第8章：子程序和控制結構——《實踐之路》筆記

將抽象定義成一種過程

名字 映射到複雜的程序片斷

從用途與功能角度考慮

而非具體實現

 

控制抽象：執行良好定義的操做

數據抽象：表示數據

 

局部變量：執行代碼語句相關的變量

參數：輸入

返回值：輸出

將以上三個限制於子程序做用域內

 

子程序表明調用方執行操做：任務委託

 

參數化

傳遞參數：傳遞信息（控制子程序行爲），提供數據（值）

實參在調用時映射到形式參數

形參：子程序內局部變量 ？

 

返回值：函數

不返回：過程

 

大多數要求函數在使用前已有聲明

c沒有

 

聲明：編譯器能夠檢查調用與函數簽名是否一致

 

調用序列：調用先後，被調用先後

 

8.1回顧棧佈局

調用棧上分配空間問題

 

子程序被調用時，棧頂部分配一個新棧幀：活動記錄

包含：實參、返回值，簿記信息（返回地址，保存的寄存器），局部變量、臨時值

 

在任意給定時刻，棧指針寄存器保存最後一個已用位置，或第一個未用地址

幀指針保存棧頂幀內的一個地址

幀中對象訪問：相對幀指針位移尋址

 

對象大小編譯時未知，放在幀頂部大小可變區域，地址與內情向量保存在某個固定區域

不存在未知大小對象：幀中對象相對棧指針偏移量靜態可知，不用幀指針

參數大小編譯時未知：參數放在其餘參數下方大小可變區域，地址與內情向量放在相對幀指針的已知偏移量處

　　　　　　　　　　或調用方只傳遞臨時地址與內情向量，被調方複製實參到棧頂可變區域

 圖

 

容許嵌套與靜態做用域的語言：

對象可能在外圍子程序中

維護靜態鏈，找到這些非局部非全局對象

棧幀包含一個 對詞法上外圍幀的引用——靜態鏈（指針）

爲子程序返回時恢復而保存的幀指針——動態鏈（指針）

 

一個活動的子程序，其外圍子程序是活動的

只有經過外圍子程序才能見到且調用內層子程序

 

嵌套定義的子程序，只能從外圍子程序進入。由於函數名對其餘函數不可見。

局部子程序：詞法靜態嵌套關係表示可見性

 

8.2調用序列：完成調用工做的實現

維護子程序調用棧

調用先後處理代碼，被調先後處理代碼

 

進入子程序的過程完成的工做

傳遞參數

保存返回地址

修改程序計數器

修改棧指針與分配空間！！

保存子程序可能修改的寄存器值（包括幀指針）

修改幀指針，指向新幀棧

執行新幀上的對象初始化代碼

 

離開時的工做

傳遞返回參數，返回值

局部變量終結代碼，釋放空間

釋放幀棧（恢復棧指針）

恢復保存的幀指針

 

全部工做中一部分只能由調用方完成（只有調用方知道的信息：傳遞參數，返回地址？靜態鏈）

其餘能夠共同完成

調用方作工做

被調方作工做：能夠節省空間，子程序不止一次被調用？？？

##調用樹圖

 

保存恢復寄存器

理想模式：調用方正在使用，而被調方用於其餘目的。則將之保存（寄存器集合的子集）

實際：調用方保存全部正在使用的寄存器　　被調方保存全部將要修改的寄存器

寄存器分組：調用方保存有價值的一組　　被調方改寫沒有價值的一組（可能存在語義一致的資源）

 

靜態鏈維護

一部分維護工做必須由調用方完成：調用方的詞法外層

調用方計算被調方的靜態鏈，做爲隱式參數傳遞

具體分兩種狀況：

1.被調方直接嵌套在內層

被調方靜態鏈引用調用方的棧幀。調用方傳遞幀指針

2.被調方在調用方外k層

調用方對靜態鏈作k次間接引用，傳遞給被調方

 

 

典型調用序列

 

調用方

保存寄存器

計算參數值，移入棧或寄存器

計算靜態鏈，做爲隱式參數傳遞

執行子程序調用指令，跳入子程序，返回地址放在棧，寄存器中

 

被調方

分配幀

保存原有幀值，賦予新值

保存寄存器

 

子程序結束

 

被調方

返回值移入寄存器或棧

恢復寄存器

恢復fp，sp

跳回返回地址

 

調用方

保存返回值

恢復寄存器

 

優化：

沒有局部變量

不須要幀棧，參數來自寄存器

 

區頭向量

取代靜態鏈的小數組，緩存地址計算結果。空間換時間

 

寄存器窗口滑動

 

內聯展開

增長了代碼量

保持語義（相對宏）

編譯器可瞭解語義，可優化

 

8.3參數傳遞

傳遞值，引用，閉包

 

規則惟一：c

規則不惟一：python？

 

8.3.1參數模式

值調用，傳遞副本。獲得值

 

引用調用：傳遞地址。形參爲實參的新名字，別名。

傳遞的必須是左值

 

引用傳遞爲了修改參數

值傳遞+返回值：形參賦值回實參

 

討論值模型與引用模型只對使用值模型的語言有意義

 

變量的引用模型，不必定要求全部對象經過地址訪問。java，python

 

java內部類型值模型，自定義爲引用模型

不管變量是值仍是引用，都經過複製來傳遞

與賦值語句語義一致

 

函數意圖

修改實參

保持實參

 

間接訪問的代價

複製對象的代價（大型值）

 

只讀參數：同時得到引用參數的效率與值參數的安全性

 

c：const聲明：加工時常量

const指針：保證不引用其餘對象　　或　　引用的對象不被修改

 

c++

引用參數&

不引用其餘對象　　const 指針

引用做爲返回值

 

閉包做爲參數

閉包：子程序的引用，並帶有子程序引用環境

代碼地址+引用環境

帶環境的可調用對象

 

c：指向程序的指針

 

面向對象：模仿閉包行爲，閉包對象，單方法類

 

類是對象：有屬性（靜態方法，類變量）

類是類型：建立類實例對象，提供方法，實例屬性

 

8.3.3特殊目的的參數

 

類似數組：不一樣語言，數組維數與邊界的約束時間不一樣：編譯時，加工時，執行時

語言中，針對參數的規則  比 針對變量的規則 寬鬆

推遲到運行時肯定形狀的數組參數：類似數組參數，開放數組參數

 

默認參數

提供值：修改函數默認行爲

缺省實參：使用默認值，默認行爲

默認值爲：值，字面量，不可變

　　　　：對象，可變 

 

命名參數：相對於位置參數：關鍵字參數：調用時的按名傳參行爲

混合使用：先位置參數

 

 

可變個數參數表

對靜態類型不安全，沒法靜態檢查（不知道個數，不可能檢查）

對動態類型安全？運行時檢查，動態檢查

類型安全的靜態類型：要求可變長參數表類型相同

 

8.3.4函數返回

不區分表達式與語句的語言：函數的值=函數體（自己是一個表達式）的值？？？

顯式return：反作用：函數中止

正交性：返回值類型限定

返回複合值，元組

 

 正交性：弱化限制

設計限制了出現的對象必須知足的特徵：第一類，第二類，第三類 　　類型　　靜態已知

 

8.4泛型子程序與模板

須要在不一樣類型對象上使用同一操做

OS：隊列：保存進程、存儲描述符、文件緩衝區、設備控制塊、等

隊列數據結構的特徵與數據項的特徵無關

 

8.4.1不一樣的實現方法 

隱式參數多態性：參數類型無描述，但依然是類型安全的

類型檢查推遲到運行時

 

顯式多態的泛型機制

C++模板

用於建立容器

容器：數據抽象，保存一組對象。操做與對象類型無關（不要求提供接口，要求極少的接口）

 

泛型模塊（或類）須要泛型子程序，實現操做

 

泛型參數：

java c#只容許傳遞類型

ada c++容許傳遞常規類型的值？子程序或類？

 

泛型代碼：對類型參數的最低特性要求（最小接口）

 

適當的限制條件：顯示描述，或編譯器推斷　　

編譯器的工做是隱式的　　寫於程序正文的是顯示的

 

不一樣的實現方法

Ada c++靜態機制：編譯時 建立使用泛型代碼的多個實例，每一個實例獨立代碼副本

C++：安排獨立的類型檢查

優化：共享代碼

 

類型檢查：要求特定的類型——函數簽名(運算符)

　　　　　要求提供接口——泛型　

 

java：一個泛型全部實例運行時共享代碼

標準基類object的實例（語義轉化爲子類多態性）

子類運行父方法

 

靜態泛型與宏 有共性

泛型　　　　宏

內聯函數　　宏

編譯器理解的　　過後添加的，預處理器展開的

類型檢查

常規做用域規則

 

 

8.4.2泛型參數的約束條件

泛型也是種抽象：接口提供全部信息

Ada，java：限制泛型參數，顯示說明參數類型支持的操做

java：從父類繼承的接口實現

 

c++：摒棄顯示限制，提供參數檢查

參數類型不支持操做：靜態語義錯誤避免隱式使用泛型參數類型的操做

 

 

8.4.3隱式實例化（函數）

泛型函數看作重載（重載是否必定要求函數簽名不相同？須要聲明，須要強類型）

c++隱式實例化規則比 重載子程序 嚴格

編譯器不對子程序實參做類型強制

 

8.5異常

子程序調用棧的回退

難以在局部上下文處理

不妨礙正常的流程

錯誤處理移到主流以外

控制轉移

 

致命異常

可恢復異常

 

處理程序與異常的動態約束：容易形成語義模糊

靜態約束：詞法位置約束的代碼塊。做爲原始代碼塊相併存在的補充（if else）。

 

調用點引起異常，調用方（&調用方的調用方）處理

沿動態鏈返回，（依然存在動態約束，可是受限得多）

 

在調用方代碼塊（靜態約束）中尋找局部處理程序，檢查匹配，處理/從新拋出/終止並打印

 

沿動態鏈尋找調用方，在調用方代碼塊（靜態環境）尋找局部處理程序

匹配——處理

不匹配——從新引起（傳播）

 

8.5.1異常的定義

預約義異常

異常類型

參數：類的域（字典）

 

try

throw，raise主動引起

 

傳播（接收並重發）

catch

最終未處理的狀況

 

清理操做：相似調用序列語義（子集），可是未完成工做

離開做用域：內存釋放

 

final

with——exit？

 

8.5.3異常的實現

處理程序的連接表棧（解釋數據結構？）

控制進入保護區：處理程序加入表

爲實現沿動態鏈的反向傳播，對於中間層子程序無處理程序：隱式處理程序：子程序的後續代碼，從新引起異常

 

編譯時記錄表格：處理程序與受保護塊的對應關係（指針）

異常發生：程序計數器爲key，對錶格折半搜索

特別處理隱式處理程序：返回地址做爲key

 

獨立編譯：各個子程序獨立表格

 

無異常機制：模擬行爲

 

8.6協程

須要閉包，保持環境

繼續：常量，建立後不改變

協程：每次運行時變化：跳進時位置爲上次退出時位置

 

一組協程：同時存在的上下文，但每一個時刻只有一個在執行，主函數調用

用於離散時間的模擬

要求順序的完整性檢查，替代深層循環

 

控制權轉移

 獨立的程序計數器

 

線程比協程好用

 

協程是併發的，不能共享棧

 

若是棧幀在堆中分配，能夠避免溢出與內部碎片問題？？？

但會增長子程序調用開銷

 

仙人掌棧

 

表示協程或進程：上下文塊

 

協程轉移

 

 

8.7事件

程序外部發生

時間不可預測

須要程序響應

 

等待輸入：同步，阻斷式

回調函數

處理程序：特定時間調用

 

異步設備活動

中斷機制

切換棧到回調函數

 

信息緩衝區

 

基於線程處理程序

 

事件：單獨控制進程