Dados estruturados. Sistemas de Computação

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1 Dados estruturados

2 Alocação de arrays TA[L]: Array com elementos do tipo T e tamanho L Região de tamanho L * sizeof(t) bytes alocada contiguamente char string[12]; int val[5]; double a[4]; x x + 12 x x + 4 x + 8 x + 12 x + 16 x + 20 x x + 8 x + 16 char *p[3]; x x + 4 x + 8 x + 24 x + 32

3 Acesso a array T A[L]:Array com tipo de dados T e tamanho L Identificador A pode ser utilizado com um ponteiro para o elemento do array índice 0 int val[5]; Referência Tipo Valor val[4] int 3 valint * x val+1 int * x + 4 &val[2] int * x + 8 val[5] int?? *(val+1) int 5 val + i int * x + 4 i x x + 4 x + 8 x + 12 x + 16 x + 20

4 Exemplo de acesso a array Computação Registrador $a0 contém endereço inicial do array Registrador $a1 contém índice do elemento Elemento desejado em 4*$a1+$a0 typedef int zip_dig[5]; int get_digit (zip_dig z, int dig) { return z[dig]; } Código gerado # $a0 = z # $a1 = dig add $t1, $a1, $a1 add $t1, $t1, $t1 add $t2, $a0, $t1 lw $v0, 0($t2)

5 Exemplos de referência zip_dig cmu; zip_dig mit; zip_dig ucb; Referência Endereço Valor Garantido? mit[3] * 3 = 48 3 mit[5] * 5 = 56 9 mit[-1] *-1 = 32 3 cmu[15] *15 = 76?? Sim Não Não Não

6 Exemplo de loop com array Fonte em C Versão transformada gerada pelo GCC elimina variável i converte cód. array para cód. ponteiro expressa em foram do-while não precisa de teste na entrada int zd2int(zip_dig z) { int i; int zi = 0; for (i = 0; i < 5; i++) { zi = 10 * zi + z[i]; } return zi; } int zd2int(zip_dig z) { int zi = 0; int *zend = z + 4; do { zi = 10 * zi + *z; z++; } while(z <= zend); return zi; }

7 Estruturas Regiões da memória alocadas contiguamente struct rec { int i; int a[3]; int *p; }; Acessando membros da estrutura Assembly void set_i(struct rec *r, int val) { r->i = val; } Membros da estrutura referenciados por nome Membros podem ser de tipos diferentes Layout da memória i a p # $a1 = val # $a0 = r sw $a1,0($a0) # Mem[r] = val

8 Gerando ponteiro para membro de estrutura struct rec { int i; int a[3]; int *p; }; Gerando ponteiro para elemento do array Offset de cada membro da estrutura determinado em tempo de compilação # $a0 = idx # $a1 = r add $t0, $a0,$a0 add $t0, $t0,$t0 add $t1, $a1,$t0 addi $v0, $t1,4 # 4*idx int * find_a (struct rec *r, int idx) { return &r->a[idx]; } r i a p # r+4*idx # r+4*idx+4 r *idx

9 Alinhamento Dados alinhados Tipo de dado primitivo requer K bytes Endereço tem que ser múltiplo de K Obrigatório em algumas máquinas Motivação MIPS obrigatório recomendado em X86 Acesso à memória é feito a palavra Compilador Ineficiente armazenar ou ler dados que não estão em endereços múltiplos do tamanho da palavra Insere gaps na estrutura para garantir alinhamentos dos campos

10 Casos específicos de alinhamento Tamanho do dado primitivo: 1 byte (ex., char) nenhuma restrição no endereço 2 bytes (ex., short) bit menos significativo do endereço tem que ser bytes (ex., int, float, char *, etc.) 2 bits menos significativos do endereço tem que ser bytes (ex., double) 2 bits menos significativos do endereço tem que ser 00 2

11 Alinhamento em estruturas Deslocamentos na estrutura tem que satisfazer o requerimento de alinhamento Localização da estrutura Cada estrutura possui um requerimento de alinhamento K que é o maior alinhamento necessário a qualquer membro Endereço inicial & comprimento da estrutura tem que ser múltiplos de K

12 Alinhamento em estruturas Exemplo: K = 4, devido ao elemento float struct S1 { char c; short int i[2]; float v; } *p; c i[0] i[1] v p+0 p+2 p+4 p+8 p+12 Múltiplo de 2 Múltiplo de 4 Múltiplo de 4 Múltiplo de 4

13 Ordenando elementos em uma estrutura struct S4 { char c1; float v; char c2; int i; } *p; 6 bytes não utilizados c1 struct S5 { float v; char c1; char c2; int i; } *p; v c2 p+0 p+4 p+8 p+12 p+16 v c1 c2 i p+0 p+4 p+8 p+12 i 2 bytes não utilizados

14 Questão Tipos short/long armazenados na memória em 2/4 bytes consecutivos Qual é o mais (menos) significativo? Problemas na troca e binários entre máquinas Big Endian Byte mais significativo possui o menor endereço PowerPC, Sparc Little Endian Byte menos significativo possui o menor endereço Intel x86, Alpha Ordenação de bytes

15 Exemplo de ordenaçaõ de bytes struct { unsigned char c[8]; unsigned short s[4]; unsigned int i[2]; unsigned long l[1]; } dw; c[0] c[1] c[2] c[3] s[0] s[1] i[0] l[0] c[4] c[5] c[6] c[7] s[2] s[3] i[1]

16 Exemplo de ordenação de bytes int j; for (j = 0; j < 8; j++) dw.c[j] = 0xf0 + j; printf("characters 0-7 == [0x%x,0x%x,0x%x,0x%x,0x%x,0x%x,0x%x,0x%x]\n", dw.c[0], dw.c[1], dw.c[2], dw.c[3], dw.c[4], dw.c[5], dw.c[6], dw.c[7]); printf("shorts 0-3 == [0x%x,0x%x,0x%x,0x%x]\n", dw.s[0], dw.s[1], dw.s[2], dw.s[3]); printf("ints 0-1 == [0x%x,0x%x]\n", dw.i[0], dw.i[1]); printf("long 0 == [0x%lx]\n", dw.l[0]);

17 Ordenação dos bytes no X86 Little Endian f0 f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7 c[0] c[1] c[2] c[3] c[4] c[5] c[6] c[7] LSB MSB LSB MSB LSB MSB LSB MSB Saída no Pentium: s[0] s[1] s[2] s[3] LSB MSB LSB MSB LSB i[0] i[1] l[0] MSB Print Characters 0-7 == [0xf0,0xf1,0xf2,0xf3,0xf4,0xf5,0xf6,0xf7] Shorts 0-3 == [0xf1f0,0xf3f2,0xf5f4,0xf7f6] Ints 0-1 == [0xf3f2f1f0,0xf7f6f5f4] Long 0 == [f3f2f1f0]

18 Ordenação dos bytes na SUN Big Endian f0 f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7 c[0] c[1] c[2] c[3] c[4] c[5] c[6] c[7] MSB LSB MSB LSB MSB LSB MSB LSB s[0] s[1] s[2] s[3] MSB LSB MSB LSB i[0] i[1] MSB LSB l[0] Saída na Sun: Print Characters 0-7 == [0xf0,0xf1,0xf2,0xf3,0xf4,0xf5,0xf6,0xf7] Shorts 0-3 == [0xf0f1,0xf2f3,0xf4f5,0xf6f7] Ints 0-1 == [0xf0f1f2f3,0xf4f5f6f7] Long 0 == [0xf0f1f2f3]

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