제8장 제어 II- 프로시저 및 환경 (Procedures and...

©숙대 창병모 1

제7장 함수 구현

7.1 함수 정의

7.2 매개변수 전달

7.3 함수 구현

7.4 인터프리터에서 함수 구현

Reading Chap 8


7.1 함수 정의 및 호출

© 숙대 창병모 3

프로시저/함수?

프로시저(Procedure)

한 그룹의 계산과정을 추상화하는 메커니즘으로

반환 값 없으며

매개변수나 비지역 변수를 변경한다.

함수(Function)

반환 값이 있으므로

식에 나타날 수 있고

매개변수나 비지역 변수 값 변경은 선택사항


프로시저/함수 선언

헤더(Header) 명세 혹은 인터페이스(Specification or Interface) 프로시저 이름, 매개변수들의 타입과 이름 반환 타입 (함수의 경우)

본체(Body)

선언 예 in S in C fun void intswap(int x, int y) : let int t = x in x = y; y = t end

호출 예 intswap(a, b);

void intswap(int x, int y) { int t; t = x; x = y; y = t; }


함수 선언

선언 예 int max (int x, int y) { return x > y ? x : y; }

호출 예 c = max(a, b);

fun int max (int x, int y) : if x > y then return x else return y


사례 연구

C, C++, Java, S

오직 함수만 있고

프로시져는 반환 타입이 void 이다.

Ada

procedure 와 function를 구분한다.

Modula-2

모두 프로시저이다.

함수는 반환 값이 있는 프로시저이다.


7.2 매개변수 전달


매개변수 전달

실 매개변수(Actual parameter)

호출에서 사용된 매개변수로

인자(argument)라고도 한다.

형식 매개변수(Formal parameter)

선언에서 사용된 매개변수

매개변수 전달

호출 시에 실 매개변수와 형식 매개변수를 매칭하는 것


매개변수 전달 방법

값 전달(pass by value)

참조 전달(pass by reference)

값-결과 전달(pass by value-result)

이름 전달(pass by name)


값 전달(pass by value)

값 전달 과정

1. 식(expression)인 실 매개변수 값들을 계산한다.

2. 계산된 값들을 대응되는 형식 매개변수에 전달

(복사 혹은 초기화)한다.

3. 본체를 실행한다.

호출 예

max(10, 2 + 3);

x = 10; y = 5; // 값 전달

if x > y then return x

else return y // 본체 실행 및 반환


값 전달의 문제점 ?

intswap(a,b)


참조 전달

참조 전달 방법

실 매개변수의 위치(주소)가 계산되어 형식 매개변수에 전달된다.

따라서 실 매개변수는 할당된 위치가 있는 변수이어야 한다.

형식 매개변수 사용

자동 주소 참조(dereferencing)가 이루어져 실 매개변수를 접근

형식 매개변수를 변경하면 자동적으로 실 매개변수가 변경된다.

실 매개변수와 형식 매개변수의 이명(aliasing)


참조 전달 예(C++)

선언

void intswap(int& x, int& y) // 명세

{ // 본체

int t = x;

x = y;

y = t;

}

사용

intswap(a, b);


C에서 참조 전달 효과 내기

기본 아이디어

C는 원칙적으로 값 전달만 제공하나 포인터 타입이 있다.

참조전달 효과

포인터 값(위치/주소)을 명시적으로 전달하여 낼 수 있다.

주소 참조(dereferencing)

함수 내에서 주소참조는 프로그래머가 명시적으로 해야 한다.

사실상 프로그래머가 참조전달을 구현한다.


예제

intswap의 C 버전

void intswap(int *px; int *py)

{

int t;

t = *px;

*px = *py;

*py = t;

}

사용 int a, b;

intswap(&a, &b);


예제(C++)

int a;

void ack(int& x, int& y)

{

x = 2;

a = 4;

y = 3;

}

. . .

ack(a, a);


참조 전달의 문제점 ?


값-결과 전달

기본 아이디어

호출할 때

실 매개변수 값은 형식 매개변수에 전달(복사) 한다.

반환할 때

형식 매개변수 값을 실 매개변수에 역으로 전달(복사) 한다.

copy-in, copy-out이라고도 한다.

참조 전달과 뭐가 다른가 ?


값-결과 전달: 예제

선언

void intswap(int x, int y) // 명세

{ // 본체

int t = x;

x = y;

y = t;

}

사용

intswap(a, b);


값-결과 전달: 예제

void p(int x, int y)

{

x++;

y++;

}

main()

{

int a = 1;

p(a,a);

…

}


이름 전달

기본 아이디어

게으른 계산 !

사용될 때까지 버틴다.

방법 1

실 매개변수는 대응 형식 매개변수가 사용될 때까지 계산되지 않고

형식 매개변수가 사용될 때 비로소 계산된다.

방법 2

형식 매개변수를 실 매개변수 이름으로 대치하고 실행한다고 생각할 수 있다.

함수형 언어의 지연 계산(delayed evaluation)에서 사용된다.


이름 전달: 예제

int i; int a[10]; void p(x) { i = i + 1; x = x + 1; } main() { i = 1; a[1] = 10; a[2] = 20; p(a[i]); }


이름 전달: 예제

선언

void intswap(int x, int y) // 명세

{ // 본체

int t = x;

x = y;

y = t;

}

사용

intswap(a, b);

intswap(i, a[i]);


사례 연구

Ada in 매개변수: 값 전달 in out 매개변수: 값-결과 전달

C 값 전달 포인터를 이용한 참조 전달 효과

C++, Pascal, Modula-2 값 전달 참조 전달

Java 기초 타입(primitive type)은 값 전달 객체는 참조 전달

FORTRAN 참조 전달


7.3 함수/프로시저 구현


함수 호출 구현

함수 호출 예 fun int max (int x, int y) :


else return y

…

c = max(a, b);

…

함수 호출 구현을 위해 필요한 사항 매개변수 전달 메커니즘

지역 변수 메모리 할당

호출자로의 반환에 필요한 반환 값, 반환 주소 저장

피호출자(callee)에 제어 이전

비지역 변수 접근 메커니즘



재귀 함수 호출 예

fun int fact(int n) :

if n <= 1 then return 1

else return n * fact(n-1)

…

v = fact(3);


함수 반환에 필요한 사항

지역 변수, 매개변수 등을 위한 기억공간 해제

반환 값 저장

호출자로의 반환


함수/프로시저 구현 방법

컴파일러 사용

프로그램 실행을 위한 Hardware Machine Model

레지스터, 코드, 스택, 힙

컴파일 후 기계어 코드가 실행된다.

코드 생성

변수를 위한 기억공간 할당

지역변수, 매개변수, 전역변수, 동적변수, …

함수 호출 구현을 위한 코드 생성

인터프리터 사용

인터프리터 내에서 해석하여 실행한다.

인터프리터 내에서 함수 호출도 구현한다.


Simplified Machine Model

Registers

Environment Pointer

Program Counter

Data

Code(Text)

Heap

Runtime Stack


Memory Layout

Registers, Program counter

Code(Text) segment Machine instructions (read-only, sharable)

Stack local(automatic) variables, temporary variables,

return address, caller's environment (registers)

Environment pointer points to current stack position

Block entry: add new activation record to stack

Block exit: remove most recent activation record


Memory Layout

Data segment

Static & Global variables

Initialized data segment

e.g. int maxcount = 99; (initialized)

Uninitialized data segment

e.g. long sum[1000];

Heap

dynamic memory allocation

malloc() in C, new() in Pascal, Java


어떤 실행 환경이 필요할까?

실행시간 스택(Runtime stack)

스택-기반 실행 환경

함수 호출될 때마다

새로운 활성 레코드(호출에 필요한 정보 포함)가 생성된다.

함수가 끝날(반환될) 때마다

그 활성 레코드를 없앤다.

Why ?

함수의 활성 레코드를 정적으로 할당할 수 없다

리커전이 가능함으로 끝나기 전에 다시 호출될 수 있다.

새로운 활성 레코드는 함수 호출마다 생성되어야 한다.


활성 레코드(Activation record)

활성 레코드 역할

프로시저 호출/반환에 필요한

정보를 저장하는 자료 구조

스택 프레임(frame)

활성 레코드 내용 매개변수를 위한 기억공간

지역변수를 위한 기억공간

반환 주소

반환 값

동적 링크(제어 링크)

호출자의 활성 레코드

기타…호출자의 실행 상태 정보

Control link

Return value

Environment Pointer

Local variables

Return address

Parameters


Example

Function

fun fact(n) :



Return value

location to put fact(n)

Parameter

set to value of n by calling sequence

Environment Pointer

Control link

Return value

Local variables

Return address

Parameters


Function call

fun max(x, y) :


else return y

Control link

y

x 3

max(3,5)

Environment Pointer

5

max(3,5)

Return addr


Function call

fun fact(n) :



Control link

fact(k-1)

n

Return addr

k

fact(k)

Environment Pointer

fact(k)


Function call/return

fun fact(n) :

if n <= 1 then return1


Control link

fact(1)

n

Return addr

2

fact(2)

Control link

n

Return addr

1

fact(1)

fact(3) Control link

fact(2)

n

Return addr

3

2

1


동적 링크, 정적 링크


동적 링크와 정적 링크

제어 링크(Control link) 동적 링크(Dynamic link) 호출 관계 호출자의 활성레코드(바로 전 활성

레코드)에 대한 포인터

접근 링크(Access link) 정적 링크(Static link) 정적 스코프(Static scope) 구현 프로그램 텍스트의 포함 관계 호출된 함수의 바깥 함수의 활성

레코드에 대한 포인터 비지역변수 접근을 위한 포인터

Control link

Local variables

Environment Pointer

Parameters

Return address

Return result

Access link


접근 링크를 이용한 정적 스코프

let int x=1,

fun g(z): return x+z,

fun f(y):

let int x = y+1 in

return g(y*x)

end

in

f(3);

end

x 1

z 12

g(12) control link

access link

x 4

y 3

f(3) access link

control link


지역 변수 접근

지역 변수 접근

지역 변수가 사용된다는 것은

이를 선언한 프로시저가 현재 호출 되어 있음을 의미한다.

따라서 ep가 해당 프로시저의 활성 레코드를 가리키고 있다.

지역 변수의 주소

(ep) + offset

프레임 포인터가 가리키는 주소 + 상대위치


비지역 변수 접근

기본 아이디어 정적 링크(접근 링크)를 사용한다.

호출된 프로시저의 바로 바깥 프로시저 즉

호출된 프로시저를 선언한 프로시저를 가리킨다.

접근 체인(access chaining) 비지역 변수를 찾기 위해 접근 링크를 따라간다.

비지역 변수 x의 주소 addr(x) 접근 체인에 의해 도달한 활성 레코드 주소 + 변수 x의 상대 위치

몇 번 접근 링크를 따라 가야 하는가 ? 변수 x를 사용하는 프로시저의 중첩 레벨 – 변수 x를 선언한 프로시저

의 중첩 레벨


7.4 인터프리터에서 함수 구현

© 숙대 창병모 45 © 숙대 창병모 45

함수 구현: 언어 S

Syntax S … | let t x = E in S end | let fun T f(T x {,T x}): S in S end | return E T int | bool | void … F … | f(E {,E})

함수 구현 함수 선언: fun T f(T x {,T x}): S 함수 호출: f(E {,E}) 함수 반환: return E


예제

let int a = 0, int b = 0, int c = 0,

fun int max(int x, int y):


else return y

in

read a;

read b;

c = max(a,b);

print c

end


HW #5: 함수 구현

함수 선언 심볼 테이블에 함수 이름과 시작 위치 저장

인터프리터에서 함수 호출 구현 심볼 테이블을 Runtime stack처럼 이용하여 활성 레코드를 구성하고 호출된 함수를 실행한다.

심볼 테이블의 엔트리 ID (매개) 변수 이름 변수 값 FUNID 함수 이름 함수 시작주소 저장 CL Control link RA Return address RV Return value

global.h에 상수 FUNID, CL, RA, RV 추가


함수 선언 구현 void stmt(void) { … switch(token) { … case LET: …

if (token = FUN) // 함수 선언 fun T f(T x {,T x}): S

{ match(FUN); match(token); // return type

if (token==ID) { // 함수 이름 loc = tokenval; symtable[loc].token = FUNID;

symtable[loc].val = pc; // 현재 위치 pc 값 matchfun(); // 나머지 선언 부분 skip } } … } }



함수 호출: f(E {,E})

심볼 테이블에 활성 레코드를 구성(push)하고

Return value(RV), Control link(CL), Return addr(RA)

실 매개변수 값들을 계산하여 임시저장

해당 함수의 시작 위치로 GOTO

호출이 return되면 RV에 return 값 저장되어 있음

호출된 함수 실행: T f(T x {,T x}): S

계속해서 형식 매개변수들을 위한 기억공간 할당하고

실 매개변수 값들을 형식 매개변수에 복사

함수 본체 S 실행

ep

Control link

Return value

Local variables

Return address

Parameters

lastentry


함수 호출 구현 int factor(void) { …

if (token == FUNID) // 함수 호출 f(E {,E}) { loc = tokenval;

funstart = symtable[loc].val; // 함수 시작 위치 token = getToken();

if (token == ‘(‘) // 실매개변수 계산 { match(‘(‘);

실매개변수 계산하여 임시저장; } // set up activation record

symtable에 RV, CL 엔트리를 만든다; CL 엔트리 현재 ep 값 // control link 저장 symtable에 RA 엔트리를 만든다; RA 엔트리 현재 pc 값; // return address 저장 match(‘)’);

ep

Control link

Return value

Local variables

Return address

Parameters

lastentry


// GOTO (T x {,T x}) : S pc = result; // 함수 시작 위치 값(result); token = getToken(); match(‘(‘);

형식 매개변수를 위한 엔트리 생성; 형식 매개변수 엔트리 실매개변수 값; // 매개변수 전달 match(‘)‘); match(‘:’);

stmt( ); // 호출된 함수의 본체 문장 실행 // 내부에서 return 문 실행 // pop AR

pc = symtable[ep+1].val // return address 회복 token = getToken(); lastentry = ep – 1; ep = symtable[ep].val; // ep -> caller’s AR

result = symtable[lastentry].val; // RV 값 return result; } } }



함수 반환 구현

함수 반환: return E

E 값 계산

심볼 테이블 RA 엔트리에 값 저장


함수 반환 구현

void stmt(void) { … switch(token) { … case RETURN: // return E match(RETURN);

result = expr(); // 반환 값 계산 symtable[ep-1].val = result; // RV 엔트리에 값 저장(반환) break; } }

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