SUBPROGRAM DAN IMPLEMENTASINYA Pertemuan 7

2. SUBPROGRAM DAN IMPLEMENTASINYAPertemuan 7 Matakuliah : KONSEP BAHASA PEMROGRAMAN Tahun : 2010

3. Outline Materi • Pendahuluan • Konsep dasar subprogram • Isu desain subprogram • Lingkungan referensi lokal • Metode pengiriman parameter • Parameter yang berbentuk nama subprogram • Overloaded Subprograms • Generic Subprograms • Isu desain fungsi • User-Defined Overloaded Operators • Coroutine • Semantik call dan return • Implementasi ubprograms sederhana • Implementasi subprogram dengan variabel lokal stack-dynamik • Nested Subprograms • Blocks • Implementasi lingkup dinamik

4. Pendahuluan • Tipe abstraksi • Abstraksi proses • Subprogram • Dikenal sejak awal pemrograman • Meningkatkan readability dengan mengekspose struktur logik sementara detilnya disembunyikan . • Abstraksi data • TDA • Dikenalkan dalam tahun 80-an • Terdiri dari data dan himpunan operasi • C int : +, -, *, / , %

5. Fundamental Subprogram • Setiap subprogram mempunyai single entrypoint • Calling program (caller) ditunda selama eksekusi subprogram yang dipanggil • Kendali kembali ke caller saat ekseklusi called subprogram berakhir • Alternatif: • Co routines, subprogram dengan multi-entries • Concurrent unit • Metode OOP

6. Definisi • Subprogram definition menguraikan antar-muka ke dan dari subprogram • Subprogram call adalah permintaan eksplisit agar subprogram dieksekusi • Subprogram header adalah bagian pertama dari definisi termasuk nama, tipe subprogram dan parameter formal • FORTRAN SUBROUTINE ADDER (parameter) • Ada procedure ADDER (parameter) • C void adder (parameter) • Parameter profile (i.e. signature) dari subprogram adalah banyak, urutan dan tipe parameter • Protocol adalah parameter profile subprogram dan jika ia fungsi, return type nya. • Subprogram declaration adalah protocol, tidak termasuk tubuh fungsi, dari subprogram • Deklarasi fungsi di C dan C++ kerap disebut prototypes

7. Parameter • Isu • Akses ke non-lokal: mengurangi reliabilitas, atau • passing parameters: lebih luwes • Tipe parameter • Formal parameter adalah variabel dummy yang didaftar dalam subprogram header dan digunakan dalam subprogram • Actual parameter adalah nilai atau alamat yang digunakan dalam pemanggilan subprogram (call statement)

8. Korespondensi Parameter Aktual-Formal • Posisional • Pengikatan parameter aktual ke formal melalui posisinya; parameter aktual pertama diikat ke parameter formal pertama dan seterusnya. • Aman dan efektif • Daftar parameter pendek • Keyword • Nama parameter formal dan formal diikat melalui kata kunci • Daftar parameter panjang • Parameter dapat muncul disembarang lokasi • Harus tahu nama parameter

9. Nilai default Parameter Formal • Dalam bahasa tertentu (e.g., C++, Ada), parameter formal dapat mempunyai nilai default yang digunakan jika tidak ada parameter aktual di kirim • Di C++, parameter default harus muncul terakhir karena parameter adalah positionally associated. Tak ada keyword parameter • float computePay (float income, float taxRate, int exemption = 1); • C# dapat menerima banyak parameter bervariasi asalkan mereka sama tipenya.

10. Prosedur dan Fungsi • Ada dua kategori subprogram • Procedures adalah koleksi pernyataan yang mendefinisikan komputasi berparameter; diaktifkan dengan pernyataan call ; menghasilkan nilai dengan cara • Mengubah parameter formal melalui transfer data • Mengubah nonlocal yang bukan parameter formal • Functions secara struktur mirip prosedur tetapi secara semantik dimodel pada fungsi matematika • Dipanggil melalui namanya dalam ekspresi • Hasil dikembalikan dan mengganti caller • Diekspektasi tidak ada efek samping • Prakteknya, fungsi mempunyai efek samping

11. Isu Desain • Apa metode pengiriman parameter yang disediakan? • Apakah tipe parameter di-cek? • Apakah variabel lokal statik atau dinamik? • Dapatkah definisi subprogram muncul dalam definisi subprogram lain? • Dapatkah subprogram di-overload? • Dapatkan subprogram generik? • Kasus di C/C++ • Hanya fungsi tetapi perilaku seperti subprogram/prosedur • Tidak ada nilai balik didefinisikan sebagai void • S and alone call ke fungsi void adalah legal void sort (int list[ ], int listLen); … sort (scores, 100);

12. Lingkungan Referensi Lokal • Didefinisikan dalam subprogram • Variabel lokal dapat stack-dynamic • Keuntungan • Mendukung rekursi • Ruang untuk lokal di-share diantara beberapa subprogram • Kerugian • Alokasi/de-alokasi, waktu inisialisasi • Pengalamatan tidak langsung • Subprogram tidak dapat history sensitive • C/C++: lokal adalah stack dynamic kecuali di-declare sebagai statik • Variabel lokal mungkin statik • Lebih efisien i.e. akses langsung • Tak ada run-time overhead • History sensitive • Tidak mendukung recursion

13. Metode Pengiriman Parameter • Cara bagaimana parameter di-transmit ke dan/atau dari subprogram • Pass-by-value (mode in) • Pass-by-result (mode out) • Pass-by-value-result (mode inout) • Pass-by-reference (mode inout) • Pass-by-name (mode inout)

14. Model Pengiriman Parameter

15. Pass by Value • Nilai parameter aktual digunakan untuk inisialisasi parameter formal pasangannya. • Biasanya diimplementasikan melalui copying. • Data aktual di-transfer sehingga akses lebih efisien • Dapat diimplementasikan dengan mengirim jalur akses tetapi tidak dianjurkan • Jika copy digunakan, dibutuhkan tambahan ruang • Costly, i.e. tambahan ruang dan operasi copy

16. Pass by Result • Jika parameter di passed by result, tak ada nilai dikirim ke subprogram; lokal dikirim balik ke caller • Parameter formal pasangannya berlaku sebagai variabel lokal; nilainya dikirim balik ke parameter aktual saat kendali dikembalikan ke caller. • Membutuhkan ruang tambahan dan operasi copy • Potensi masalah: parameter aktual collision procedure sub (y: int, z: int) … sub(p1, p1); apapun parameter formal yang di-copy balik akan menjadi nilai p1 nilai p1 tergantung pada urutan assignment di return; masalah portabilitas • Dua waktu berbeda untuk evaluasi alamat aktual • Pada waktu call, atau • Padawaktu return

17. Pass by Value-Result • Kombinasi pass-by-value dan pass-by-result • Aktual di-copy ke formal dan kemudian copy balik. • Kadang-kadang disebut pass-by-copy • Parameter formal mempunyai local storage • Kerugian : • Sama dengan pass-by-result dan pass-by-value

18. Pass by Reference • Kirim jalur akses biasanya alamat • Aktual di-share sehingga disebut pass-by-sharing • Proses pengiriman efisien (waktu, ruang, tak ada copying dan tak ada duplikasi storage) • Kerugian • Akses lambat, dibandingkan dengan pass-by-value, ke parameter formal • Potensi terjadi efek samping yang tak diinginkan • Potensi alias yang tak diinginkan

19. Pass by Reference (lanjutan) • Meng-create alias • Parameter aktual collisions • void fun(int* first, int* second); • fun(&total, &total); • first dan second akan aliases • Elemen array collisions • fun(&list[i], &list[j]); // if i=j • Collision antara elemen array dan elemen array yang di-pass sebagai nama array • Fun1(&list[i], &list); • Collision antara formal dan non-local

20. Pass by Reference (lanjutan) • int* global; void sub(int* local){ void main() { extern int* global; extern int* global; … … } sub(global); } • Dalam sub, lokal dan global adalah aliases • Kerugian dengan aliases: mengganggu readability sehingga mengganggu reliability • Gunakan pass by value result bukannya pass by reference untuk menghilangkan aliases

21. Pass by Name • Substitusi tekstual ke formal • Formal diikat ke metode akses saat call, tetapi pengikatan aktual ke nilai atau alamat terjadi saat referensi atau penugasan • Memungkinkan fleksibilitas dalam late binding • Pengikatan dinamik dan polimorfisme (OOPL) • Lazy evaluation • Evaluasi short circuit dari B-ekspresi • Evaluasi semua ekspresi di bahasa fungsional Haskel • Semantiks • Jika aktual skalar, pass by reference • Jika aktual adalah ekspresi konstan, pass by value • Jika aktual elemen array, like nothing else • Jika aktual adalah ekspresi yang memuat variabel, like nothing else

22. Implementasi Pengiriman Parameter • Dalam kebanyakan bahasa komunikasi parameter terjadi melalui run-time stack • Pass-by-reference yang paling sederhana untuk diimplementasikan; hanya alamat yang perlu diletakkan di stack • Eror fatal mungkin terjadi dengan pass-by-reference dan pass-by-value-result: parameter formal yang berpasangan dengan konstanta dapat secara tak sengaja diubah

23. Implementasi Pengiriman Parameter (lanjutan) • Fortran • Selalu menggunakan model semantik inout • Sebelum Fortran 77: pass-by-reference • Fortran 77 dan berikutnya: skalar kerap menggunakan passed by value-result • C • Pass-by-value • Pass-by-reference dilakukan menggunakan pointers sebagai parameters tetapi tak ada yang dikirim balik • C++ • Tipe pointer khusus disebut reference untuk pass-by-reference; de-referensi secara implisit • Java • Semua parameter di passed by value • Parameter object di passed by reference • Skalar tak dapat di passed by reference karena variabel reference tak dapat menunjuk skalar dan Java tidak punya pointer

24. Implementasi Pengiriman Parameter (lanjutan) • Ada • Tiga mode semantik pengiriman parameter : in, out, in out; mode default adalah in • Parameter formal yang di-declareout dapat di-assign tetapi tidak direferensi; yang di-declarein dapat direferensi tetapi tidak di-assign; parameter in out dapat direferensi dan di-assign • C# • Metode default : pass-by-value • Pass-by-reference dispesifikasi dengan cara parameter formal dan aktual didahului dengan ref • PHP: sangat mirip dengan C# • Perl: semua parameter aktual secara implisit diletakkan dalam predefined array named @_

25. Pencekan Tipe Parameter • Sangat penting untuk reliability • FORTRAN 77 dan C asli : tidak • Pascal, FORTRAN 90, Java, dan Ada: selalu diperlukan • ANSI C dan C++: pilihan dibuat oleh pengguna • Prototipe • Bahasa-bahasa baru seperti Perl, JavaScript, dan PHP tidak memerlukan pencekan tipe

26. Array Multidimensi sebagai Parameter • Jika array multidimensi dikirim ke subprogram dan subprogram dikompail secara terpisah, kompilator perlu mengetahui ukuran array yang dideklarasikan untuk menentukan ruang untuk fungsi pemetaan • Kasus di C/C++ • Pemrogram diharuskan untuk memasukkan semua ukuran deklarasi kecuali subskrip pertama dalam parameter aktual; untuk array dua dimensi kita perlu tahu banyak kolom bukannya banyak baris • Masalah : Tidak memungkinkan menulis fungsi yang dapat menerima array dengan banyak kolom berbeda sehingga tidak memungkinkan menulis program yang luwes. • Solusi: kirim pointer ke array dan ukuran dimensi sebagai parameter yang lain; pengguna harus memasukkan storage mapping function menggunakan aritmatika pointer

27. Array Multidimensi sebagai Parameter di sejumlah bahasa • Pascal • Tak ada masalah karena ukuran deklarasi adalah bagian dari tipe array • Ada • Constrained arrays – seperti Pascal • Unconstrained arrays – ukuran deklarasi adalah bagian dari deklarasi obyek • Fortran • Parameter formal yang dipunyai array dideklarasi sesudah header • Untuk array dimensi satu, subscript tidak relevan • Untuk array multi-dimensi , subscripts menentukan storage-mapping function • Java dan C# : mirip ada • Array adalah obyek; mereka semua adalah dimensi satu tetapi elemennya dapat berupa array • Setiap array mewarisi named constant (length di Java, Length di C#) yang di-set ke panjang array saat obyek array di-create

28. Isu Desain Pengiriman Parameter • Dua pertimbangan utama • Efisiensi • Transfer data: one-way atau two-way • Tetapi ada konflik pada pertimbangan di atas • Pemrograman yang baik menganjurkan akses terbatas pada variabel, yang berarti jika mungkin one-way • Tetapi pass-by-reference lebih efisien untuk mengirim struktur yang ukurannya signifikan

29. Parameter berbentuk Nama Subprogram • Kadang-kadang menyenangkan untuk mengirim nama subprogram sebagai parameter • Isu: • Apakah parameter dicek tipenya? • Apa lingkungan referensi yang benar untuk subprogram yang dikirim sebagai parameter?

30. Parameter berbentuk Nama Subprogram: Pencekan Tipe • C dan C++: fungsi tak dapat dikirim sebagai parameter tetapi pointer ke fungsi dapat dikirim; parameter dapat dicek tipenya • FORTRAN 95 cek tipe • Pascal versi akhir dan Ada tidak membolehlan subprogram sebagai parameter; sebagai alternatif diberikan melalui fasilitas Ada’s generik

31. Parameter berbentuk Nama Subprogram: Lingkungan Referensi • Shallow binding: Lingkungan pernyataan call yang mempengaruhi pengiriman subprogram • Deep binding: Lingkungan dari definisi subprogram yang dikirim • Ad hoc binding: Lingkungan dari pernyataan call yang mengirim subprogram

32. Overloaded Subprogram • Overloaded subprogram adalah subprogram yang mempunyai nama yang sama dengan subprogram lain dalam lingkungan referensi yang sama. • Setiap versi overloaded subprogram mempunyai protokol unik, i.e. harus berbeda dari yang lain dalam hal banyak, urutan atau tipe parameter atau tipe nilai balik jika berbentuk fungsi. • C++, Java, C#, dan Ada mencakup predefined overloaded subprograms • Di Ada, tipe balik dari overloaded function dapat digunakan untuk tidak membingungkan calls (jadi dua overloaded functions dapat mempunyai parameter yang sama) • Ada, Java, C++, dan C# memungkinkan pengguna untuk menulis banyak versi subprogram dengan nama yang sama

33. Subprogram Generik • Generic atau polymorphic subprogram mempunyai tipe parameter berbeda pada aktivasi berbeda • Overloaded subprogram adalah ad hoc polymorphism • Subprogram yang mempunyai generic parameter yang digunakan dalam ekspresi yang menguraikan tipe parameter subprogram adalah parametric polymorphism

34. Polimorfisme Parametrik : C++ • template <template parameter> • Definisi fungsi yang mencakup template parameter template <class Type> Type max(Type first, Type second) { return first > second ? first : second; } • Template di atas dapat di-instantiate untuk sembarang tipe untuk mana operator > didefinisikan int max (int first, int second) { return first > second? first : second; }

35. Isu Desain Fungsi • Apakah efek samping dimungkinkan? • Parameter seharusnya selalu mode in untuk mengurangi efek samping seperti Ada • Tipe nilai balik apa yang dibolehkan? • Kebanyakan bahasa imperatif membatasi tipe balik • C membolehkan sembarang tipe kecuali array dan fungsi • C++ seperti C tetapi juga membolehkan tipe user-defined • Ada membolehkan sembarang tipe • Java dan C# tidak punya fungsi tetapi method dapat mempunyai sembarang tipe

36. Operator Overloaded User-Define • Operator dapat di-overload di Ada dan C++ • Contoh Ada Function “*”(A,B: in Vec_Type): return Integer is Sum: Integer := 0; begin for Index in A’range loop Sum := Sum + A(Index) * B(Index) end loop return sum; end “*”; … c = a * b; -- a, b, and c are of type Vec_Type

37. Co-routine • Coroutine adalah subprogram yang mempunyai multiple entries dan mengkontrol dirinya sendiri • Juga disebut symmetric control: caller dan called coroutines adalah setara basisnya • A coroutine call disebut resume • Resume pertama adalah keawal coroutine, tetapi call berikutnya masuk di titik sesudah pernyataan terakhir yang dieksekusi dalam coroutine • Coroutine mengulangi resume satu sama lain, mungkin seterusnya • Coroutines menyediakan quasi-concurrent execution dari unit program (the coroutines); ekselusinya interleave, tetapi tidak overlapped

38. Ilustrasi Co-routine (1)

39. Ilustrasi Co-routine (2)

40. Ilustrasi Co-routine (3)

41. Semantik Call dan Return • Operasi subprogram call dan return suatu bahasa bersama-sama disebut subprogram linkage • Subprogram call mempunyai berbagai aktivitas yang berasosiasi dengannya yaitu • Metode pengiriman parameter • Variabel lokal statik • Eksekusi status calling program • Transfer kendali • Subprogram nesting

42. Semantik Call dan Return Program Sederhana • Call • Simpan status eksekusi dari caller • Lakukan proses pengiriman parameter • Kirim alamat kembali ke callee • Transfer kendali ke callee • Return • Jika digunakan pass-by-value-result, kirim nilai parameter formal ke parameter aktual pasangannya. • Jika fungsi , kirim nilai fungsi ke tempat caller dapat mengakssesnya • Restore status eksekusi dari caller • Transfer kendali kembali ke caller

43. Implementasi Suprogram Sederhana • Dua bagian terpisah : bagian kode aktual dan nonkode (variabel lokal dan data yang dapat diubah) • Format dari bagian nonkode yang dieksekusi disebut activation record • Activation record instance (ARI) adalah contoh kongkrit dari record aktivasi (koleksi data untuk aktivasi subprogram tertentu) • Record aktivasi subprogram sederhana

44. Kode dan Record Aktivasi Subprogram Sederhana • Kode dan record aktivasi program sederhana

45. Implementasi subprogram dengan variabel lokal stack-dynamic • Record aktivasi lebih kompleks • Kompilator harus men-generate kode untuk melakukan alokasi dan de-alokasi variabel lokal secara implisit • Rekursi harus didukung dengan menambah peluang aktivasi multiple subprogram secara simultan

46. Tipikal Record Aktivasi dengan Variabel Lokal Stack-Dynamic

47. Record Aktivasi dengan Variabel Lokal Stack-Dynamic • Format record aktivasi adalah statik tetapi ukurannya mungkin dinamik • Dynamic link menunjuk top ARI caller • ARI dibentuk secara dinamik saat subprogram dipanggil • Run-time stack

48. Contoh Fungsi C void sub(float total, int part) { int list[4]; float sum; … }

49. Contoh Tanpa Rekursi void A(int x) { int y; ... C(y); ... } void B(float r) { int s, t; ... A(s); ... } void C(int q) { ... } void main() { float p; ... B(p); ... }

50. Contoh tanpa Rekursi