Macro Procesadores Universidad Autónoma Metropolitana - Azcapotzalco

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1 Macro Procesadores Universidad Autónoma Metropolitana - Azcapotzalco María Paula Ortuño Sánchez November 30, 2005 Contents 1 Macroprocesadores 2 11 Funciones básicas de un Macro Procesador 2 2 Algoritmo Macro Procesador y Estructura de Datos 6 List of Algorithms 1 Algorithm for a one-pass macro processor 9 2 PROCESSLINE 9 3 DEFINE 9 4 EXPAND 10 5 GETLINE 10 List of Figures 1 Contents of macro processor tables for the program in table 1:(a) entries in NAMTAB and DEFTAB defining macro RDBUFF, (b) entries in ARGTAB for invocation of RDBUFF on line List of Tables 1 Use of macros in a SIC/XE program 3 2 Program with macros expanded 5 3 Example of the definition of macros within a macro body a) 7 4 Example of the definition of macros within a macro body b) 7 1

2 1 Macroprocesadores Una macro instrucción (a veces abreviada macro) es simplemente una notación convencional para el programador Una macro representa un grupo de instrucciones en el lenguaje de programación fuente Los macro procesadores reemplazan cada macro instrucción con el correspondiente grupo de instrucciones en el programa fuente Esto es comúnmente llamado expandir la macro Estas macro instrucciones permiten escribir al programador versiones cortas de un programa, y dejar que los detalles mecánicos sean manejados por el macro procesador Por ejemplo, supóngase que se desea salvar los contenidos de todos los registros antes de llamar a un programa En SIC/XE esto requerirá una secuencia de siete instrucciones (STA, STB, etc) Usando una macro instrucción, el programador simplemente escribe SAVEREGS, por ejemplo Esta macro instrucción será expandida en siete instrucciones en lenguaje ensamblador necesarias para salvar los registros Las funciones de un macro procesador esencialmente involucran la sustitución de un grupo de caracteres o líneas por otros Excepto en algunos casos especializados, el macro procesador no realiza análisis del texto que maneja El diseño y capacidades de un macro procesador pueden ser influenciados por la forma de las proposiciones del lenguaje de programación involucrado Sin embargo, el significado y traducción de estas instrucciones en lenguaje de maquina no conciernen durante la macro expansión Esto significa que el diseño de un macro procesador no esta relacionada con la arquitectura de la computadora en la cual corre El uso mas común de macro procesadores es en la programación en lenguaje ensamblador Usamos ejemplos en lenguaje ensamblador SIC para ilustrar los conceptos involucrados Sin embargo, los macro procesadores también pueden ser usados con lenguajes de alto nivel, lenguajes de comandos del sistema operativo, etc Además, hay macro procesadores de propósito general que no estan ligados con algún lenguaje en particular 11 Funciones básicas de un Macro Procesador La tabla 1 muestra un ejemplo de un programa SIC/XE usando macro instrucciones Este programa tiene la misma función y lógica que los programas ejemplos estudiados anteriormente, sin embargo, el esquema de numeración del programa fuente ha sido cambiado Este programa define y usa dos macro instrucciones, RDBUFF y WRBUFF Las funciones y lógica de la macro RDBUFF son similares a aquellas de la subrutina RDREC, también WRBUFF es similar a la subrutina WRREC Las definiciones de estas macro aparecen en el programa fuente enseguida de START Dos nuevas directivas (MACRO y MEND) son usadas La primera proposición MACRO (línea 10) identifica el principio de una macro definición El símbolo en la etiqueta RDBUFF es el nombre de la macro, y sus entradas en el campo operando, identifican los parámetros de la macro 2

3 Table 1: Use of macros in a SIC/XE program 5 COPY START 0 COPY FILE FROM IN TO OUT 10 RDBUFF MACRO &INDEV,&BUFADR,&RECLTH MACRO TO READ RECORD INTO BUFFER CLEAR X CLEAR LOOP COUNTER 35 CLEAR A 40 CLEAR S 45 +LDT #4096 SET MAXIMUM RECORD LENGTH 50 TD =X &INDEV TEST INPUT DEVICE 55 JEQ *-3 LOOP UNTIL READY 60 RD =X &INDEV READ CHAR INTO REGISTER A 65 COMPR A,S TEST FOR END OF RECORD (X 00 ) 70 JEQ *+11 EXIT LOOP IF EOR 75 STCH &BUFFER,X STORE CHAR IN BUFFER 80 TIXR T LOOP UNLESS MAX LENGTH 85 JLT *-19 HAS BEEN REACHED 90 STX &RECLTH SAVE RECORD LENGTH 95 MEND 100 WRBUFF MACRO &OUTDEV,&BUFADR,&RECLTH MACRO TO WRITE RECORD INTO BUFFER CLEAR X CLEAR LOOP COUNTER 125 LDT &RECLTH 130 LDCH &BUFFER,X GET CHAR FROM BUFFER 135 TD =X &OUTDEV TEST OUTPUT DEVICE 140 JEQ *-3 LOOP UNTIL READY 145 WD =X &OUTDEV WRITE CHAR 150 TIXR T LOOP UNTIL ALL CHARACTERS 155 JLT *-14 HAS BEEN WRITE 160 MEND MAIN PROGRAM FIRST STL RETADR SAVE RETURN ADDRESS 190 CLOOP RDBUFF 195 LDA LENGTH TEST FOR END OF FILE 200 COMP #0 205 JEQ ENDFIL EXIT IF EOF FOUND 210 WRBUFF 05,BUFFER,LENGTH WRITE OUTPUT RECORD 215 J CLOOP LOOP 220 ENDFIL WRBUFF 05,EOF,THREE INSERT EOF MARKER EOF BYTE C EOF 235 THREE WORD RETADR RESW LENGTH RESW 1 LENGTH OF RECORD 250 BUFFER RESB BYTE AREA BUFFER 255 END FIRST

4 En nuestro macro lenguaje, cada parámetro empieza con el carácter & el cual facilita la sustitución de parámetros durante la macro expansión El nombre de la macro y los parámetros definen el modelo o prototipo para cada macro instrucción usada por el programador Siguiendo a la directiva MACRO aparecen las proposiciones que forman el cuerpo de la macro definición (línea 15-90) Estas son las instrucciones que serán generadas por la expansión de la macro La directiva MEND (línea 95) marca el fin de la macro La definición de la macro WRBUFF (línea ) sigue un modelo similar El programa principal empieza en la linea 180 La proposicion en la linea 190 es una macro invocación que da el nombre de la macro instrucción y los argumentos a ser usados en la expansión de la macro El programa principal empieza en la línea 180 La proposición en la línea 190 es una macro invocación que da el nombre de la macro instrucción y los argumentos a ser usados en la expansión de la macro El programa de la tabla 1 deberá ser proporcionado como entrada a un macro procesador La tabla 2 muestra la salida que genera este programa Las macro definiciones han sido borradas puesto que ya no se necesitan después de que la macro se expande Cada macro invocación ha sido expandida en las proposiciones que forman el cuerpo de la macro, con los argumentos de la invocación de la macro sustituidos por los parámetros en el prototipo de la macro Los argumentos y parámetros son asociados uno con otro de acuerdo a sus posiciones El primer argumento en la macro invocación corresponde al primer parámetro en el prototipo de la macro y así sucesivamente Por ejemplo en la línea 190 el argumento F1 es sustituido por el parámetro &INDEV dondequiera que este ocurra Similarmente, BUFFER es sustituido por &BUFADR, y LENGTH es sustituida por &RECLTH Las líneas 190a a 190m muestran la expansión completa de la macro invocación en la línea 190 Las líneas de comentarios dentro del cuerpo de la macro han sido borradas, pero comentarios individuales permanecen La proposición de la macro invocación ha sido incluida como una comentario La etiqueta en la macro invocación (CLOOP) permanecen como etiqueta en la primera proposición generada en la macro expansión Esto permite el programador usar la macro instrucción en la misma forma que mnemónicos en lenguaje ensamblador Las macro invocaciones en las líneas 210 a 220 son expandidas en la misma manera Note que las dos invocaciones de WRBUFF especifican diferentes argumentos, tal que producen diferentes expansiones Después del macro procesamiento, el archivo expandido puede ser usado como entrada al ensamblador Las sentencias de la macro invocación serán tratadas exactamente igual que si hubieran sido escritas por el programador Una comparación del programa expandido en relación al programa ejemplo, muestra las diferencias entre llamadas a subrutinas y macro invocación En la tabla las proposiciones del cuerpo 4

5 Table 2: Program with macros expanded 5 COPY START 0 COPY FILE FROM IN TO OUT 180 FIRST STL RETADR SAVE RETURN ADDRESS 190 CLOOP RDBUFF F1,BUFFER, LENGTH READ RECORD INTO BUFFER 190a CLOOP CLEAR X CLEAR LOOP COUNTER 190b CLEAR A 190c CLEAR S 190d +LDT #4096 SET MAXIMUM RECORD LENGTH 190e TD =X F1 TEST INPUT DEVICE 190f JEQ *-3 LOOP UNTIL READY 190g RD =X F1 READ CHAR INTO REGISTER A 190h COMPR A,S TEST FOR END OF RECORD (X 00 ) 190i JEQ *+11 EXIT LOOP IF EOR 190j STCH BUFFER,X STORE CHAR IN BUFFER 190k TIXR T LOOP UNLESS MAX LENGTH 190l JLT *-19 HAS BEEN REACHED 190m STX LENGTH SAVE RECORD LENGTH 195 LDA LENGTH TEST FOR END OF FILE 200 COMP #0 205 JEQ ENDFIL EXIT IF EOF FOUND 210 WRBUFF 05,BUFFER,LENGTH WRITE OUTPUT RECORD 210a CLEAR X CLEAR LOOP COUNTER 210b LDT LENGTH 210c LDCH BUFFER,X GET CHAR FROM BUFFER 210d TD =X 05 TEST OUTPUT DEVICE 210e JEQ *-3 LOOP UNTIL READY 210f WD =X 05 WRITE CHAR 210g TIXR T LOOP UNTIL ALL CHARACTERS 210h JLT *-14 HAS BEEN WRITE 215 J CLOOP LOOP 220 ENDFIL WRBUFF 05,EOF,THREE INSERT EOF MARKER 220a ENDFIL CLEAR X CLEAR LOOP COUNTER 220b LDT THREE 220c LDCH EOF,X GET CHAR FROM BUFFER 220d TD =X 05 TEST INPUT DEVICE 220e JEQ *-3 LOOP UNTIL READY 220f WD =X 05 WRITE CHAR INTO REGISTER A 220g TIXR T LOOP UNLESS MAX LENGTH 220h JLT *-14 HAS BEEN REACHED EOF BYTE C EOF 235 THREE WORD RETADR RESW LENGTH RESW 1 LENGTH OF RECORD 250 BUFFER RESB BYTE AREA BUFFER 255 END FIRST 5

6 de la macro WRBUFF son generadas dos veces: líneas 210a a 210h y líneas 220a a 220h En el programa ejemplo, las correspondientes instrucciones aparecen solo una vez: en la subrutina WRREC (líneas 210 a 240), En general, las proposiciones que forman la expansión de una macro son generadas (y ensambladas) cada vez que la macro es invocada Las proposiciones en una subrutina aparecen una sola vez, no importa cuantas veces sean llamadas Note también que las macro instrucciones han sido escritas sin etiquetas En la tabla 2, línea 140 contiene la proposición JEQ * -13 y la línea 155 contiene JLT *-14 Las proposiciones correspondientes en la subrutina WRREC son JEQ WLOOP y JLT WLOOP, donde WLOOP es una etiqueta en la instrucción TD que prueba el dispositivo de salida Si tal etiqueta apareciera en la línea 135 de la macro, esta generara un error -símbolo duplicado-, cuando el programa es ensamblado Para evitar símbolos duplicados, se han eliminado etiquetas del cuerpo de la macro definición 2 Algoritmo Macro Procesador y Estructura de Datos Es fácil diseñar un macro procesador de dos pasadas en el cual todas las macro definiciones son procesadas durante el primer paso, y todas las macro invocaciones son expandidas durante el segundo paso Sin embargo, tal macro procesador de dos pasadas no permitiría que el cuerpo de una macro instrucción contenga definiciones de otras macros (porque todas las macros deberán ser definidas durante el primer paso antes de expandir cualquier macro invocación) Definiciones de macros por otras macros pueden ser usuales en ciertos casos Considere por ejemplo las dos definiciones de las macro instrucciones de la tabla 3 El cuerpo de la primera macro (MACROS) contiene proposiciones que definen RDBUFF, WRBUFF, y otras macro instrucciones para un sistema SIC El cuerpo de la segunda macro instrucción (MACROX) define estas mismas macros para un sistema SIC/XE Un programa que va a correr un sistema SIC podría invocar MACROS para definir las otras macro instrucciones de utilería Un programa que va a correr un sistema SIC/XE podría invocar MACROX para definir estas mismas macro instrucciones en su versión XE De esta manera, el mismo programa podría correr ya sea una versión estándar o una versión extendida El único cambio requerido será la invocación de MACROS o MACROX Es importante entender que definir MACROS o MACROX no define RDBUFF y las otras macro instrucciones Estas definiciones son procesadas solo cuando una invocación de MACROS o MACROX es expandida Un macro procesador que puede alternar entre macro definición y macro expansión es capaz de manejar macros como los de la tabla 3 Se presenta un algoritmo y un conjunto de estructuras de datos para tal macroprocesador Debido a la estructura de una pasada la definición de una macro debe aparecer antes de la proposición que la invoca Hay tres estructuras de datos involucradas en el macro procesador DEFTAB, las macro definiciones mismas son almacenadas en una tabla, la cual contiene los macro prototipos y las proposiciones que forman el cuerpo de la macro (con algunas modificaciones) 6

7 Table 3: Example of the definition of macros within a macro body a) 1 MACROS MACRO {Defines sic standar version macros} 2 RDBUFF MACRO &INDEV, &BUFADR, &RECLTH {SIC standar version} 3 MEND {End of RDBUFF} 4 WRBUFF MACRO &OUTDEV, &BUFADR, &RECLTH {SIC standar version} 5 MEND {End of WRBUFF} 6 MEND {End of MACROS} Table 4: Example of the definition of macros within a macro body b) 1 MACROX MACRO {Defines SIC/XE macros} 2 RDBUFF MACRO &INDEV, &BUFADR, &RECLTH {SIC/XE version} 3 MEND {End of RDBUFF} 4 WRBUFF MACRO &OUTDEV, &BUFADR, &RECLTH {SIC/XE version} 5 MEND {End of WRBUFF} 6 MEND {End of MACROX} 7

8 Figure 1: Contents of macro processor tables for the program in table 1:(a) entries in NAMTAB and DEFTAB defining macro RDBUFF, (b) entries in ARGTAB for invocation of RDBUFF on line 190 NAMTAB, tabla que almacena los macro nombres, la cual sirve como un índice a DEFTAB Cada macro instrucción definida, tiene un apuntador al inicio y fin de la definición en DEFTAB ARGTAB la cual es usada durante la expansión en la invocación de la macro Cuando una invocación a una macro es reconocida, los argumentos almacenados en ARGTAB de acuerdo a su posición en la lista de argumentos Cuando la macro es expandida, los argumentos de ARGTAB son sustituidos por los correspondientes parámetros en el cuerpo de la macro La figura 1 muestra porciones de los contenidos de estas tablas durante el procesamiento del programa en la tabla 1 La figura 1a) muestra la definición de RDBUFF almacenada en DEFTAB, con una entrada en NAMTAB identificando el principio y fin de la definición Note que la notación posicional ha sido usada para los parámetros: el parámetro &INDEV ha sido convertido a?1 (indicando el primer parámetro en el prototipo), &BUFADR ha sido convertido a?2, y así sucesivamente Cuando la notación?n aparece en una línea en DEFTAB, un operación simple de indexamiento proporciona el argumento adecuado desde ARGTAB El algoritmo completo del macro procesador se presenta en los algoritmos 1 a 5 El procedure DEFINE, el cual es llamado cuando el principio de una macro definición es reconocido, hace las apropiadas entradas en DEFTAB y NAMTAB EXPAND es llamado para poner los argumentos en ARGTAB y expandir una proposición de macro invocación El procedure GETLINE el cual es llamado en algunos puntos en el algoritmo, obtiene la siguiente línea a ser procesada Esta línea puede venir de DEFTAB (la siguiente línea de una macro siendo expandida), o desde el archivo de entrada, dependiendo si la bandera EXPANDING es puesta a TRUE o FALSE 8

9 Un aspecto de este algoritmo que requiere comentar es el manejo de macro definiciones dentro de macros (como se ilustró en la tabla 3 y 4 Cuando una macro definición es colocada en DEFTAB, el acercamiento normal será continuar hasta encontrar una directiva MEND Esto podría no trabajar para el ejemplo de la tabla 3 y 4, sin embargo, la línea 3 MEND (marca el fin de la definición de RDBUFF) podría ser tomada como el fin de la definición de MACROS Para resolver este problema el procedure DEFINE mantiene un contador LEVEL, cada vez que una MACRO directiva se lee, el valor de LEVEL es incrementado por 1, cada vez que una MEND directiva se lee, el valor de LEVEL es decrementado por 1 Cuando LEVEL alcanza 0, MEND que corresponde a la directiva original MACRO ha sido encontrada Este proceso es muy parecido al chequeo de paréntesis izquierdos y derechos cuando se revisa una expresión aritmética Algorithm 1 Algorithm for a one-pass macro processor EXPANDING FALSE while OPCODE END do GETLINE PROCESSLINE end while Procedure 2 PROCESSLINE search NAMTAB for OPCODE if found then EXPAND else if OPCODE = MACRO then DEFINE else write source line to expanded file end if Procedure 3 DEFINE enter macro name into NAMTAB enter macro prototype into DEFTAB LEVEL 1 while LEVEL >0 do GETLINE if this is not a comment line then substitute positional notation for parameters enter line into DEFTAB if OPCODE = MACRO then LEVEL LEVEL + 1 else if OPCODE = MEND then LEVEL LEVEL - 1 end if end if end while store in NAMTAB pointers to beginning and end of definition 9

10 Procedure 4 EXPAND EXPANDING TRUE get first line of macro definition {prototype} from DEFTAB set up arguments from macro invocation in ARGTAB write macro invocation to expanded file as a comment while not end of macro definition do GETLINE PROCESSLINE end while EXPANDING FALSE Procedure 5 GETLINE if EXPANDING then get next line of macro definition from DEFTAB substitute arguments from ARGTAB for positional notation else read next line from input file end if 10