1 סביבת זמן הריצה aho, sethi, and ullman – chapter 7 cooper and torczon – chapter 6

1

סביבת זמן הריצה

Aho, Sethi, and Ullman – Chapter 7

Cooper and Torczon – Chapter 6

2

גישור בין זמן הידור לזמן ריצה

של המהדר בקוד הקלטהסמנטימרכיב חשוב במסגרת הטיפול

רוב הסוגיות קשורות לטיפול בקריאות לפונקציות/פרוצדורותהקריאות – דינאמיות, בזמן ריצההטיפול – סטאטי, בזמן הידור

הקצאת כתובות זכרון לכלל המשתניםכתובות שערכן נקבע ומשתנה בזמן ריצה

linkage, ABIגישור בין המהדר למערכת הפעלה, מוסכמות

3

למה פונקציה?

separation of concernsמרכיב מאד חשוב בהנדסת תוכנה, 1.בלעדיו לא היינו מצליחים לכתוב תוכניות גדולות

מרכיב מאד משמעותי לקומפיילר2.

אבסטרקציה של בקרה – קריאה וחזרה מפונקציה1. הקומפיילר מפרש לאן צריך לקפוץ בפקודתreturn

הגדרת משתנים מקומיים2. הקומפיילר מזהה את התחום של כל משתנה

ממשק בין פונקציות3.הקומפיילר דואג לקישור פרמטרים ושמירה על מוסכמות

4

, למה את/ה מתכוון/נת?xכשאת/ה אומר/ת

מה תדפיס התוכנית הבאה?

var x: int;

function foo(): int is return x;

function bar(): int is var x: int;

x = 1;

return foo();

procedure main() is x = 0;

print bar();

5

תוצאות אפשריות

0התוכנית תדפיס C ,פסקל ,C++, Java ורוב השפות

ה"מודרניות"

1התוכנית תדפיס LISP, APL, Perl... ,(לפעמים)

התוכנית תדפיס הודעת שגיאהPHP

6

מה ההבדל?

Scoping איך מחליטים – לאיזו כתובת בזכרון

מתייחס כל שם

dynamic scopingחריג –

static scoping ההכרזה – המקיפה הקרובה ביותר

main ( )

{

int a = 0 ;

int b = 0 ;

{

int b = 1 ;

{

int a = 2 ;

printf (“%d %d\n”, a, b)

}

{

int b = 3 ;

printf (“%d %d\n”, a, b) ;

}


}


}

B0

B1

B3B3

B2

7

dynamic scopingמימוש

לכל שם יש מחסנית (יתכן ריקה). אפשר לנהלhash table.של שמות

שבו מוגדר משתנה: דחיפה של ההגדרה scopeכניסה ל-למחסנית.

מהמחסנית.pop שבו מוגדר משתנה: scopeיציאה מ-

גישה למשתנה: לפי ראש המחסנית.

האם אפשר לגלות גישות לא חוקיות (למשתנים לא קיימים) בזמן קומפילציה?

מה לגבי בדיקות טיפוסים?

8

static scopingמימוש

המשתנה אליו מתייחס הקוד ידוע בזמן קומפילציה.

לכן, ידועה גם הכתובת שבה שוכן המשתנה. הקצאת כתובות למשתנים היא חלק מתהליך

הקומפילציה.

אין שגיאות זמן-ריצה של "גישה למשתנה לא קיים".

9


למשל:

var x: int;

function foo(): int is return x;

function bar(): int is var x: int;

x = 1;

return foo();

procedure main() is x = 0;

print bar();

כתובת שהוקצתה עבורו

שם

432234x(גלובלי)

432238x בתוך) bar(

10


בדוגמה הבאה?bרק רגע: מה הכתובת של המשתנה

procedure fib(n: int) is var a: int;

var b: int;

if (n ≤ 1) return 0;

a = fib(n – 1);

b = fib(n – 2);

return a + b;

procedure main() is print fib(5);

.dynamic scopingשימו לב לכך שהבעיה לא קיימת במקרה של

11

גורמים המשפיעים על ארגון הזיכרון ע"י המהדר

האם פרוצדורות יכולות להיות רקורסיביות?

מה קורה לערכים של משתנים מקומיים עם סגירת ההפעלה הנוכחית של הפרוצדורה?

האם פרוצדורות יכולות להתייחס למשתנים לא מקומיים?

איך מועברים פרמטרים?

האם אפשר להעביר פרוצדורות כפרמטרים?

האם אפשר להקצות זיכרון באופן דינאמי? האם יש צורך לשחררו באופן דינאמי?

12

ארגון הזיכרון (הוירטואלי)

code

static data

stack

heap

גודל זה ידוע בזמן קומפילציה

המחסנית גדלה וקטנה בזמן ריצה. היא activation(מכילה רשומות הפעלה

records(

הקצאת זיכרון בשליטת התוכנית

top of stack →

משתניםגלובליים

13

הכתובות של משתנים מקומיים

בכל כניסה לפרוצדורה, מוסיפים רשומת הפעלה למחסנית

בכל יציאה, מסירים רשומת הפעלה

משתנים מקומיים הם חלק מרשומת ההפעלה של כל פרוצדורה

S-aכתובת של משתנה מקומי: Sהיא כתובת ראש המחסנית; משתנה בזמן ריצה a של המשתנה המקומיהיחסית היא הכתובת

!הכתובות היחסיות נקבעות בזמן קומפילציה

14

fibדוגמה: הפעלה של

… other parts of activation record …

n (addr: S-20)a (addr: S-16)b (addr: S-12)








פרמטרים הםמשתנים מקומיים.

15

מה עוד יש ברשומת הפעלה?

returned valueערך מוחזר; לעיתים -- רגיסטר

actual parametersפרמטרים אקטואליים; לעיתים רגיסטרים

optional control linkמצביע לרשומת ההפעלה של הפרוצדורה הקוראת

optional access linkדרוש לפעמים על מנת להתייחס למשתנים לא מקומיים

)display(

saved machine statusמצב המכונה לפני התחלת עבודתה של הפרוצדורה הנוכחית

local dataמשתנים מקומיים

temporariesערכי ביניים

16

מה עוד יש ברשומת הפעלה?

ערך החזרה מהפונקציה – במקרים רבים נשמר ברגיסטר ולא על המחסנית

בשפות תכנות מסוימות, כתלות בסוג ערך לא)struct ישמר ברגיסטר, intהחזרה (

הפרמטרים האקטואליים (ערכי הפרמטרים) מוכנסים למחסנית על-ידי הפונקציה הקוראת

כתובת החזרהמצב המכונה – מכיל בעיקר את

ערכי ביניים – למעשה, משתנים מקומיים שהקומפיילר יצר

17

תכנון המבנה של רשומות הפעלה

בתחילת הרשומה מקצים מקום

לגדלים הידועים בזמן קומפילציה

יש לתאם בין רשומות ההפעלה

של הפרוצדורה הקוראת לפרוצדורה

הנקראת

כמות / גודל ה- temporaries נקבעת

לעתים רק אחרי תהליך

האופטימיזציה

. . .

parameters and returned value

control link

links and saved status

temporaries and local data


control link



top_sp

caller’sresponsibility

callee’sresponsibility

caller’sactivation

record

callee’sactivation

record

18

תהליך הקריאה

הקורא מחשב את 1.הפרמטרים האקטואליים

הקורא שומר את כתובת 2.החזרה ואת ערכו הנוכחי

top_spשל

הקורא מקדם את3.top_sp

הפרוצדורה הנקראת 4.שומרת את הרגיסטרים

statusואת שאר ה- information

הפרוצדורה הנקראת 5.מאתחלת את המשתנים

ומתחילה לפעול

. . .


control link




control link





1

top_sp3

2

4

5

19

תהליך החזרה

הפרוצדורה הנקראת 1.מאכסנת את הערך

המוחזר במקום המתאים

הפרוצדורה הנקראת 2., top_spמשחזרת את

את ערכי הרגיסטרים, statusואת ה-

information

top_sp למרות ש-3.עודכן, ניתן לגשת לערך

המוחזר

. . .


control link




control link





1

2

2

top_sp

,3

20

פרוצדורות בתוך פרוצדורות: פסקל

) מוגדרת כאוסף של שגרות programבפסקל, תוכנית ()procedure ו/או function(

לכל שגרה יכולות להיות תת-שגרות

scopesכל תת-שגרה יכולה לגשת לכל מה שהוגדר ב-המכילים אותה

21


program p;

var x: Integer;

procedure a

var y: Integer;procedure b begin…b… end;

function c

var z: Integer;procedure d begin…d… end;

begin…c…end;

begin…a… end;

begin…p… end.

מה הכתובת של משתנהy מתוך הפרוצדורה d?

סדרת קריאות אפשרית:p→a→a→c→b→c→d

22


ברשומת ההפעלהaccess linksהפתרון:

מכיל מחוון לרשומת ההפעלה access linkכל של רמת הקינון שמעליו

-למשל, הaccess link של d מכיל מחוונים .cלרשומת ההפעלה של

נבנים בזמן ריצהaccess linksה-

שצריך "לטייל" ידוע בזמן linksמספר ה-קומפילציה

23


a

a

c

b

c

d

y

y

z

z

24

display

accessהבעיה: ניהול יעיל של ה-links

השיטה: ניהול מערך בעומק הקינון הסטטי ובו מצביע לכל סביבה סטטית

כשמופעלת פרוצדורה ברמת קינוןi:מבצעים את השינוי הבא

שומרים את הערך שלd [ i ] ברשומת ההפעלה החדשה

מעדכנים אתd [ i ] להצביע על רשומת ההפעלה החדשה

ביציאה מהפרוצדורה – מבצעיםאת התהליך ההפוך

saved d [ 2 ]

q(1, 9)

sd [ 1 ]

d [ 2 ]

25

display







saved d [ 2 ]

q(1, 3)

saved d [ 2 ]

q(1, 9)

sd [ 1 ]

d [ 2 ]

26

display







saved d [ 3 ]

p(1, 3)

saved d [ 2 ]

q(1, 3)

saved d [ 2 ]

q(1, 9)

sd [ 1 ]

d [ 2 ]

d [ 3 ]

27

display






ביציאה מהפרוצדורה – מבצעיםsaved d [ 2 ]את התהליך ההפוך

e(1, 3)

saved d [ 3 ]

p(1, 3)

saved d [ 2 ]

q(1, 3)

saved d [ 2 ]

q(1, 9)

sd [ 1 ]

d [ 2 ]

d [ 3 ]

28

)r-value (העברת ה- call by valueהעברת פרמטרים –

הערה: הערך יכול להיות מצביע

procedure exchange ( i, j : integer ) ;

var x : integer ;

begin

x := a [ i ] ; a [ i ] := a [ j ] ; a [ j ] := x

end

29

(העברת כתובות) call by referenceהעברת פרמטרים –

program reference (input, output) ;

var a, b : integer ;

procedure swap ( var x, y : integer ) ;

var temp : integer ;

begin

temp := x ;

x := y ;

y := temp

end ;

begin

a := 1 ; b := 2 ;

swap (a, b) ;

writeln ( ' a = ' , a ) ; writeln (' b = ' , b )

end .

by referenceגורם להעברה

30

copy restoreהעברת פרמטרים –

מעבירים ערכים; עם החזרה מעתיקים את הערכים החדשים לכתובות המקוריות

program copyout ( input, output ) ;

var a : integer ;

procedure unsafe (var x : integer ) ;

begin x := 2 ; a := 0 end ;

begin

a := 1 ; unsafe ( a ) ; writeln ( a )

end.

1 סביבת זמן הריצה aho, sethi, and ullman – chapter 7 cooper and torczon – chapter 6

Documents