कंपाइलर की संरचना: विश्लेषण–संश्लेषण मॉडल (Compiler Structure: Analysis–Synthesis Model of Compilation)

Compiler Structure कंपाइलर डिजाइन का सबसे महत्वपूर्ण भाग है। यह बताता है कि कंपाइलर किसी प्रोग्राम को समझने (Analysis) और फिर मशीन कोड बनाने (Synthesis) के लिए कैसे कार्य करता है। कंपाइलर की पूरी कार्यप्रणाली को दो मुख्य भागों में बाँटा जाता है — Analysis Phase और Synthesis Phase। इन्हें मिलाकर कहा जाता है Analysis–Synthesis Model of Compilation।

📘 कंपाइलर संरचना का परिचय (Introduction to Compiler Structure)

कंपाइलर की संरचना इस तरह बनाई जाती है कि यह किसी प्रोग्राम के हर चरण को चरणबद्ध ढंग से संसाधित करे। यह विभिन्न मॉड्यूल्स (modules) से मिलकर बना होता है जो source code से target code तक transformation करते हैं।

🧩 कंपाइलर के दो मुख्य भाग (Main Parts of a Compiler)

• 🔹 Analysis (Front-end): प्रोग्राम को समझने का कार्य करता है।
• 🔹 Synthesis (Back-end): मशीन कोड जनरेट करने का कार्य करता है।

⚙️ 1️⃣ विश्लेषण चरण (Analysis Phase)

Analysis चरण का उद्देश्य है — सोर्स कोड को समझना और उसकी आंतरिक संरचना (internal representation) बनाना। यह चरण प्रोग्राम के सभी grammatical और semantic aspects को जांचता है।

📗 चरण:

1. Lexical Analysis: सोर्स कोड को टोकन (tokens) में विभाजित करता है।
2. Syntax Analysis: व्याकरणिक संरचना की जांच करता है (Parse Tree बनाता है)।
3. Semantic Analysis: अर्थपूर्ण त्रुटियों की जांच करता है (Type checking)।
4. Intermediate Code Generation: सोर्स कोड को एक intermediate representation (IR) में बदलता है।

🧠 आउटपुट:

Analysis Phase का परिणाम होता है — Intermediate Code और Symbol Table।

⚙️ 2️⃣ संश्लेषण चरण (Synthesis Phase)

यह चरण intermediate code को target machine code में परिवर्तित करता है। इसमें optimization और final code generation शामिल होता है।

📗 चरण:

1. Code Optimization: Intermediate code को अधिक कुशल बनाता है।
2. Code Generation: Machine-level या Assembly-level instructions बनाता है।
3. Code Linking & Loading: Executable file तैयार करता है।

📊 कंपाइलर संरचना का चित्र (Diagrammatic Representation):

          Source Code
               |
        -----------------
        |   Analysis    |
        -----------------
       /       |        \
Lexical   Syntax   Semantic
Analysis  Analysis  Analysis
               |
      Intermediate Code
               |
        -----------------
        |   Synthesis   |
        -----------------
         |     |       |
   Optimization  Code Generation
               |
           Machine Code

🧩 फ्रंट-एंड और बैक-एंड (Front-end vs Back-end)

पैरामीटर	Front-end (Analysis)	Back-end (Synthesis)
मुख्य कार्य	सोर्स को समझना	कोड बनाना
इनपुट	Source Code	Intermediate Code
आउटपुट	Intermediate Code	Target Code
Modules	Lexer, Parser, Semantic Analyzer	Optimizer, Code Generator

📚 Intermediate Representation (IR):

IR दोनों phases के बीच का माध्यम है। यह सोर्स कोड और मशीन कोड के बीच एक पुल का कार्य करता है। उदाहरण — Three Address Code, Syntax Trees, DAG आदि।

उदाहरण:

a = b + c * d
IR:
t1 = c * d
t2 = b + t1
a = t2

🚀 आधुनिक कंपाइलर में Analysis–Synthesis Model की भूमिका (Role in Modern Compilers):

• 🔹 Modularity: कोड को विभिन्न phases में बाँटने से debugging आसान।
• 🔹 Optimization: अलग-अलग stages पर बेहतर performance tuning।
• 🔹 Portability: एक ही front-end को कई back-ends के साथ उपयोग किया जा सकता है (जैसे LLVM)।
• 🔹 Machine Independence: Intermediate Code का उपयोग।

📙 निष्कर्ष:

Analysis–Synthesis Model कंपाइलर डिजाइन की नींव है। यह मॉडल न केवल कोड को प्रभावी ढंग से रूपांतरित करता है, बल्कि modular architecture प्रदान करके आधुनिक कंपाइलर्स (जैसे GCC, LLVM) को शक्तिशाली और पुन: प्रयोज्य बनाता है। 2025 में, इस मॉडल पर आधारित स्मार्ट और AI-सक्षम कंपाइलर डेवलपमेंट तेजी से बढ़ रहा है।