Procedure e variabili locali. Corso di Architettura degli Elaboratori. Uno stack anche per i calcoli. Lo stack di esecuzione

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1 Corso di Architettura degli Elaboratori Il livello della microarchitettura: l'isa IJVM Dipartimento di Informatica Università degli Studi di Torino C.so Svizzera, 85 I-04 Torino ~baldoni Procedure e variabili locali ambiente di esecuzione procedura A variabili locali di A variabili locali di B proc. B var di B proc. B var di B proc. A var di A variabili locali di B ambiente di esecuzione procedura B chiamata da A ambiente di esecuzione procedura B chiamata ricorsivamente Procedure (metodi) e variabili locali Chiamata di una procedura come apertura di un nuovo ambiente Chiamate ricorsive Le variabile locali esistono fintanto che la procedure e` in esecuzione Usare uno stack di ambienti! 2 Lo stack di esecuzione Uno stack anche per i calcoli record di attivazione Non vengono assegnati indirizzi assoluti alle variabili locali ma solo relativi (offset) alla base del record di attivazione Un registro () puntera` sempre alla base del record di attivazione della procedura (metodo) in esecuzione Un registro () puntera` sempre al top dello stack La struttura a stack, come visto con la RPN, puo` essere utilizzata in modo proficuo anche per tenere gli operandi durante il calcolo di una espressione aritmetica (operand stack) Lo stack di esecuzione e gli operand stack possono coesistere Macchina a zero indirizzi 3 4

2 IJVM: organizzazione della memoria ISA IJVM Costant pool: registro CPP Stack di esecuzione: registro Operand stack: registro Area dei metodi (codice): registro PC CPP,, sono puntatori a parole, PC a byte BIPUSH byte: push di un byte sullo stack DUP: copia della prima parola sullo stack e push GOTO offset: branch non condizionato IADD: pop di due parole dallo stack; push della loro somma IAND: pop di due parole dallo stack; push dell'and logico IFEQ offset: pop di una parola e branch se e` zero IFLT offset: pop di una parola e branch se e` negativa IFICMPEQ offset: pop di due parole dallo stack; branch se sono uguali IINC varnum const: somma una costante a una variabile locale ILOAD varnum: push di una variabile locale sullo stack INVOKEVIRTUAL disp: chiama un metodo 5 6 ISA IJVM ISA IJVM IOR: pop di due parole dallo stack; push dell'or logico IRETURN: ritorno da un metodo con un valore intero ISTORE varnum: pop una parola dallo stack; push la loro differenza : pop due parole dallo stack; push la loro differenza LDCW index: push di una costante dalla constant pool sullo stack NOP: nessuna operazione POP: cancella una parola i = j + k; if (i == 3) k = 0; else j = j ; ILOAD j 2 ILOAD k 3 IADD 4 ISTORE i 5 ILOAD i 6 BIPUSH 3 7 IFICMPEQ L 8 ILOAD j BIPUSH 0 ISTORE j 2 GOTO L2 3 L: BIPUSH 0 4 ISTORE k 5 L2: Nota le istruzioni sono in notazione polacca inversa Per l'esecuzione di sfrutta l'operand stack SWAP: scambia le due parole in cima allo stack WIDE: prefisso; l'istruzione seguente ha un indirizzo di 6 bit 7 8

3 ISA IJVM vs ISA JVM javac Prova.java javap -c Prova class Prova { public static void main(string args[]) { int i=0, j=0,k=0; i = j + k; if (i == 3) k = 0; else j = j - ; } } Compiled from Prova.java class Prova extends java.lang.object { Prova(); public static void main(java.lang.string[]); } Method Prova() 0 aload_0 invokespecial # <Method java.lang.object()> 4 return Method void main(java.lang.string[]) 0 iconst_0 istore_ 2 iconst_0 3 istore_2 4 iconst_0 5 istore_3 6 iload_2 7 iload_3 8 iadd istore_ 0 iload_ iconst_3 2 if_icmpne 20 5 iconst_0 6 istore_3 7 goto iload_2 2 iconst_ 22 isub 23 istore_2 24 return ILOAD j 2 ILOAD k 3 IADD 4 ISTORE i 5 ILOAD i 6 BIPUSH 3 7 IFICMPEQ L 8 ILOAD j BIPUSH 0 ISTORE j 2 GOTO L2 3 L: BIPUSH 0 4 ISTORE k 5 L2: ISA IJVM: INVOKEVIRTUAL Serve a chiamare un altro metodo (e aprire un nuovo ambiente) L'istruzione alloca lo spazio per il riferimento all'oggetto su cui è invocato il metodo (non necessario, non ci sono ogetti!), per i parametri e le variabili locali, per l'indirizzo di ritorno (PC del chiamante) e del chiamante Imposta in nuovo valore di PC al codice del metodo 0 BIPUSH - BIPUSH -0 BIPUSH La sequenza di istruzioni IJVM chiama un metodo cpm(p, p2) che confronta due parametri e restituisce: - - se p < p2; - 0 se p = p2; - se p > p2. Il metodo viene chiamato sui parametri - e -0 (quindi ci aaspettiamo che ritorni il valore BIPUSH - BIPUSH -0 BIPUSH Viene caricato il parametro implicito del metodo, l'oggetto su cui e` invocato il metodo, questo viene fatto solo per coerenza con JVM ma non serve in questa implementazione di IJVM objref 2

4 BIPUSH - BIPUSH -0 BIPUSH Viene effettuata il PUSH del primo parametro: - BIPUSH - BIPUSH -0 BIPUSH Viene effettuata il PUSH del secondo parametro: -0 - objref -0 - objref 3 4 BIPUSH - BIPUSH -0 BIPUSH Viene invocato il metodo cmp(-, -0) -0 - objref.method cmp(p,p2) ILOAD p ISTORE ILOAD ILOAD gt: BIPUSH lt: BIPUSH - Viene preparata l'esecuzione del metodo, allocato lo spazio per i parametri locali, salvato l'indirizzo dell'istruzione successiva alla chiamata del metodo (indirizzo di ritorno) e il valore del registro (base pointer del chiamante)

5 .method cmp(p,p2) ILOAD p ISTORE ILOAD ILOAD gt: BIPUSH lt: BIPUSH - Push del valore del primo parametro method cmp(p,p2) ILOAD p ISTORE ILOAD ILOAD gt: BIPUSH lt: BIPUSH - Push del valore del secondo parametro method cmp(p,p2) ILOAD p ISTORE ILOAD ILOAD gt: BIPUSH lt: BIPUSH - Calcolo del differenza tra i due valori sul top dello stack -0 -.method cmp(p,p2) ILOAD p ISTORE ILOAD ILOAD gt: BIPUSH lt: BIPUSH - Memorizza il valore sul top dello stack nella variabile locale :

6 .method cmp(p,p2) ILOAD p ISTORE ILOAD ILOAD gt: BIPUSH lt: BIPUSH - Carica il valore di sullo stack : method cmp(p,p2) ILOAD p ISTORE ILOAD ILOAD gt: BIPUSH lt: BIPUSH - Test se il top dello stack e` negativo, se cosi` salta a lt altrimenti continua in sequenza : method cmp(p,p2) ILOAD p ISTORE ILOAD ILOAD gt: BIPUSH lt: BIPUSH - Carica il valore di sullo stack : method cmp(p,p2) ILOAD p ISTORE ILOAD ILOAD gt: BIPUSH lt: BIPUSH - Salta a eq se il top dello stack contiene 0 :

7 .method cmp(p,p2) ILOAD p ISTORE ILOAD ILOAD gt: BIPUSH lt: BIPUSH - Il top dello stack e` positivo, quindi inserisce, il valore di ritorno del metodo : method cmp(p,p2) ILOAD p ISTORE ILOAD ILOAD gt: BIPUSH lt: BIPUSH - Il top dello stack e` positivo, quindi inserisce, il valore di ritorno del metodo : ISA IJVM: IRETURN.method cmp(p,p2) ILOAD p ISTORE ILOAD ILOAD gt: BIPUSH lt: BIPUSH - Istruzione di ritorno al chiamante : Serve per uscire da un metodo restituendo il controllo al chiamante Disalloca lo spazio riservato durante la INVOKEVIRTUAL Riporta ai valori del chiamante i registri e PC Push del valore di ritorno sul top dello stack 27 28

8 IRETURN: dettaglio IRETURN: dettaglio.method cmp(p,p2) ILOAD p ISTORE ILOAD ILOAD gt: BIPUSH lt: BIPUSH - Istruzione di ritorno al chiamante : method cmp(p,p2) ILOAD p ISTORE ILOAD ILOAD gt: BIPUSH lt: BIPUSH - Viene ripristinato il registro e contiene sul top ora il valore di ritorno, viene ripristinato PC e torna all'istruzione successiva della chiamata del metodo stesso : IRETURN: dettaglio IRETURN: dettaglio BIPUSH - BIPUSH -0 BIPUSH Al ritorno del metodo ho sul top il risultato del metodo, push di BIPUSH - BIPUSH -0 BIPUSH Se i due valori sul top dello stack sono uguali salta a EQ 3 32