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

Run-­‑%me ¡Environments ¡ Rajesh ¡Kr. ¡Thakur ¡ Dept. ¡of ¡Computer ¡Science ¡and ¡Automa%on, ¡ Indian ¡Ins%tute ¡of ¡Science, ¡Bangalore-­‑560012 ¡

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

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. ¡

Parameter ¡passing ¡ 1.Parameter-­‑passing ¡methods ¡ – Call-­‑by-­‑value ¡ – Call-­‑by-­‑reference ¡ – Call-­‑by-­‑Value-­‑Result ¡

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. ¡

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. ¡

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. ¡

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

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

Parameter ¡Passing ¡(Example) ¡ Call ¡by ¡Value ¡ Call ¡by ¡ Call ¡by ¡Value-­‑ int ¡n; ¡ Reference ¡ Result ¡ void ¡p(int ¡k) ¡ { ¡ print(n) ¡ 1 ¡ 5 ¡ 1 ¡ ¡ ¡ ¡n ¡:= ¡n+1; ¡ print(n) ¡ 1 ¡ 5 ¡ 4 ¡ ¡ ¡ ¡k ¡:= ¡k+4; ¡ ¡ ¡ ¡print(n); ¡ ¡} ¡ main: ¡ int ¡main() ¡ n=0 ¡ { ¡ p(0); ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡prints ¡n=4 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡n ¡= ¡0; ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡p(n); ¡ p: ¡ ¡ ¡ ¡ ¡print(n); ¡ 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 ¡

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. ¡

Memory ¡Organiza%on ¡(cont.) ¡ Code ¡ ¡ Global ¡/ ¡Sta%c ¡data ¡ Stack ¡ Heap ¡

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

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 ¡ Dynamic ¡Memory ¡ 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 ¡

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. ¡ ¡ •

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; ¡ } ¡