О размещении переменных в стеке
Как-то попалось интересное (для меня), хотя и довольно давнее обсуждение языков программирования, где упоминался и язык PL/1.
В конце концов, как всегда, все стороны остались при своем мнении и тогда один из участников предложил написать на разных языках и затем сравнить простой тест:
PL1_EXAMPLE: PROCEDURE OPTIONS(MAIN);
DECLARE I FIXED CONTROLLED;
ON ENDFILE(SYSIN) GOTO L2;
L1: ALLOCATE I;
GET LIST(I);
IF MOD(I,2)=0 THEN FREE I;
GOTO L1;
L2: FREE I;
DO WHILE(ALLOCATION(I));
PUT LIST(I);
FREE I;
END;
END PL1_EXAMPLE;
На мой взгляд, можно было бы ещё укоротить текст. Поставив метку L2 прямо внутрь цикла DO WHILE и сократив, тем самым, один оператор FREE. Но согласен, это не лучший стиль программирования — входить в цикл не через заголовок.
В этом тесте использовалось такая возможность PL/1 как «управляемые» (controlled) переменные. Название «управляемые», на мой взгляд, неудачное. Программист, по большому счету, всегда управляет размещением объектов программы, даже, если это и делается неявно. Controlled-переменные требуют создания оператором ALLOCATE и после использования – уничтожения оператором FREE. Однако в отличие от «обычных» т.н. «базированных» (based) переменных, controlled-переменные после оператора FREE не исчезают, а получают предыдущее значение, если операторов ALLOCATE было несколько. Например, целая переменной X будет принимать следующие значения: ALLOCATE X; X=1; ALLOCATE X; X=2; FREE X; // X принимает предыдущее значение 1 FREE X; // X больше не существуетЧтобы узнать существуют ли ещё экземпляры controlled-переменной, в языке предусмотрена встроенная функция ALLOCATION, которая возвращает «да/нет» для заданного объекта. Таким образом, для каждой controlled-переменной по существу создается свой отдельный стек, хотя и реализованный в виде связанного списка в «куче». В компиляторе, который я использую и сопровождаю, «управляемых» переменных не было. А поскольку их реализация казалась слишком сложной, я внушал себе (методом «зелен виноград»), что такая возможность и не очень-то и нужна. Но читая указанную дискуссию, мне вдруг пришла мысль, что controlled-переменные легко реализовать, используя такое свойство языка, как неявные указатели. В PL/1 можно в описании based-переменной не объявлять, какой указатель нужно использовать для данной based-переменной, но тогда в операторах его нужно каждый раз указывать явно. А можно наоборот, явно объявить указатель в описании и затем просто забыть про него – компилятор при каждом обращении к based-переменной будет подставлять его по умолчанию. В данном случае компилятору достаточно просто переводить controlled-переменные в based-переменные, указывая каждый раз специальные служебные указатели, имена которых меняются, например, на единицу. А при разборе операторов ALLOCATE и FREE нужно проверить использование обычного или такого служебного указателя. Если используется служебный указатель, то для ALLOCATE нужно увеличить размер заказанной памяти ещё на размер указателя, а затем в конец выделенного участка памяти записать текущее значение этого указателя перед тем, как заполнить его новым значением. А в операторе FREE перед освобождением памяти необходимо ещё содержимое последних байт указанного фрагмента памяти поместить в служебный указатель как его восстановленное значение. Для x86-64 эти дополнительные коды будут выглядеть так (учитывая, что в «куче» есть двунаправленный связанный список и восьмью байтами «ранее» в «куче» находится адрес следующего участка выделяемой памяти): для ALLOCATE E800000000 call ?ALLOA 488BCB mov rcx,rbx F048871D20000000 xchg ?P0001,rbx 488B49F8 mov rcx,0FFFFFFF8h[rcx] 488959F8 mov 0FFFFFFF8h[rcx],rbxдля FREE BB20000000 mov q rbx,offset ?P0001 488B0B mov q rcx,[rbx] 488B49F8 mov q rcx,0FFFFFFF8h[rcx] 488B49F8 mov q rcx,0FFFFFFF8h[rcx] F048870B xchg q rcx,[rbx] 488BD9 mov q rbx,rcx E800000000 call ?FREOPОднако даже в такой простой реализации оказался свой подводный камень – число служебных указателей (?P0001,?P0002…) становится известным только после полного разбора исходного текста, а проще всего заводить их как раз в начале разбора, просто дописывая в таблицу стандартных объектов. Чтобы не переусложнять разбор, число служебных указателей я сделал настраиваемым через реестр (как и ключи компилятора). Небольшое число таких указателей компилятор имеет, на всякий случай, всегда, а если требуется большое число controlled-переменных, тогда их число всегда можно увеличить через реестр, не меняя компилятор. Также для упрощения функции ALLOCATION её пришлось сделать с параметром «адрес», что потребовало ещё обращаться к имеющейся встроенной функции ADDR. Т.е. вместо обращения типа: IF ALLOCATION(X) THEN…применяется более громоздкое обращение: IF ALLOCATION(ADDR(X)) THEN…Которое зато позволяет вообще не менять компилятор, а лишь дописать в его таблицу стандартных функций новое имя и тип параметра. Таким образом, у меня тест принял следующий вид: TEST:PROC MAIN; DCL I FIXED(31) STACK; ON ENDFILE(SYSIN) GO L1; DO REPEAT; ALLOCATE I; GET LIST(I); IF MOD(I,2)=0 THEN FREE I; END REPEAT; L1:FREE I; DO WHILE(ALLOCATION(ADDR(I))); PUT LIST(I); FREE I; END WHILE; END TEST;Или то же самое с русскими ключевыми словами: ТЕСТ:ПРОЦ ГЛАВНАЯ; ОПС I ТОЧНОЕ(31) СТЕК; КОГДА КОНЕЦ_ФАЙЛА(СТД_ВВОД) ИДТИ L1; ЦИКЛ ПОВТОРЯЯ; ДАТЬ_ПАМЯТЬ I; ЧИТАТЬ В_ВИДЕ(I); ЕСЛИ ОСТАТОК(I,2)=0 ТОГДА ВЕРНУТЬ_ПАМЯТЬ I; КОНЕЦ ПОВТОРЯЯ; L1:ВЕРНУТЬ_ПАМЯТЬ I; ЦИКЛ ПОКА(ЕСТЬ_В_СТЕКЕ(АДРЕС(I))); ПЕЧАТАТЬ В_ВИДЕ(I); ВЕРНУТЬ_ПАМЯТЬ I; КОНЕЦ ПОКА; КОНЕЦ TEСT;Легко проверить, что если запустить такой тест и вводить с клавиатуры, например, 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Ctrl+Z (последний символ сигнализирует о конце ввода), то на экран выдается требуемая последовательность: 9 7 5 3 1. Поскольку я считаю название «controlled» неинформативным, на русский язык я перевел его все-таки как «СТЕК» и приравнял атрибуты памяти CONTROLLED и STACK, подчеркивая, тем самым, организацию памяти в виде стека (пусть фактически и в виде связанного списка), а функцию ALLOCATION соответственно как ЕСТЬ_В_СТЕКЕ. Итак, не внося серьезных изменений в компилятор, удалось добавить в язык возможность, которая изначально была в стандарте языка и использовалась на практике. Получились своеобразные «стековые» переменные, не в том смысле, что для их создания достаточно передвинуть указатель стека (увы, действий гораздо больше), а в том смысле, что при создании очередного экземпляра такой переменной, его предыдущее значение заталкивается в индивидуальный стек этой переменной. Такой индивидуальный стек расположен в общей «куче». Что касается предложенного теста, то, скорее всего, изначально он задумывался для демонстрации рекурсии, например, на том же PL/1 такой текст даже короче (не нужно явно выделять и освобождать память), хотя делает то же самое: TEST:PROC MAIN; F; F:PROC RECURSIVE; DCL I FIXED; ON ENDFILE(SYSIN) GO L1; GET LIST(I); F; IF MOD(I,2)^=0 THEN PUT LIST(I); L1: END F; END TEST;Однако лично я все же присудил бы победу первому варианту с controlled-переменными, особенно по критерию эффективности. Так как при рекурсии для запоминания всего лишь одной переменной приходится запоминать все состояние рекурсивной процедуры. Кроме этого, «стековые» переменные могут существовать и после выхода из подпрограммы, что в некоторых случаях может оказаться практически удобным свойством. Автор: Д.Ю.Караваев. Опубликовано: 2018.12.03, последняя правка: 2019.01.28 20:51
Написать автору можно на электронную почту |
Продолжение цикла и выход из него