan perangkat bantu ini :
Free Compiler Construction Toolshttp://www.thefreecountry.com/developercity/compiler.html
Gnu C Compilter (GCC). Banyk informasi mengenai compiler (terutama GCC)http://www.gnu.org/software/gcc/readings.html
Compiler Construction using Flex and Bisonhttp://cs.wwc.edu/~aabyan/464/Book/
A Compact Guide to Lex & Yacc by Thomas Niemannhttp://epaperpress.com/lexandyacc/index.html
TASSKAF. Bahasa TASSKAF ini merupakan subset dari Java. Dapat disusun suatu program ke byte code yang dapat dijalankan di Java Virtual Machine (JVM). Pada site tersebut juga tersedia informasi materi kuliah dengan LEX, YACC http://rw4.cs.uni-sb.de/~martin/COMP/TK/
GENTLE. Gentle ini merupakan perangkat bantu (toolkit) modern untuk menulis compier dan mengimplemntasikannya pada bahasa tertentu. Perangkat bantu ini mendukung semua proses translasi, dari definisi tree sintaks abstrak, pater matching, smart traversal dan lain sebagainya. Toolkit ini telah digunakan secara luas di riest dan industri.http://www.first.gmd.de/gentle/
ELI. Merupakan suatu lingkungan pemrograman yang memungkinkan membuat suatu implementasi bahasa pemrograman secara lengkap dari suatu sepsifikasi. Perangkat bantu ini menangani struktural analisis, analisis nama, type, value dlsb dan akan menghasilkan kode C.http://www.cs.colorado.edu/~eliuser/
SUIF. Tool ini merupakan perangkat bantu yang digunakan di proyek National Compiler Infrastructure di USA.http://suif.stanford.edu/suif/suif2/doc/
