Модель памяти в языке С. Функции в языке С. Функции в ассемблере

Сентябрь 7, 2022

Главная
Алгебра
Модель памяти в языке С. Функции в языке С. Функции в ассемблере

Содержание

2. Краткое содержание предыдущей серии Как в ассемблере происходит сравнение? Как используется результат сравнения? В чем отличие
3. Краткое содержание этой серии Модель памяти в языке С Функции в языке С Функции в ассемблере
4. Модель оперативной памяти в языке С Статическая область – ее размер известен при компиляции; там хранятся
5. Функции в языке С: объявление Объявление (прототип) – declaration: Что такое объявление? Это «обещание», что где-то
6. Функции в языке С: объявление void * foo(int a); void * - тип возвращаемого значения foo
7. Функции в языке С: определение Что такое определение (тело) – definition? Это сам код функции, который
8. Функции в языке С: вызов Как происходит вызов функции: char foo(int a); //определение должно быть до
9. Функции в языке С: вызов char foo(int a); ... char result = foo(2); После этой строки
10. Функции и процедуры В настоящее время различие минимально: процедуры не возвращают значение, а функции – могут
11. Функции в ассемблере Вызов функции в ассемблере: команды BL address BLX register Переход с сохранением адреса
12. Функции в ассемблере Что нужно сделать, чтобы вызвать функцию? Как-то передать параметры Как-то передать управление Как-то
13. Функции в ассемблере: что может сломаться? Весь код в ассемблере использует регистры. Код в функции тоже
14. Функции в ассемблере: что может сломаться? Содержимое регистров может быть испорчено при вызове функций. Что делать?
15. Функции в ассемблере: состояние регистров Куда сохранять состояние регистров? В специальную статическую область памяти (архитектура 8051)
16. Функции в ассемблере А не нужно ли сохранять что-нибудь еще? Состояние LR для текущей функции (но
17. Функции в ассемблере А как передавать параметры? На регистрах (их ведь все равно сохраняем) В специальной
18. Стек Доступ к стеку: спец. команды push и pop через SP (регистр – указатель стека) или
19. Функции в ассемблере: контекст int foo(int a, int b) { 1: b--; 2: bar(50); 2.1: push
20. Функции в ассемблере: контекст int bar(int c) { 1: buzz(77); 1.1: push r0-lr 1.2: push 77
21. Функции: соглашение о вызове Как передаются параметры? Как возвращается результат? Кто сохраняет контекст? Кто восстанавливает контекст?
22. Соглашение о вызове В ARM – ARM Procedure Call Standard (call convention) (очень упрощенно): До четырех
23. Функции (в ARM): краткий итог Параметры и локальные переменные хранятся в регистрах или в стеке Доступ
24. Суперскалярная архитектура (конвейеризация) Идея: Каждая инструкция ассемблера для процессора – многостадийный процесс. Разные стадии часто не
25. Простой трехстадийный конвейер ARM Стадии выполнения одной команды:
26. Конвеер Плюсы: Процессор загружен равномерно Инструкции выполняются параллельно Минусы: Инструкции могут быть зависимы (конфликты) Команды перехода
27. Как борются с минусами конвейера? Зависимые инструкции: Команда NOP (no operation) Долгие инструкции: Внеочередное исполнение И
28. Функции Плюсы: Повторное использование кода Краткость кода Функции – это интерфейс к чужому коду Минусы: Срыв
29. Минусы функций: что же делать? Чего НЕ НАДО делать: оптимизировать раньше времени использовать глобальные переменные вместо
30. Чистые функции Чистая функция (pure) зависит только от своих параметров и не меняет глобальное состояние. Ее
32. Скачать презентацию

Слайд 2

Краткое содержание предыдущей серии
Как в ассемблере происходит сравнение?
Как используется результат сравнения?
В

чем отличие логических операций от битовых?
Какие вы помните логические операции?
А битовые?
Чем опасны сдвиги в С?

Слайд 3

Краткое содержание этой серии
Модель памяти в языке С
Функции в языке С
Функции

в ассемблере
Еще о командах перехода

Слайд 4

Модель оперативной памяти в языке С
Статическая область – ее размер известен

при компиляции; там хранятся глобальные и статические (static) переменные, там могу хранится константы.
Куча – область, из которой выделяется динамическая память (malloc() в С, new в С++ ). Ее максимальный размер задается как-то (например, программист просто выбирает число).
Стек – его размер меняется при работе программы. Максимальный размер задается как-то.
Плохие ситуации: выход за границы стека, выход за границы кучи, встреча кучи и стека.

Слайд 5

Функции в языке С: объявление
Объявление (прототип) – declaration:
Что такое объявление?
Это

«обещание», что где-то написано тело функции.
Пример: char foo(int a);
Где должно располагаться объявление?
До вызова. Т.е. выше по тексту.
В заголовочном файле (.h), если это глобальная функция.
В том же файле .с, если это функция static.
Объявление может быть совмещено с телом функции.
Ошибки линкера «undefined symbol имяФункции» означают, что есть объявление, но нет тела.

Слайд 6

Функции в языке С: объявление
void * foo(int a);
void * - тип

возвращаемого значения
foo – имя функции
int a – тип и имя параметра (аргумента)
аргументов может быть много, они разделяются запятой
аргументов может быть переменное количество
; - обязательный элемент синтаксиса, если дальше нет тела функции

Слайд 7

Функции в языке С: определение
Что такое определение (тело) – definition?
Это сам

код функции, который будет выполняться при вызове.
char foo(int a)
{
...
}

Слайд 8

Функции в языке С: вызов
Как происходит вызов функции:
char foo(int a); //определение

должно быть до вызова
char result = foo(2);
2 – параметр, передаваемый в функцию
result – переменная, в которую запишется возвращаемое значение

Слайд 9

Функции в языке С: вызов
char foo(int a);
...
char result = foo(2);

После этой строки управление «мистическим» образом передается на первую строку тела функции, причем параметр a будет равным 2.
Параметры функции внутри нее – просто локальные переменные.

Слайд 10

Функции и процедуры
В настоящее время различие минимально:
процедуры не возвращают значение,
а

функции – могут возвращать (но не обязательно).

Слайд 11

Функции в ассемблере
Вызов функции в ассемблере: команды
BL address
BLX register
Переход с

сохранением адреса возврата в регистре R14 (Link Register, LR).
Адрес возврата – адрес следующей команды после BL.
А по какому адресу нужно перейти, чтобы попасть в функцию?
По адресу первой инструкции в ее теле.

Слайд 12

Функции в ассемблере
Что нужно сделать, чтобы вызвать функцию?
Как-то передать параметры
Как-то передать

управление
Как-то вернуться к месту вызова
Как-то вернуть значение
При этом:
Внутри функции тоже могут вызвать функцию
Может быть даже ту же самую (рекурсия)
Ничего не должно сломаться!

Слайд 13

Функции в ассемблере: что может сломаться?
Весь код в ассемблере использует регистры.
Код

в функции тоже использует регистры.
int a = 1 + sin(3.14);
MOV r0, 1 ; собираюсь складывать 1 и синус
(вызов sin) ; вызываю sin
.. а если функция sin тоже использовала r0?
Что же делать?

Слайд 14

Функции в ассемблере: что может сломаться?
Содержимое регистров может быть испорчено при

вызове функций. Что делать?
Содержимое регистров нужно куда-то сохранять до вызова и восстанавливать после.
Куда сохранять?

Слайд 15

Функции в ассемблере: состояние регистров
Куда сохранять состояние регистров?
В специальную статическую область

памяти (архитектура 8051)
Аппаратно в теневые регистры
В стек
Число регистров неизменно – всегда известно, сколько памяти нужно для сохранения.

Слайд 16

Функции в ассемблере
А не нужно ли сохранять что-нибудь еще?
Состояние LR для

текущей функции (но это регистр)
Локальные переменные текущей функции?
Кстати, а где хранятся локальные переменные?
Локальные переменные хранятся:
В регистрах
В специальной статической области памяти
В стеке
Поэтому их не надо сохранять, но нужно не задеть случайно.

Слайд 17

Функции в ассемблере
А как передавать параметры?
На регистрах (их ведь все равно

сохраняем)
В специальной статической области памяти
В куче
В стеке
А как возвращать значение?
См. выше

Слайд 18

Стек
Доступ к стеку:
спец. команды push и pop
через SP (регистр – указатель

стека)
или через еще какой-нибудь регистр
Т.е. к стеку можно обращаться через косвенно-регистровую адресацию.
Словно это обычный массив.
Собственно, в ARM стек и есть массив.

Слайд 19

Функции в ассемблере: контекст
int foo(int a, int b)
{
1: b--;
2: bar(50);
2.1: push r0-lr
2.2: push

50
2.3: BL bar;
3: a++;
4: return a;
}

Упрощенный вид:

Слайд 20

Функции в ассемблере: контекст
int bar(int c)
{
1: buzz(77);
1.1: push r0-lr
1.2: push 77
1.3: BL

buzz;
3: return 0;
}

Упрощенный вид:

Слайд 21

Функции: соглашение о вызове
Как передаются параметры?
Как возвращается результат?
Кто сохраняет контекст?
Кто восстанавливает

контекст?
Все это называется «соглашение о вызове».
Соглашение о вызове может быть разным в зависимости от процессора, ОС, языка, желания левой пятки (fastcall, stdcall...)

Слайд 22

Соглашение о вызове
В ARM – ARM Procedure Call Standard
(call convention) (очень

упрощенно):
До четырех параметров передаются на регистрах (r0-r3); остальные через стек
Контекст сохраняет тот, кого вызвали
Восстанавливает контекст тот, кого вызвали
Возвращаемое значение передается через r0 (r0 и r1 для long long и double)
Т.е. слайды 18-19 были только для примера!

Слайд 23

Функции (в ARM): краткий итог
Параметры и локальные переменные хранятся в регистрах

или в стеке
Доступ к переменным в стеке осуществляется через косвенно-регистровую адресацию (например, через SP)
Перед вызовом функции нужно сохранить контекст, после вызова – восстановить
Возвращаемое значение передается через регистр r0 (и r1)

Слайд 24

Суперскалярная архитектура (конвейеризация)
Идея:
Каждая инструкция ассемблера для процессора – многостадийный процесс.
Разные

стадии часто не связаны.
Если их выполнять параллельно, можно получить прирост производительности!

Слайд 25

Простой трехстадийный конвейер ARM
Стадии выполнения одной команды:

Слайд 26

Конвеер
Плюсы:
Процессор загружен равномерно
Инструкции выполняются параллельно
Минусы:
Инструкции могут быть зависимы (конфликты)
Команды перехода срывают

конвеер и вызывают простой
Долгие команды вызывают простой

Слайд 27

Как борются с минусами конвейера?
Зависимые инструкции:
Команда NOP (no operation)
Долгие инструкции:
Внеочередное исполнение
И

команда NOP
Срывы из-за переходов:
Размотка циклов
Условное выполнение вместо условных переходов
Inlining функций вместо перехода
Предсказание переходов
И еще много всего

Слайд 28

Функции
Плюсы:
Повторное использование кода
Краткость кода
Функции – это интерфейс к чужому коду
Минусы:
Срыв конвейера
Кэш-промах
Накладные

расходы на передачу параметров, переключение контекста и возврат

Слайд 29

Минусы функций: что же делать?
Чего НЕ НАДО делать:
оптимизировать раньше времени
использовать глобальные

переменные вместо параметров
бездумно использовать макросы
вообще не использовать функции
Что следует делать:
думать до того, как писать код
написать и отладить, потом оптимизировать
включить оптимизацию в компиляторе
аккуратно использовать inline и макросы

Слайд 30

Чистые функции
Чистая функция (pure) зависит только от своих параметров и не

меняет глобальное состояние.
Ее результат постоянен.
Например: синус, косинус и т.д.
Чистые функции это хорошо!

Модель памяти в языке С. Функции в языке С. Функции в ассемблере

Содержание

Краткое содержание предыдущей серииКак в ассемблере происходит сравнение?Как используется результат сравнения?В

Краткое содержание этой серииМодель памяти в языке СФункции в языке СФункции

Модель оперативной памяти в языке ССтатическая область – ее размер известен

Функции в языке С: объявлениеОбъявление (прототип) – declaration: Что такое объявление?Это

Функции в языке С: объявлениеvoid * foo(int a);void * - тип

Функции в языке С: определениеЧто такое определение (тело) – definition?Это сам

Функции в языке С: вызовКак происходит вызов функции:char foo(int a); //определение

Функции в языке С: вызовchar foo(int a); ...char result = foo(2);

Функции и процедурыВ настоящее время различие минимально:процедуры не возвращают значение, а

Функции в ассемблереВызов функции в ассемблере: команды BL addressBLX registerПереход с

Функции в ассемблереЧто нужно сделать, чтобы вызвать функцию?Как-то передать параметрыКак-то передать

Функции в ассемблере: что может сломаться?Весь код в ассемблере использует регистры.Код

Функции в ассемблере: что может сломаться?Содержимое регистров может быть испорчено при

Функции в ассемблере: состояние регистровКуда сохранять состояние регистров?В специальную статическую область

Функции в ассемблереА не нужно ли сохранять что-нибудь еще?Состояние LR для

Функции в ассемблереА как передавать параметры?На регистрах (их ведь все равно

СтекДоступ к стеку:спец. команды push и popчерез SP (регистр – указатель

Функции в ассемблере: контекстint foo(int a, int b){1: b--;2: bar(50);2.1: push r0-lr2.2: push

Функции в ассемблере: контекстint bar(int c){1: buzz(77);1.1: push r0-lr1.2: push 771.3: BL

Функции: соглашение о вызовеКак передаются параметры?Как возвращается результат?Кто сохраняет контекст?Кто восстанавливает

Соглашение о вызовеВ ARM – ARM Procedure Call Standard(call convention) (очень

Функции (в ARM): краткий итогПараметры и локальные переменные хранятся в регистрах

Суперскалярная архитектура (конвейеризация)Идея: Каждая инструкция ассемблера для процессора – многостадийный процесс.Разные

Простой трехстадийный конвейер ARMСтадии выполнения одной команды:

КонвеерПлюсы:Процессор загружен равномерноИнструкции выполняются параллельноМинусы:Инструкции могут быть зависимы (конфликты)Команды перехода срывают

Как борются с минусами конвейера?Зависимые инструкции:Команда NOP (no operation)Долгие инструкции:Внеочередное исполнениеИ

ФункцииПлюсы:Повторное использование кодаКраткость кодаФункции – это интерфейс к чужому кодуМинусы:Срыв конвейераКэш-промахНакладные

Минусы функций: что же делать?Чего НЕ НАДО делать:оптимизировать раньше временииспользовать глобальные

Чистые функцииЧистая функция (pure) зависит только от своих параметров и не

Похожие презентации