Tiempo de Compilación. Programa fuente. Secuencia. de caracteres. Scanner. Secuencia. de símbolos Parser. Compilador.

Transcripción

1 ORGANIZACIÓN DE LA MEMORIA EN TIEMPO DE EJECUCIÓN Compilador Tiempo de Compilación Programa fuente Secuencia de caracteres Scanner Secuencia de símbolos Parser Árbol sintáctico Analizador semántico Generador de código Programa objeto Árbol sintáctico con atributos Código Tabla de símbolos entrada entrada entrada Tiempo de Ejecución Programa fuente Máquina abstracta Máquina real Programa objeto salida Descripción abstracta del comportamiento de un programa Programa objeto salida Descripción del comportamiento de un programa independiente de máquina pero fácil de implementar (implementación interpretada) Descripción del comportamiento de un programa dependiente de máquina (implementación) salida Compiladores ( 04/11/ :24) Compiladores ( 04/11/ :24) Compiladores ( 04/11/ :24)

2 Máquina Abstracta Con una máquina abstracta se define el ámbito de ejecución de los programas Recursos necesarios para ejecutar un programa Organización de la memoria Segmento de código Segmento de datos estático Pila Heap (memoria dinámica) Registros del procesador Contador del programa Apuntador a la pila Acumulador Etc. Instrucción del código máquina Control de flujo Operaciones aritméticas Comparaciones Guardar y recuperar datos de memoria Etc. Máquinas Abstractas y Paradigmas de Programación La arquitectura de la máquina abstracta depende de la forma de ejecución. Lenguajes imperativos Segmento de código Segmento de datos Pila Heap Lenguajes funcionales Segmento de código Pila de argumentos Pila de contexto Heap Lenguajes lógicos Segmento de código Pila de backtracking Trail Pila para la unificación Organización de Memoria de un Programa Imperativo variables locales y resultados intermedios bloques de memoria direccionados por apuntadores variables globales y estáticas código máquina, constantes y literales (solo lectura) Pila Libre Heap Segmento de datos estáticos Segmento de código SP PC Compiladores ( 04/11/ :24) Compiladores ( 04/11/ :24) Compiladores ( 04/11/ :24)

3 Asignación estática de memoria Las variables cuyo tiempo de vida es todo el programa se guardan en el segmento de datos estático variables globales variables static campos static de clases etc. El acceso se realiza por dirección absoluta de memoria. La asignación de direcciones se puede realizar mediante un apuntador a la base del segmento que se incrementa con el tamaño de cada variable Problema: en la compilación separada no se conoce el tamaño de los var3 Fin segmentos var2 var1 ase Direcciones Simbólicas y Linkado Un fichero objeto es una secuencia de trozos de segmento con una o más direcciones simbólicas un tamaño un tipo de segmento: código, datos, etc. opcionalmente un contenido Una librería es un conjunto de ficheros objeto El linkeador se encarga de juntar todos los trozos de segmento de los ficheros objeto incluyendo los que sean necesarios de las librerías Transformar las direcciones simbólicas en direcciones absolutas de memoria Datos Compuestos Los datos compuestos son struct union array conjunto Para acceder a su contenido se necesita Dirección base de la variable Desplazamiento para acceder a una de sus componentes Ejemplo: struct { int a; double b; char c; } v; &v.c &v.b &v.a &v+12: &v+11: &v+10: &v+9: &v+8: &v+7: &v+6: &v+5: &v+4: &v+3: &v+2: &v+1: &v+0: c b a Compiladores ( 04/11/ :24) Compiladores ( 04/11/ :24) Compiladores ( 04/11/ :24)

4 Struct y Union Datos compuestos con desplazamiento conocido en tiempo de compilación struct y union de C record de PASCAL struct (sin superposición de campos) struct { tipo 1 c 1 ; tipo 2 c 2 ;... tipo n c n ; } var; &var. c 1 =&var+sizeof(tipo 1 )+ sizeof(tipo 2 )+...+ sizeof(tipo n-1 ) &var. c 2 =&var+sizeof(tipo 1 ) &var. c 1 =&var+0 c n c 2 c 1 sizeof(tipo n ) sizeof(tipo 2 ) sizeof(tipo 1 ) Struct y Union union (superposición de campos) union { tipo 1 c 1 ; tipo 2 c 2 ;... tipo n c n ; } var; &var. c 1 = &var. c 2 =...= &var. c n c 1,c 2,...,c n max {sizeof(tipo 1 ), sizeof(tipo 2 ),..., sizeof(tipo n ) } Alineación Alinear un dato supone que su dirección base ha de ser un múltiplo de una cierta potencia de 2. Los datos se alinean para acelerar su acceso o por limitaciones de direccionamiento del procesador. Ejemplo struct { char a; int b; int c; } v; &v.c &v.b &v.a &v+11: &v+10: &v+9: &v+8: &v+7: &v+6: &v+5: &v+4: &v+3: &v+2: &v+1: &v+0: c b a Espacio ocupado en un array Compiladores ( 04/11/ :24) Compiladores ( 04/11/ :24) Compiladores ( 04/11/ :24)

5 Arrays a11, a12, a13, a 14, a a a a 21, a31, 22, a32, 23, a33, 24, a34, Guardada por filas (primero varían los índices de la derecha) Memoria: Cálculo del desplazamiento n n 1 2 j= 1 l= j+ 1 Guardada por columnas (primero varían los índices de la izquierda) Memoria: Cálculo del desplazamiento n j j= 1 l= 1 Complejidad para n dimensiones n- 1sumas n multiplicaciones a11,, a12,, a13,, a14,, a21,, a, a23,, a, a31,, a32,, a33,, a 22, 24, 34, desp sizeof elementos min max min = ( i, i,..., in) ( ) ( i ) ( +1) j j l l a11,, a21,, a31,, a12,, a, a32,, a13,, a23,, a33,, a14,, a, a 22, 24, 34, desp( i, i in sizeof ( elementos ( i min max minl = +1),..., ) ) ) ( j j l Conjuntos Conjunto de escalares se utiliza un bit por elemento que puede contener el conjunto. Ejemplo a: conjunto de (rojo, azul, verde) 3 bits (rojo bit 0, azul bit 1, verde bit 2) Las operaciones entre conjuntos son union -> or de bits intersección -> and de bits El bit que representa la presencia o ausencia de un elemento se calcula desp(i)=i / 8 (división entera) bit(i)=i % 8 (i modulo 8) En el análisis semántico hay que tratar como caso especial el conjunto vacío Asignación de la Pila Para la ejecución de un programa imperativo se necesita una pila porque se realiza un "recorrido" por su árbol sintáctico En la pila se guarda Resultados intermedios de la evaluación de expresiones loques de activación de funciones variables locales enlaces estático, dinámico, display posición de retorno valor de retorno loques de activación de excepciones loques de salto no local Compiladores ( 04/11/ :24) Compiladores ( 04/11/ :24) Compiladores ( 04/11/ :24)

6 Evaluación de Expresiones (I) Una expresión se puede representar como un árbol donde Las operaciones son nodos internos del árbol, y cada una de ellas tiene por hijos sus operandos Los literales son las hojas del árbol Ejemplo: a*b+c*d- e La expresión se evalúa mediante un recorrido en postorden del árbol a b * c d * + e e * * a b c d Evaluación de Expresiones (II) Organización de memoria Una pila que crece hacia las direcciones inferiores de memoria SP es el apuntador a la cabeza de la pila Instrucciones Poner en la pila un literal PushLit número --SP; *SP= número; Poner en la pila una variable global PushGVar dirección --SP; *SP= *dirección; Operaciones binarias Operin operación *(SP+1)=*(SP+1) operación *SP; ++SP; Operaciones unarias OperUna operación *SP= operación (*SP); Evaluación de Expresiones (III) El recorrido del árbol en postorden se transforma en código de la siguiente forma Los operandos se ponen en la pila Las operaciones cogen los operandos de la pila y dejan el resultado en esta Ejemplo: a*b+c*d-e Postorden a b * c d * + e - Código PushGVar &a PushGVar &b Operin * PushGVar &c PushGVar &d Operin * Operin + PushGVar &e Operin - Compiladores ( 04/11/ :24) Compiladores ( 04/11/ :24) Compiladores ( 04/11/ :24)

7 loque/registro de Activación de una Función (I) Las funciones cumplen que la última que ha empezado ha ejecutarse es la primera en acabar su ejecución. Por lo tanto, la información necesaria para ejecutar las funciones se puede guardar en una pila Cuando se llama a una función se necesita crear el espacio para la siguiente información Posición de retorno, o sea donde ha de continuar la ejecución al salir de la función Argumentos de la función Valor de retorno Variables de la función ase del bloque de activación, o sea dirección a partir de la cual se guardan los datos necesarios para la ejecución de la función. loque/registro de Activación de una Función (II) Valor de retorno Argumentos Enlace dinámico SP El registro de activación de un procedimiento no contiene el valor de retorno. loque de Activación de una Función C Los argumentos van en orden inverso para poder implementar las funciones con número de argumentos variable (printf) Para acelerar las llamadas, el valor de retorno va en un registro del procesador. Argumento n Argumento n-1... Argumento 2 Argumento 1 Enlace dinámico SP Compiladores ( 04/11/ :24) Compiladores ( 04/11/ :24) Compiladores ( 04/11/ :24)

8 Instrucciones para Llamar a Funciones Llamar a una dirección de memoria Call dirección --SP; *SP=PC+1; PC=dirección; Retornar de función Ret PC=*SP; ++SP; Crear enlace dinámico y reservar espacio para las variables locales Link tamaño --SP; *SP=; =SP; SP=SP - tamaño; Eliminar el espacio de las variables locales y recuperar Unlink SP= + 1; =*; Eliminar los Argumentos Add SP tamaño SP=SP + tamaño; Registro del Valor de Retorno VR Push RV --SP;*SP=RV; Pop RV RV=*SP; ++SP; Código para Llamar una Función C Código que llama a la función Calculo del Argumento n Calculo del Argumento n-1... Calculo del Argumento 2 Calculo del Argumento 1 Call &Fun Add SP tamaño argumentos Push VR Código de la Función Link tamaño variables Código del cuerpo de la función Pop RV Unlink Ret El código que realiza la llamada no necesita saber el espacio ocupado por las variables locales de la función. Al final de la llamada a una función queda en la pila su valor de retorno. loque de Activación de una Función PASCAL El enlace estático o el display se utiliza para poder acceder a las variables locales de otras funciones Valor de retorno Argumento 1 Argumento 2... Argumento n-1 Argumento n Enlace estático o display Enlace dinámico SP Compiladores ( 04/11/ :24) Compiladores ( 04/11/ :24) Compiladores ( 04/11/ :24)

9 Funciones/Procedimientos Anidados en PASCAL Procedure P1; Var V1:integer; Procedure P2; Var V2:integer; Procedure P3 Var V3:integer; egin egin Procedure P4; Var V4:integer; egin egin Procedure P5 Var V5:integer; egin Nivel 3 Nivel 2 Nivel 2 nivel 1 Nivel 1 nivel 0 Código para Llamar una Función PASCAL Código que llama a la función Código de la Función Add SP -tamaño valor de retorno Calculo del Argumento 1 Calculo del Argumento 2... Calculo del Argumento n-1 Calculo del Argumento n Cálculo del EE/Display Call &Fun Add SP tamaño argumentos+ tamaño EE/Display Link tamaño variables Código del cuerpo de la función Unlink Ret El código que realiza la llamada no necesita saber el espacio ocupado por las variables locales de la función. Al final de la llamada a una función queda en la pila su valor de retorno. Enlace Estático El enlace estático de un bloque de activación de una función apunta al bloque de activación de la función donde se ha definido. El enlace dinámico apunta al bloque de activación de la función que ha llamado Procedure P1; Var V1:integer; Procedure P2; Var V2:integer; egin Procedure P4; Var V4:integer; egin egin P1 P4 P2 P1 Secuencia de llamadas P1->P4->P2->P1 Compiladores ( 04/11/ :24) Compiladores ( 04/11/ :24) Compiladores ( 04/11/ :24)

10 Instrucciones para el loque de Activación con Enlace Estático Crear enlace estático/display PushEE nivel ee=; for (i= nivel;i>0; --i) ee=ee->ee; --SP; *SP=ee; Acceder a variable local por enlace estático PushEEVar nivel,desp ee=; for (i= nivel;i>0; --i) ee=ee->ee; --SP; *SP=*(ee+ desp); PopEEVar nivel,desp ee=; for (i= nivel;i>0; --i) ee=ee->ee; *(ee+ desp)=*sp; ++SP; Cálculo del Enlace Estático El enlace estático se calcula a partir de diferencias de nivel Enlace estático de un nuevo bloque de activación DifNivel= nivel llamada - nivel función+1 EE= for i=1 to DifNivel do EE=EE- >EE; Enlace estático de una variable DifNivel= nivel variable - nivel código EE= for i=1 to DifNivel do EE=EE- >EE; Display El display es la agrupación de la lista de enlaces estáticos en un array ED PC ED PC ED PC ED PC ED PC Enlaces estáticos Display Compiladores ( 04/11/ :24) Compiladores ( 04/11/ :24) Compiladores ( 04/11/ :24)

11 Instrucciones para el loque de Activación con Display Crear display Push --SP; *SP=; Acceder a variable local por display PushDispVar nivel,desp --SP; *SP=*([nivel]+ desp); PopDispVar nivel,desp *([nivel]+ desp)=*sp; ++SP; PushVar desp --SP; *SP=*(+ desp); PopVar desp *(+ desp)=*sp; ++SP; Creación del Display El display de un nuevo bloque de activación se crea por copia del anterior modificado DifNivel= nivel llamada - nivel función+1 DifNivel==0 Copiar display Añadir DifNivel>0 Copiar display menos los últimos DifNivel apuntadores DifNivel display anterior Valor de retorno Argumentos display anterior ED Valor de retorno Argumentos display nuevo ED Acceder a una Variable por Display Puntero del display de una variable DifNivel= nivel variable - nivel código DifNivel==0 +desp DifNivel>0 [DifNivel+1]+desp Valor de retorno Argumentos... EE 3 EE 2 EE 1 ED Compiladores ( 04/11/ :24) Compiladores ( 04/11/ :24) Compiladores ( 04/11/ :24)