[PPT] - Run-%me Environments Rajesh Kr. Thakur Dept. of Computer PowerPoint Presentation

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Run-‑%me ¡Environments ¡

Rajesh ¡Kr. ¡Thakur ¡

Dept. ¡of ¡Computer ¡Science ¡and ¡Automa%on, ¡

Indian ¡Ins%tute ¡of ¡Science, ¡Bangalore-‑560012 ¡

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Outline ¡

Why ¡Run%me ¡Support. ¡
Parameter ¡Passing. ¡
Storage ¡Organiza%on. ¡
Ac%va%on ¡Trees ¡ ¡
Procedure ¡Ac%va%on ¡Records. ¡
Scope. ¡

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Run%me ¡Support ¡

Genera%ng ¡machine ¡code ¡from ¡intermediate ¡

is ¡not ¡enough. ¡

Interfaces ¡between ¡the ¡program ¡and ¡

computer ¡resources ¡are ¡needed. ¡

– Memory ¡Management ¡ – Other ¡resources ¡like ¡file ¡systems, ¡printers, ¡also ¡ need ¡to ¡be ¡accessed. ¡

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Parameter ¡passing ¡

1.Parameter-‑passing ¡methods ¡

– Call-‑by-‑value ¡ – Call-‑by-‑reference ¡ – Call-‑by-‑Value-‑Result ¡

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Parameter ¡passing ¡

2.Call-‑by-‑value ¡

1) ¡In ¡C ¡and ¡Pascal ¡ 2) ¡Implementa%on ¡

A ¡formal ¡parameter ¡is ¡treated ¡just ¡like ¡a ¡local ¡name, ¡so ¡

the ¡storage ¡for ¡the ¡formals ¡is ¡in ¡the ¡ac%va%on ¡record ¡of ¡ the ¡called ¡procedure. ¡

The ¡caller ¡evaluates ¡the ¡actual ¡parameters ¡and ¡places ¡

their ¡r-‑values ¡in ¡the ¡storage ¡for ¡the ¡formals. ¡

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Parameter ¡passing ¡

3.Call-‑by-‑Reference ¡

1) ¡call-‑by-‑address ¡or ¡call-‑by-‑loca%on. ¡ 2) ¡Implementa%on ¡

If ¡an ¡actual ¡parameter ¡is ¡a ¡name ¡or ¡an ¡expression ¡

having ¡an ¡l-‑value, ¡then ¡that ¡l-‑value ¡itself ¡is ¡passed. ¡

If ¡the ¡actual ¡parameter ¡is ¡an ¡expression ¡that ¡has ¡no ¡l-‑

value, ¡then ¡the ¡expression ¡is ¡evaluated ¡in ¡a ¡new ¡ loca%on, ¡and ¡the ¡address ¡of ¡that ¡loca%on ¡is ¡passed. ¡

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Parameter ¡passing ¡

4.Copy-‑by-‑Value-‑Result ¡

1) ¡Hybrid ¡between ¡call-‑by-‑value ¡and ¡call-‑by-‑reference. ¡ 2) ¡Implementa%on ¡

Before ¡control ¡flows ¡to ¡the ¡called ¡procedure, ¡the ¡actual ¡

parameters ¡are ¡evaluated.(copy-‑in) ¡

When ¡control ¡returns, ¡the ¡current ¡r-‑value ¡of ¡the ¡formal ¡

parameters ¡are ¡copied ¡back ¡into ¡the ¡l-‑values ¡of ¡the ¡ actuals, ¡using ¡the ¡l-‑values ¡computed ¡before ¡the ¡ call(copy-‑out) ¡ Note: ¡Only ¡actuals ¡having ¡l-‑values ¡are ¡copied. ¡

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Parameter ¡Passing ¡(Example) ¡

Call ¡by ¡Value ¡ print(n) ¡ 1 ¡ print(n) ¡ 1 ¡ int ¡n; ¡ void ¡p(int ¡k) ¡ { ¡ ¡ ¡ ¡n ¡:= ¡n+1; ¡ ¡ ¡ ¡k ¡:= ¡k+4; ¡ ¡ ¡ ¡print(n); ¡ ¡} ¡ int ¡main() ¡ { ¡ ¡ ¡ ¡ ¡n ¡= ¡0; ¡ ¡ ¡ ¡ ¡p(n); ¡ ¡ ¡ ¡ ¡print(n); ¡ } ¡ main: ¡ n=0 ¡ p(0); ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡prints ¡n=1 ¡ ¡ p() ¡ n=1 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡prints ¡n=1 ¡ k=4 ¡ returns ¡to ¡main ¡

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Parameter ¡Passing ¡(Example) ¡

Call ¡by ¡Value ¡ Call ¡by ¡ Reference ¡ print(n) ¡ 1 ¡ 5 ¡ print(n) ¡ 1 ¡ 5 ¡ int ¡n; ¡ void ¡p(int ¡k) ¡ { ¡ ¡ ¡ ¡n ¡:= ¡n+1; ¡ ¡ ¡ ¡k ¡:= ¡k+4; ¡ ¡ ¡ ¡print(n); ¡ ¡} ¡ int ¡main() ¡ { ¡ ¡ ¡ ¡ ¡n ¡= ¡0; ¡ ¡ ¡ ¡ ¡p(n); ¡ ¡ ¡ ¡ ¡print(n); ¡ } ¡ main: ¡ n=0 ¡ p(0); ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡prints ¡n=5 ¡ ¡ p() ¡ ¡here ¡k=n ¡ n=1 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡prints ¡n=5 ¡ k=4+1 ¡ returns ¡to ¡main ¡

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Parameter ¡Passing ¡(Example) ¡

Call ¡by ¡Value ¡ Call ¡by ¡ Reference ¡ Call ¡by ¡Value-‑ Result ¡ print(n) ¡ 1 ¡ 5 ¡ 1 ¡ print(n) ¡ 1 ¡ 5 ¡ 4 ¡ int ¡n; ¡ void ¡p(int ¡k) ¡ { ¡ ¡ ¡ ¡n ¡:= ¡n+1; ¡ ¡ ¡ ¡k ¡:= ¡k+4; ¡ ¡ ¡ ¡print(n); ¡ ¡} ¡ int ¡main() ¡ { ¡ ¡ ¡ ¡ ¡n ¡= ¡0; ¡ ¡ ¡ ¡ ¡p(n); ¡ ¡ ¡ ¡ ¡print(n); ¡ } ¡ main: ¡ n=0 ¡ p(0); ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡prints ¡n=4 ¡ ¡ p: ¡ p() ¡ ¡here ¡k=n ¡(but ¡only ¡value ¡copied ¡and ¡later ¡result ¡put ¡back ¡to ¡n) ¡ n=1 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡prints ¡n=1 ¡ K=0+4 ¡ returns ¡to ¡main ¡

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Storage ¡Organiza%on ¡

1. The ¡compiler ¡obtains ¡a ¡block ¡of ¡storage ¡from ¡the ¡opera%ng ¡system ¡for ¡the ¡ compiled ¡program ¡to ¡run ¡in. ¡ 2. Run ¡%me ¡storage ¡might ¡be ¡subdivided ¡to ¡hold: ¡

Generated ¡target ¡code ¡
Data ¡objects, ¡and ¡
Control ¡stack ¡to ¡keep ¡track ¡of ¡procedure ¡ac%va%ons. ¡

3. In ¡most ¡compiled ¡languages, ¡it ¡is ¡not ¡possible ¡to ¡make ¡changes ¡to ¡the ¡code ¡ area ¡during ¡execu%on. ¡ 4. The ¡code ¡area ¡is ¡fixed ¡prior ¡to ¡the ¡execu%on, ¡and ¡all ¡code ¡addresses ¡are ¡ computable ¡at ¡compile ¡%me. ¡ 5. The ¡size ¡of ¡the ¡some ¡data ¡objects ¡may ¡also ¡be ¡known ¡at ¡compile ¡%me, ¡and ¡ these ¡too ¡can ¡be ¡placed ¡in ¡a ¡sta%cally ¡determined ¡area. ¡

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Memory ¡Organiza%on ¡(cont.) ¡

Code ¡ ¡ Global ¡/ ¡Sta%c ¡data ¡ Stack ¡ Heap ¡

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Code ¡Memory ¡

Entry ¡point ¡of ¡each ¡procedure ¡and ¡func%on ¡is ¡known ¡at ¡compile ¡%me. ¡ ¡ Code ¡for ¡Procedure ¡1 ¡ Code ¡for ¡Procedure ¡2 ¡ . ¡ . ¡ Code ¡for ¡Procedure ¡n ¡ Entry ¡point ¡for ¡Procedure ¡1 ¡ Entry ¡point ¡for ¡Procedure ¡2 ¡ . ¡ . ¡ Entry ¡point ¡for ¡Procedure ¡n ¡

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Data ¡Area ¡

Only ¡a ¡small ¡part ¡of ¡data ¡can ¡be ¡assigned ¡fixed ¡loca%ons ¡before ¡execu%on ¡begins ¡ ¡

– Global ¡and/or ¡sta%c ¡data ¡ – Compile-‑%me ¡constants ¡ ¡

Large ¡integer ¡values ¡
Floa%ng-‑point ¡values ¡

– Literal ¡strings ¡ 1. The ¡memory ¡area ¡for ¡the ¡alloca%on ¡of ¡dynamic ¡data ¡can ¡be ¡organized ¡in ¡many ¡ different ¡ways. ¡ 2. A ¡typical ¡organiza%on ¡divides ¡the ¡dynamic ¡memory ¡into ¡ ¡ – ¡stack ¡area ¡(LIFO ¡protocol) ¡ – ¡heap ¡area ¡

Dynamic ¡Memory ¡

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Why ¡Stack ¡and ¡Heap? ¡

C/Pascal ¡uses ¡extensions ¡of ¡the ¡control ¡stack ¡to ¡manage ¡ac%va%ons ¡of ¡
procedures. ¡

¡

When ¡a ¡call ¡occurs, ¡execu%on ¡of ¡an ¡ac%va%on ¡is ¡interrupted ¡and ¡informa%on ¡

about ¡the ¡status ¡of ¡the ¡machine, ¡such ¡as ¡the ¡value ¡of ¡the ¡program ¡counter ¡and ¡ machine ¡registers, ¡is ¡saved ¡on ¡the ¡stack. ¡

When ¡control ¡returns ¡from ¡the ¡call, ¡this ¡ac%va%on ¡can ¡be ¡restarted ¡aier ¡

restoring ¡the ¡values ¡of ¡relevant ¡registers ¡and ¡sejng ¡the ¡program ¡counter ¡to ¡the ¡ point ¡immediately ¡a>er ¡the ¡call. ¡

Heap ¡holds ¡all ¡other ¡informa%on ¡like ¡the ¡data ¡under ¡program ¡control ¡i.e. ¡dynamic ¡

memory ¡alloca%on. ¡ ¡

By ¡conven%on, ¡stacks ¡grow ¡down. ¡Heaps ¡grow ¡up. ¡ ¡

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Ac%va%on ¡Trees ¡

Consider ¡the ¡following ¡program: ¡

int ¡x ¡= ¡2; ¡ ¡void ¡f(int ¡n) ¡{ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡staDc ¡int ¡x ¡= ¡1; ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡g(n); ¡ ¡x-‑-‑; ¡ ¡} ¡ void ¡g(int ¡m) ¡{ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡int ¡y ¡= ¡m-‑1; ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡if ¡(y ¡> ¡0) ¡{ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡f(y); ¡ ¡x-‑-‑; ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡g(y); ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡} ¡ } ¡ main() ¡{ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡g(x); ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡return ¡0; ¡ } ¡

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Ac%va%on ¡Trees ¡

Consider ¡the ¡following ¡program: ¡

int ¡x ¡= ¡2; ¡ ¡void ¡f(int ¡n) ¡{ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡staDc ¡int ¡x ¡= ¡1; ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡g(n); ¡ ¡x-‑-‑; ¡ ¡} ¡ void ¡g(int ¡m) ¡{ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡int ¡y ¡= ¡m-‑1; ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡if ¡(y ¡> ¡0) ¡{ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡f(y); ¡ ¡x-‑-‑; ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡g(y); ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡} ¡ } ¡ main() ¡{ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡g(x); ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡return ¡0; ¡ } ¡

¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡main() ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡| ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡g(2) ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡/ ¡\ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡f(1) ¡g(1) ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡| ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡g(1) ¡ ¡ ¡ Ac%va%on ¡Tree ¡

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Procedure ¡Ac%va%on ¡Record ¡

An ¡important ¡unit ¡of ¡memory ¡
Procedure ¡acDvaDon ¡record ¡contains ¡memory ¡allocated ¡for ¡the ¡local ¡data ¡of ¡

a ¡procedure ¡or ¡func%on ¡when ¡it ¡is ¡called, ¡or ¡ac%vated. ¡ 1. Details depend on the architecture of target machine and properties of the language. 2. When activation records are kept on stack, they are called stack frames. Arguments ¡ Book-‑Keeping ¡informa%on ¡ (return ¡address) ¡ Local ¡Data ¡ Local ¡Temporaries ¡

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