O documento discute conceitos de sub-programas (funções e procedimentos) em linguagens de programação, incluindo: 1) Como sub-programas permitem abstração ao parametrizar escopos nomeados; 2) Como argumentos e parâmetros são associados durante uma chamada; 3) Como a memória é gerenciada através de registros de ativação para cada chamada de sub-programa.

1. Paradigmas de Linguagens de Programação Paradigma Imperativo [Sub-programas] Aula #3 (CopyLeft)2009 - Ismar Frango ismar@mackenzie.br

2. Uma sub-rotina/função/procedimento é um escopo nomeado parametrizado Pode retornar um valor (geralmente chamando-se de função) x = (b*b - sqrt(4*a*c))/2*a Pode não retornar valor Chama-se “procedure” (Ada/Pascal), “subroutine” (Fortran), “void functions/methods” (C, C++, Java) Abstração Procedimental Slide traduzido de Vitaly Shmatikov, U. Texas - http://www.cs.utexas.edu/~shmat/courses/cs345_spring08/ Contêm declarações de variáveis locais e instruções Argumentos podem ser passados para o escopo Pode ser referenciado e até sobrecarregado

3. Argumentos e Parâmetros Argumento: expressão que aparece em uma chamada Parâmetro: identificador que aparece na declaração O casamento parâmetro-argumento pode ser por número e posição Há exceções, como em Perl, onde os parâmetros são disponíveis como elementos de um array @_, ou como em Ada, que usa passagem nomeada int h, i; void B(int w) { int j, k; i = 2*w; w = w+1; } void A(int x, int y) { bool i, j; B(h); } int main() { int a, b; h = 5; a = 3; b = 2; A(a, b); }

4. Como funciona a execução de sub-programas? Modelo simples de memória procedure P ( c: integer ) x: integer; procedure Q ( a, b: integer ) i, j: integer; begin x := x+a+j; end; begin Q(x,c); end;

5. Activation Records (AR) Bloco de informação (“frame”) associado com cada chamada , incluindo: Parâmetros Variáveis locais Endereço de retorno Local onde colocar o valor de retorno quando da saída do sub-programa (se houver retorno) Link de controle para o AR do caller Variáveis temporarias e resultados intermediários Pode ter um link de acesso ao “escopo-pai” da função (depende da linguagem) Cada chamada de um subprograma gera uma instância de um AR – Activation Record Instance , ou ARI

6. Layout de um Activation Record Return address Onde está o código a ser executado quando o sub-programa terminar? Return-result address Endereço no AR do caller que recebe o retorno Parameters Contêm os dados vindos do caller Control link Local variables Intermediate results Environment pointer Parameters Return address Return-result addr

7. Exemplo Função fact(n) = if n<= 1 then 1 else n * fact(n-1) Return result address: local onde colocar fact(n) Parameters Recebe o valor de n Intermediate results Locais com os valores de fact(n-1) Control link Local variables Intermediate results Environment pointer Parameters Return address Return result addr

8. x86 Activation Record frame pointer stack pointer

9. http://www.inf.ufrgs.br/~nicolas/pdf/Compiladores22-runtime.pdf

10. Frame Pointer Aponta para o fim da frame corrente g(…) { f(a1,…,an); } g  caller f  callee Arg n … Arg 2 Arg 1 Static link Local vars Ret address Temporaries Saved regs Arg m … Arg 1 Static link f’s frame g’s frame next frame sp fp

11. Function Call (O Return address é um ponteiro no segmento de código ) fact(n) = if n<= 1 then 1 else n * fact(n-1) Control link fact(n-1) n Return-result addr 3 fact(3) Control link fact(n-1) n Return-result addr 2 fact(2) Control link fact(n-1) n Return-result addr k fact(k) Environment pointer Control link fact(n-1) n Return-result addr 1 fact(1)

12. Function Return Control link fact(n-1) n Return-result addr 3 fact(3) Control link fact(n-1) n Return-result addr 1 2 fact(2) Control link fact(n-1) n Return-result addr 1 fact(1) fact(n) = if n<= 1 then 1 else n * fact(n-1) Control link fact(n-1) n Return-result addr 2 3 fact(3) Control link fact(n-1) n Return-result addr 1 2 fact(2) High addresses Low addresses

13. Caller: – avalia os parâmetros efetivos e os coloca na pilha – Registradores em uso pelo chamador são salvos em memória – armazena o endereço de retorno e o valor antigo do frame_pointer no registro de ativação da rotina chamada e atualiza o valor do frame_pointer; Calee: – salva valores de registradores e outras informações do estado da máquina; – inicializa variáveis locais e começa sua execução. Sequência da chamada

14. Callee: – armazena o valor de retorno logo após o registro de ativação da rotina chamadora; – restaura o apontador do topo do RA e os registradores da máquina e desvia para o endereço de retorno dentro da rotina chamadora; Caller: – copia o valor retornado no seu próprio registro de ativação Sequência do retorno