Kjøresystemer. Hva er et kjøresystem? Den abstrakte maskinen SIMPLESEM (2.6) Klassifisering av språk: Parametre (2.7.7) Statiske språk (

Transkript

1 Kjøresystemer Hva er et kjøresystem? Den abstrakte maskinen SIMPLESEM (2.6) Klassifisering av språk: Statiske språk ( ) FORTRAN, COBOL Stakk-baserte språk ( ) ALGOL 60 Dynamiske språk ( ) SIMULA Parametre (2.7.7) 1

2 Hva er et kjøresystem? Når et program kompileres, blir det oversatt til maskinkode. Dette utgjør imidlertid ikke et komplett program: Biblioteksfunksjoner som VTUW og SULQWI må med. Operasjoner prosessoren ikke har støtte for, må erstattes med et kall på en kjøresystemrutine, f.eks. long a, b; a = b L; hvis maskinen ikke kan addere 32-bits heltall. Diverse bokholderi. Vi skal ta for oss det siste. 2

3 Bokholderi Variable Hvordan settes det av plass? Hvordan fjernes de igjen? Hvordan finner man variablene? Rutiner Hvordan kaller man en rutine? Hvordan kommer man tilbake fra en rutine? Hvordan overfører man parametre? Blokker Hvordan går man inn og ut av blokker? 3

4 ip Maskinen SIMPLESEM C D C er et kodelager, adressert fra 0. ip (instruksjonspeker) peker på neste instruksjon i C (initielt 0). D er et datalager, adressert fra 0. 4

5 SIMPLESEM - adressering D[X] angir verdien med adresse X i datalageret D. Dvs: X er en l-verdi med tilhørende r-verdi D[X] Tilsvarende for C. SIMPLESEM - instruksjonsløkken For hver instruksjon gjør SIMPLESEM følgende: Hent neste instruksjon: &>LS@ Øk ip: LS LS Utfør instruksjonen 5

6 SIMPLESEM - instruksjonene VHW plasserer verdier i D: VHW'>@ VHWUHDG VHWZULWH'>@ VHW'>@'>@ MXPS hopper ved å sette ip: MXPS MXPS'>@ MXPSW hopper hvis betingelsen er sann: MXPSW'>@!'>@ KDOW avslutter programmet 6

7 C1: Statisk språk uten rutiner Språket C1 er en veldig forenklet variant av C: Har kun enkle typer og setninger. Det finnes ingen rutiner eller blokker. Alle variable er følgelig globale. Eksempel: CSH Variable Alle variable ligger i D under hele kjøringen 7

8 C1 - eksempel: Største felles multiplum main() { int i, j; scanf( %d%d, &i, &j); while (i!= j) if (i > j) i -= j; else j -= i; printf( %d, i); C

9 Eksempel på kjøring: IP: C D set 0, read set 1, read jumpt 8, D[0] = D[1] jumpt 6, D[0] <= D[1] set 0, D[0] - D[1] jump 7 set 1, D[1] - D[0] jump 2 set write, D[0] halt = i = j 9

10 C2: Statisk språk med rutiner Språket C2 er C1 utvidet med: Rutiner med lokale variable, men uten parametre. Rekursive kall er ikke tillatt. Eksempel: BASIC Rutiner Hver rutine må ha en aktiveringsblokk i D. Der ligger: Returadressen Lokale variable 10

11 C2 - eksempel int i = 1, j = 2, k = 3; alpha() { int i = 4, m = 5; i += k + m; beta() { int k = 6; i = j + k; alpha(); main() { beta(); D 11

12 C2 - eksempel int i = 1, j = 2, k = 3; alpha() { int i = 4, m = 5; i += k + m; beta() { int k = 6; i = j + k; alpha(); main() { beta(); C set 6, 2 jump < 5 beta > halt set 4, D[4]+D[2]+D[5] jump D[3] set 0, D[1] + D[7] set 3, 8 jump 3 jump D[6] main alpha beta 12

13 C2 : Språk med separat kompilering Språket C2 er C2 med mulighet for separat kompilering. Da vet ikke kompilatoren hvilke adresser i C og D som er ledige. Den kjenner heller ikke adressene til eksterne funksjoner og variable. Løsningen er å la hver rutine bruke adresser fra 0 samt legge ved relokeringsinformasjon. Så kan linkeren endre koden. 13

14 C3: Språk med rekursive rutiner Språket C3 er C2 utvidet med: Muligheten til å kalle rutiner rekursivt (direkte eller indirekte). Returverdier. Eksempler: C, PASCAL Hvert kall på en rutine kan bruke den samme koden, men må ha sin egen aktiverings-blokk med plass til lokale variable. Problem: Hver rutines aktiveringsblokk kan forekomme vilkårlig mange ganger! 14

15 Løsning: Vi oppretter aktiveringsblokkene etterhvert som vi får behov for dem under kjøring. Når en rutine avslutter, trengs ikke den tilhørende aktiveringsblokken lenger. Siden en rutine alltid vil avslutte HWWHU at alle rutinene den kaller (direkte eller indirekte) har avsluttet, kan vi organisere D-lageret som en stakk. Vi trenger også en peker, FXUUHQW, til gjeldende aktiveringsblokk. Lokale variable kan da aksesseres som: Det er også hensiktsmessig å ha en peker, IUHH, til første ledige plass på stakken. 15

16 Hva må gjøres ved retur fra en rutine? Følgende må gjøres av den kalte rutinen: 1. Slette aktiv aktiveringsblokk. 2. La forrige aktiveringsblokk bli aktiv. 3. Hopp tilbake til kallstedet. For hver aktiveringsblokk trenger vi altså en peker, dynamisk link, tilbake til forrige aktiveringsblokk. En aktiveringsblokk vil da typisk se slik ut: < retur > < DL > Lokale variable 16

17 Hva må gjøres ved rutinekall? Følgende må gjøres av kalleren: 1. Lagre returpekeren (RP). 2. Opprette ny aktiveringsblokk. 3. Sette den nye blokkens dynamiske link (DL) til gjeldende aktiveringsblokk. 4. Sette FXUUHQW til å peke på den nye aktiveringsblokken. 5. Sette IUHH til å peke på neste ledige plass. 6. Sette LS til å være første instruksjon i rutinene som kalles. 17

18 Merk: I SIMPLESEM har vi ingen ekstra variable, FXUUHQW og IUHH må lagres i D som alle andre verdier. Vi lar '>@ og '>@ brukes til dette. Returverdier Vi lar returverdier ligge PHOORP aktiveringsblokken til kalleren og aktiveringsblokken den som blir kalt. Ved rutinekall må vi da aller først sette av plass til denne (hvis den kan finnes): free += 1 Den kalte rutinen kan sette returverdien ved: D[current-1] = <returverdi> 18

19 C3 - eksempel: rekursiv fakultetsfunksjon int n; int fact() { main() { int loc; scanf( %d, &n); if (n > 1) { if (n >= 0) loc = n--; printf( %d, fact()); return loc * fact(); else else { printf( Datafeil ); return 1; 19

20 Eksempel på kjøring 20

21 Oversettelse av main int n; main() { scanf( %d, &n); if (n >= 0) printf( %d, fact()); else printf( Datafeil ); 0 set 1, 3 1 set 2, read 2 jumpt 11, D[2] < 0 3 set 1, D[1] set D[1], ip set D[1] + 1, D[0] 6 set 0, D[1] 7 set 1, D[1] jump 13 9 set write, D[D[1]-1] 10 jump set write, Datafeil 12 halt D: 0 < current > 1 < free > 2 < n > 21 Kall

22 Oversettelse av fact int fact() { int loc; if (n > 1) { loc = n--; return loc * fact(); else { return 1; 13 jumpt 24, D[2] <= 1 14 set D[0] + 2, D[2] 15 set 2, D[2] 1 16 set 1, D[1] set D[1], ip set D[1] + 1, D[0] 19 set 0, D[1] 20 set 1, D[1] jump set D[0]-1, D[D[0]+2]*D[D[1]-1] 23 jump set D[0] 1, 1 25 set 1, D[0] 26 set 0, D[D[0]+1] 27 jump D[D[1]] Kall Retur 22