Ambientes de Execução. Compiladores. Representação de tipos básicos. Questões Importantes. Representação de tipos estruturados

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1 Ambiente de Execução Compiladoe Ambiente de execução Relaciona o código fonte com açõe a eem executada em tempo de execução Conjunto de otina (un-time uppot package) caegado junto com o código objeto geado Compoição do código objeto declaaçõe áea de dado 1 comando código objeto 2 Quetõe Impotante Repeentação de tipo báico Repeentaçõe de dado Pocedimento e Rega paa viibilidade de vaiávei Alocação de memóia paa váia clae de amazenamento Chamada de pocedimento: entada aída etono 3 Vaiávei de tipo imple ão epeentada po localizaçõe de memóia uficientemente gande paa conte cada tipo: cha: 1 byte intege: 2 ou 4 byte float: 4 a 16 byte boolean: 1 bit (uualmente 1 byte) 4 Repeentacao de tipo etutuado Repeentação de tipo etutuado Aanjo: lineaizado po linha (ow-majo) Maioia da linguagen de pogamação tipo matiz[dim 1, dim 2,..., dim n ; O endeeço de matiz[i 1,i 2,...,i n ] é: bae(matiz) + ize(tipo). k=1..n (i k -dim k ) j=k+1..n (dim j +1) lineaizado po coluna (ow-majo) Fotan tuct 1 { int lage1; hot int mall1; }; lage1 mall tuct 2 { int lage2 : 18; hot int mall2 : 10; }; lage2 mall

2 Uo de egitadoe Aceo mai ápido que a memóia Númeo limitado poi ão cao a nível de hadwae Meta: Aloca a vaiávei mai feqüentemente uada pelo maio tempo poível Acea vaiávei não amazenada em egitadoe o mai ápido poível Minimiza o númeo de egitadoe uado paa geenciamento do aceo de memóia Maximiza a eficiência de chamada de pocedimento e opeaçõe elacionada Comando Oganizado em pocedimento: Declaação com um nome aociado que ealiza uma dada taefa Definição: nome vaiávei copo 7 8 Pocedimento em ação (ativação) Fluxo de contole: Execução eqüencial (eqüência de pao) começa no início do copo Temina no final do copo Tempo de vida: eqüência de pao executado Chamada de pocedimento: devio de execução etona o contole paa o ponto imediatamente apó o ponto de chamada 9 pogam ot(input, output); va a : aay [0..10] of intege; pocedue eadaay; va i: intege; fo i:=1 to 9 do ead(a[i]); function patition(y, z: intege): intege; va i, j, x, v: intege;... pocedue quickot(m, ); va i: intege; if ( n > m) then i:= patition(m, n); quickot(m, i-1); quickot(i+1, n); a[0] := -9999; a[10]:= 9999; eadaay; quickot(1, 9); end. 10 Ávoe de Ativação Ávoe de ativação Cada nodo epeenta uma ativação de um pocedimento execution A aiz epeenta a ativação do pogama pincipal O nodo de a é pai de b e e omente e o fluxo de contole muda de a paa b O nodo de a etá a equeda de b e e omente e a vida de a ocoe ante de b 11 12

3 Ávoe de ativação Ávoe de ativação execution execution Ávoe de ativação Ávoe de ativação execution ente quickot(1, 9) execution ente quickot(1, 9) ente patition(1, 9) Ávoe de ativação Ávoe de ativação execution ente quickot(1, 9) ente patition(1, 9) leave patition(1,9) execution ente quickot(1, 9) ente patition(1, 9) leave patition(1,9) ente quickot(1,3) 17 18

4 Ávoe de ativação Ávoe de ativação execution ente quickot(1, 9) ente patition(1, 9) leave patition(1,9) ente quickot(1,3)... leave quickot(5, 9) q(5,9) p(5,9) q(5,5) q(7,9) p(1,3) q(1,0) q(2,3) p(7,9) q(7,7) q(9,9) p(2,3) q(2,1) q(3,3) execution ente quickot(1, 9) ente patition(1, 9) leave patition(1,9) ente quickot(1,3)... leave quickot(5, 9) leave quickot(1,9) q(5,9) p(5,9) q(5,5) q(7,9) p(1,3) q(1,0) q(2,3) p(7,9) q(7,7) q(9,9) p(2,3) q(2,1) q(3,3) Ávoe de ativação execution ente quickot(1, 9) ente patition(1, 9) leave patition(1,9) ente quickot(1,3)... leave quickot(5, 9) leave quickot(1,9) execution teminated p(1,3) q(1,0) q(2,3) p(2,3) q(2,1) q(3,3) q(5,9) p(5,9) q(5,5) q(7,9) p(7,9) q(7,7) q(9,9) 21 Pilha de contole Fluxo de contole coeponde a uma buca em pofundidade na ávoe de ativação Ua uma pilha paa contola a ativaçõe de pocedimento ativo p(1,3) q(1,0) q(2,3) 22 Oganização de Memóia Como a memóia do pogama é amazenada? Código objeto geado Epaço paa vaiávei globai áea etática Pilha paa ativação de pocedimento Epaço paa memóia dinâmica (heap) Oganização de Memóia Áea dado (SiOp) Pilha HEAP Texto PC Código Stack Pointe 23 24

5 Alocação de memóia Alocação etática: eeva de memóia é feita duante a compilação, de foma etática. Tipo (ou compimento) do dado é conhecido em tempo de compilação Compimento não é modificado duante a execução do pogama Alocação de memóia Alocação dinâmica (HEAP): etutua de dado efeenciada atavé de ponteio, a áea também ão eevada dinamicamente. áea ão alocada e libeada, ob o contole do pogama alocada na áea de "heap", que cece no entido contáio ao da pilha Alocação de memóia Regito de Ativação Alocação em pilha (STACK): Áea paa dado locai de pocedimento (ubotina ou funçõe) devem e alocada dinamicamente. A alocação de epaço de memóia omente pode e ealizada em tempo de execução, poque a odem de chamada é deteminada pela execução do pogama. Áea ão alocada numa etutua em pilha de ativação de pocedimento. Na pilha entam (e aem) egito de ativação. 27 valo etonado paâmeto efetivo ponteio de contole ponteio de aceo etado da CPU vaiávei locai tempoáio podem e paado ou etonado em egitadoe (paa maio eficiência) aponta paa o egito de ativação da otina chamadoa aponta paa dado não-locai, amazenado em outo egito de ativação "pogam counte"e egitadoe 28 fp p Ponteio de Aceo egito de ativação da otina chamadoa paâmeto e valoe etonado apontadoe de contole e etado da máquina vaiávei locai e tempoáio avaliado pela otina chamadoa alguma infomaçõe ão peenchida pela otina chamadoa áea uada pela otina chamada 29 Código de Chamada Rotina chamadoa: Avalia o paâmeto efetivo e o coloca na pilha Regitadoe em uo pelo chamado ão alvo em memóia Amazena o endeeço de etono e o valo antigo do fame_pointe no egito de ativação da otina chamada e atualiza o valo do fame_pointe; Rotina chamada: Salva valoe de egitadoe e outa infomaçõe do etado da máquina; Inicializa vaiávei locai e começa ua execução. 30

6 Código de Retono Rotina chamada: Amazena o valo de etono logo apó o egito de ativação da otina chamadoa; Retaua o apontado topo_a e o egitadoe da máquina e devia paa o endeeço de etono dento da otina chamadoa; Rotina chamadoa: Copia o valo etonado no eu pópio egito de ativação topo_a... paâmeto e valoe etonado apontadoe de contole e etado da UCP vaiávei locai e tempoáio paâmeto e valoe etonado apontadoe de contole e etado da UCP vaiávei locai e tempoáio Contole contolado pela otina chamadoa contolado pela otina chamada egito de ativação da otina chamadoa egito de ativação da otina chamada Ecopo de declaaçõe Ecopo: áea de atuação de uma vaiável Nívei de ecopo: Difeente lugae onde vaiávei ão definida Ecopo aninhado: uma linha de código pode petence a mai de um ecopo Ecopo coente: o mai inteno Ecopo abeto e fechado Funçõe aociada a nome (binding) Ambiente: Mapea um nome paa uma localização de memóia Etado: Mapea uma poição de memóia ao valo amazenado Funçõe aociada a nome Noção etática definição de um pocedimento declaação de um nome ecopo de uma declaação Noção dinâmica ativaçõe de pocedimento aociação de um nome vida de uma aociação Checagem de ecopo Como faze? Pilha de ecopo (pilha de tabela de ímbolo): Uma entada paa cada ecopo Ecopo coente etá no topo da pilha Ecopo global etá no final da pilha Empilha/deempilha ecopo Buca de nome: acea ecopo do topo paa o início da pilha 35 36

7 Pilha de ativação com ponteio de aceo Pilha de ativação com ponteio de nívei x, eo, expx:eal omatoio(2.5,0.0001) ponteio aceo x, eo, expx:eal omatoio(2.5,0.0001) x, eo, expx:eal omatoio(2.5,0.0001) V[1] V[2] x, eo, expx omatoio(2.5, ) V[1] V[2] V[3] x, eo, expx omatoio(2.5, ) x, tol, oma, temo: eal x, tol, oma, temo: eal x, tol, oma, temo: eal x, tol, oma, temo, n x, tol, oma, temo, n fatoial(5) fatoial(5) fatoial(4) V[1] V[2] V[3] x, eo, expx omatoio(2.5, ) fatoial(5) V[3] alvo fatoial(4) V[3] alvo x, tol, oma, temo, n fatoial(3) fatoial(5) fatoial(3) 37 V[3] alvo 38 Checagem de ecopo Como faze? Pilha de ecopo (pilha de tabela de ímbolo): Uma entada paa cada ecopo Ecopo coente etá no topo da pilha Ecopo global etá no final da pilha Empilha/deempilha ecopo Buca de nome: acea ecopo do topo paa o início da pilha Única tabela de ecopo com identificado de ecopo Ua um contado de ecopo como identificado Buca deve vae toda tabela Paagem de Paâmeto Paagem de paâmeto po valo Método mai imple de paagem de paâmeto Paâmeto ão avaliado, e eu valoe ão paado paa o pocedimento chamado. Implementação: um paâmeto fomal é tatado exatamente como um nome local, de maneia que a memóia paa o paâmeto fomai é eevada no egito de ativação do pocedimento chamado; o pocedimento chamado avalia o paâmeto eai e amazena eu valoe na memóia eevada paa o paâmeto fomai Paagem de Paâmeto Paagem de paâmeto po endeeço Pocedimento chamado paa o endeeço de cada paâmeto eal. Se um paâmeto eal é: Identificado: eu endeeço é paado; Expeão: expeão é avaliada num tempoáio, e o endeeço dee tempoáio é paado; Refeência a paâmeto fomai, no pocedimento chamado, ão feita de foma indieta. 41 Paagem de Paâmeto Paagem de paâmeto po cópia-etauação Meio-temo ente paagem po valo e paagem po efeência (ADA inout e FORTRAN) Também é conhecido como paagem po valo-eultado (call-by-value-eult): Ante da tanfeência paa o pocedimento chamado: o paâmeto eai ão avaliado. agumento que coepondem a valoe ão paado po valo agumento que coepondem a endeeço ão deteminado. No etono do pocedimento: o valoe do agumento computado pelo pocedimento ão copiado no endeeço anteiomente deteminado. 42

8 Paagem de Paâmeto Paagem de Paâmeto Paagem de paâmeto po nome Tadicional da linguagem Algol 60 (pouco uado) Pocedimento chamado é tatado como e foe uma maco: ua chamada é ubtituída pelo copo do pocedimento paâmeto fomai ão litealmente ubtituído pelo paâmeto de chamada nome locai do pocedimento chamado ão mantido ditinto do nome do pocedimento chamado (cada nome itematicamente enomeado ante de e ealizada a expanão da maco) pogam pova2; va v1, v2: intege; function f1(m, ): intege; va v1: intege; function f2(va ): intege; va v2: intege; v2 := 1; n := v1*v2; f2 := n+v1 (1) v1 := 3 + v2; v1 := f2(v1); f1 := m + n + v1; (2) v1 := 0; v2 := 1; v1 := f1(v1, v2); (3) end. valo etonado paâmeto eai ponteio de contole ponteio de aceo etado da UCP vaiávei locai tempoáio 43 A paagem po paâmeto é feita po valo (default) e po efeência (pecedendo o paâmeto com va). Deenhe o etado da pilha de execução paa o 3 ponto indicado, motando o valoe dento da pilha logo apó executa o comando da linha macada. 44 Síntee O aunto apeentado tazem epota à pegunta eguinte: 1. Pode a memóia e alocada dinamicamente? 2. Pode a memóia e libeada explicitamente? Heap v. Pilha 3. Pocedimento podem e ecuivo? Pilha de ativação 4. O que acontece com valoe de nome quando o contole etona de uma ativação? 5. Pode um pocedimento efeencia nome não locai? Ponteio de aceo 6. Como o paâmeto ão paado quando pocedimento ão chamado? Paagem de paâmeto 7. Podem pocedimento e chamado como paâmeto? 8. Podem pocedimento e etonado como eultado? 45