Lisp/Racket and Implementation (2) Translation (a.k.a. - PowerPoint PPT Presentation

9/25/15 How ¡to ¡implement ¡ a ¡programming ¡ language Interpretation An ¡ interpreter written ¡ in ¡the ¡ implementation ¡ language ¡ reads ¡ a ¡program ¡written ¡ in ¡the ¡ source ¡language ¡ and ¡ evaluates it. Lisp/Racket ¡and ¡Implementation ¡(2) Translation ¡(a.k.a. ¡compilation) An ¡ translator ¡ ( a.k.a. compiler) ¡ written ¡ in ¡the ¡ implementation ¡ language reads ¡a ¡program ¡ written ¡in ¡the ¡ source ¡language and ¡ Interpretation, ¡Translation, ¡and ¡everything ¡in ¡between translates it ¡to ¡an ¡equivalent ¡ program ¡ in ¡the ¡ target ¡ language. Programs ¡as ¡Data If ¡time: ¡Implementing ¡Racket ¡in ¡Racket -­‑ hands-­‑on But ¡now ¡we ¡need ¡implementations ¡of: -­‑ how ¡Lisp ¡was ¡first ¡implemented implementation ¡language target ¡language Metacircularity How ¡to ¡implement ¡ a ¡programming ¡ language Interpreter ¡Rule Lisp ¡in ¡Lisp ¡/ ¡Racket ¡ in ¡Racket: ¡ eval • Python ¡in ¡Python: ¡PyPy P-­‑in-­‑L ¡program L ¡interpreter ¡machine • Java ¡in ¡Java: ¡ Jikes RVM, ¡Maxine ¡VM • P ¡machine … • Translator ¡Rule C-­‑to-­‑x86 ¡compiler ¡in ¡C • P-­‑in-­‑S ¡program S-­‑to-­‑T ¡translator ¡machine • Let's ¡try ¡to ¡draw ¡out ¡that ¡proof ¡of ¡existence... P-­‑in-­‑T ¡program Prove ¡how ¡to ¡implement ¡a ¡"251 ¡web ¡page ¡machine" ¡using: • 251-­‑web-­‑page-­‑in-­‑HTML ¡program ¡(a ¡web ¡page ¡written ¡in ¡HTML) • HTML-­‑interpreter-­‑in-­‑C ¡program ¡(a ¡web ¡browser ¡written ¡in ¡C) • C-­‑to-­‑x86-­‑translator-­‑in-­‑x86 ¡program ¡(a ¡C ¡compiler ¡written ¡in ¡x86) • x86 ¡interpreter ¡machine ¡(an ¡x86 ¡computer) 1

9/25/15 Compiler Typical ¡Compiler C ¡Source ¡ x86 ¡Target ¡ Program C ¡Compiler Program Source ¡ Lexical ¡Analyzer Program if (x == 0) { cmp (1000), $0 Syntax ¡Analyzer x = x + 1; bne L Analysis Semantic ¡Analyzer } add (1000), $1 ... L: Intermediate ¡Code ¡ Synthesis ... Generator Code ¡Optimizer x86 ¡Targe t ¡ Program Code ¡Generator Output x86 ¡computer Target ¡ Data Program 5 6 Interpreters Interpreters ¡vs Compilers Interpreters No ¡work ¡ahead ¡of ¡time Source ¡ Incremental Program maybe ¡inefficient Compilers Interpreter ¡= All ¡work ¡ahead ¡of ¡time See ¡whole ¡program ¡(or ¡more ¡of ¡program) virtual ¡machine Time ¡and ¡resources ¡for ¡analysis ¡and ¡optimization Output Data 7 2

9/25/15 Compilers... ¡whose ¡output ¡is ¡interpreted Java ¡Compiler Source ¡ Source ¡ Target ¡ Target ¡ Program Java ¡Compiler Program Java ¡Compiler Program Program if (x == 0) { load 0 x = x + 1; ifne L Target ¡ } load 0 Program Java ... inc Output Virtual store 0 Machine L: Data ... (compare compiled C to compiled Java) Doesn’t ¡this ¡look ¡familiar? 9 10 Interpreters... ¡that ¡use ¡compilers. JIT ¡Compilers ¡and ¡Optimization Source ¡ Source ¡ Program Program Compiler • HotSpot JVM Just ¡In ¡Time ¡ • Jikes RVM Compiler • SpiderMonkey Compiler • v8 Target ¡ • T ransmeta Program Virtual • ... Output Target ¡ Performance Machine Monitor Program Output Data Virtual Machine Data 11 12 3

9/25/15 Virtual ¡Machine ¡Model Remember: ¡language ¡!= ¡implementation Easy ¡to ¡confuse ¡"the ¡way ¡this ¡language ¡ is ¡usually ¡ implemented" ¡ or ¡"the ¡implementation ¡ I ¡use" ¡with ¡"the ¡language ¡ itself." High-­‑Level ¡ Language ¡ Program ¡ Bytecode Ahead-­‑of-­‑time compiler compiler Java ¡ and ¡Racket ¡can ¡be ¡compiled ¡to ¡x86 compile ¡time Virtual ¡Machine ¡ Language run ¡time C ¡can ¡be ¡interpreted ¡in ¡Racket JIT Virtual ¡machine compiler (interpreter) x86 ¡can ¡be ¡compiled ¡to ¡JavaScript Native ¡ Machine ¡Language 13 Programs ¡as ¡Data Racket ¡programs ¡ look ¡a ¡lot ¡like… Symbols: ¡ 'a • Number ¡and ¡boolean symbols ¡identical ¡to ¡values: ¡' #f is ¡ #f Atoms: symbols, ¡numbers, ¡booleans, ¡null General ¡quoting: • 1 2 3) produces ¡a ¡value ¡DrRacket draws ¡as ¡ '(1 (list 2 3) • 1 2) is ¡the ¡same ¡as ¡ (list '(cons 'cons '1 '2) • '(lambda (x) (+ x x)) is ¡the ¡same ¡as (list 'lambda (list 'x) (list '+ 'x 'x)) 4