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FCT-UNESP 04/07/2017

Prof. Dr. Rogério E. Garcia 1

Faculdade de Ciências e TecnologiaDepartamento de Matemática e Computação

Bacharelado em Ciência da Computação

Conceitos de Linguagens de Programação

Aula 06

Rogério Eduardo Garcia([email protected])

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Aula 6

Subprogramas



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3Linguagens de Programação: hierarquia de componentes

Tipos de Dados

Expressões

Comandos

Unidades

Programas

representação e operações

obtenção de valores

fluxo de controle

ambientes: abstrações de valores e comandos

unidade de execução

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Unidades [Ghezzi]

Estruturas de controle no nível de unidades– Unidades subordinadas chamadas explicitamente

Procedimentos, funções, métodos

– Unidades chamadas implicitamente Tratamento de exceções

– Unidades simétricas Co-rotinas

– Unidades concorrentes



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Semântica

síncrono

P Q

P Q

assíncrono

t1 call

t2

ret

t3

t1 call

t2

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Semântica

"handshake"

P Q

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"future"t2

t1 call

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t3

call

ack

datat3

t4



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Semântica

cooperativo

P Q

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yield

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t2

yield

t5

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Unidades [Sebesta]

Blocos

Subprogramas

Co-rotinas

Unidades concorrentes

Tratadores de exceções



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Mecanismos de Abstração em LPs

Mecanismos de abstração– Abstração de processo

– Abstração de dados

Um subprograma é um tipo de abstração deprocesso– Instruções para realizar uma tarefa são agrupadas

e tratadas como uma unidade lógica

– O conceito economiza espaço e esforço dedesenvolvimento e codificação

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Subprogramas

Características fundamentais– Cada subprograma possui um único ponto de entrada

– O chamador tem a sua execução suspensa durante aexecução do subprograma

– O fluxo de controle sempre retorna ao ponto de chamadaquando termina a execução do subprograma

mesmo ambiente, único fluxo



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Subprogramas: Definições básicas

A definição de um subprograma consiste nadescrição de seu cabeçalho e de seu corpo– O cabeçalho de um subprograma inclui tipo do

subprograma, nome, parâmetros formais, tipo deretorno

– O corpo de um subprograma é a descrição dasações da abstração do subprograma

A chamada de um subprograma é umarequisição explícita para que o subprogramaseja executado

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Subprogramas: Definições básicas

A declaração de um subprograma é umadescrição do tipo de abstração(função/procedimento), seu nome e seusparâmetros formais (cabeçalho)

Um parâmetro formal é uma variável queaparece no cabeçalho do subprograma e éusada no corpo do subprograma

Um parâmetro real representa um valor ouendereço usado na chamada do subprograma



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Tipos de Subprogramas: procedimentos e funções

Um procedimento atua como um novocomando definido pelo usuário– Resultados produzidos via parâmetros ou variáveis

não locais

Uma função atua como um novo operadordefinido pelo usuário– Função sem efeitos colaterais

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Questões de Projeto de Subprogramas

Variáveis locais: estáticas ou semi-estáticas?

Parâmetros– Correspondência

– Métodos de passagem

– Verificação de tipos

Subprogramas passados para outro subprograma– Ambiente de referência

– Verificação de tipos em parâmetros

Definição de unidades aninhadas

Sobrecarga de subprogramas

Subprogramas genéricos



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Variáveis Locais

Semi-estáticas (dinâmicas de pilha):

– Vantagens:a. Suporte a recursão

b. Memória para variáveis locais é compartilhada entrealguns subprogramas

– Desvantagens:a. Tempo de alocação, desalocação

b. Endereçamento Indireto

c. Subprogramas não podem manter "história"

Estáticas

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Variáveis Locais

Exemplos:– 1. FORTRAN 77 - estáticas

– 2. C - static , default é semi-estática

– 3. Pascal, Java e Ada - semi-estática



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Parâmetros: Correspondência

Correspondência entre parâmetros– Por posição (positional parameters): mapeiam

parâmetros formais e reais em função de suaordem na lista de parâmetros

– Por palavra-chave (keyword parameters): mapeiamparâmetros formais e reais através de nomes

Exemplo: por posição

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Correspondência por palavra-chave

Exemplo– Declaração:

procedure SORT(LIST : LIST_TYPE;

LENGTH : INTEGER := 100);

– Chamada 1: SORT(LIST => A, LENGTH => N);

– Chamada 2: SORT(LIST => A);

Avaliação– Correspondência por palavra-chave promove maior

legibilidade e confiabilidade



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19Métodos de passagem de parâmetros

Modelos semânticos– in mode, out mode, inout mode

Modelos conceituais de transferência– Mover o valor ("fisicamente")

– Mover um caminho de acesso par o valor

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Modelos de Passagem de Parâmetros"mover valor"



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21Métodos de passagem de parâmetros

Modelos de implementação– Passagem por valor

– Passagem por resultado

– Passagem por valor-resultado

– Passagem por referência

– Passagem por nome

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Passagem por valor

Ou por passagem física ou por caminho

Desvantagem de acesso por caminho:– Deve-se proteger contra gravação no subprograma

chamado

– Acessos custam mais (endereçamento indireto)

Desvantagem em cópia física:– Requer maior armazenamento (espaço duplicado)

– Custo de transferência (para parâmetros grandes)



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Passagem por valor

Modo de entrada

Parâmetros são copiados em um novo local(armazenamento) no subprograma quandoele começa. Do ponto de vista dosubprograma, o acesso é eficiente, mas acópia não

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Passagem por resultado

Modo de saída

O resultado em um subprograma é copiado noparâmetro atual quando o subprogramaretorna

Pode causar problema quando o mesmoparâmetro é mapeado para múltiplosparâmetros formais, ou quando o parâmetroatual é uma constante, que pode ser alteradaquando o programa retorna



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Passagem por valor-resultado

Modo In-out

Combina passagem por valor e passagem porresultado. Também chamado passagem porcópia

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Passagem por referência

Modo In-out

Diferente da passagem-por-valor-resultado,um caminho de acesso a dado é passado parao subprograma, não o dado em si

Passagem de parâmetros é eficiente, mas oacesso não

Pode introduzir alias “inesperado” quando umparâmetro atual é mapeado para diferentesparâmetros formais, ou quando uma variávelglobal é passada a um subprograma onde aprópria variável global é visível



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Passagem por nome

Modo In-out

A ocorrência de um parâmetro formal é textualmente trocada peloparâmetro atual

O método de acesso é ligado à invocação do subprograma, mas aavaliação acontece cada vez que o parâmetro formal éencontrado

Se o parâmetro atual é uma variável escalar, então a passagempor nome tem o mesmo comportamento da passagem porreferência

Se o parâmetro atual é uma constante, é equivalente a passagempor valor

Se o parâmetro atual é a referência para um array ou umaexpressão com variáveis, então ela é avaliada cada vez que éencontrada. Isso é chamado de avaliação preguiçosa ou ligaçãotardia (late binding)

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Implementação

Todos os principais métodos de passagem deparâmetro podem ser implementados por meio depilhas

Há diferenças entre passagem por referência e porvalor-resultado, sendo que neste último é alocadoespaço para o armazenamento (completo) doparâmetro formal. As alterações feitas no parâmetroatual são visíveis somente quando o subprogramatermina, mas na passagem por referência reflete asalterações passo a passo

Passagem por nome é implementada como umamáscara em segmento de código, que é ligada aoambiente de referência quando o subprograma échamado, e é avaliado para cada ocorrência doparâmetro formal



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Exemplo

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Funções como parâmetros

O protótipo de ver checado para o parâmetro atual,que é um subprograma

A referência para o subprograma A que é passadopara outro subprograma B pode ser:

– Binding Superficial – o ambiente (em B) A é chamado

– Binding em profundidade – o ambiente A é definido

– Binding Ad Hoc – o ambiente onde A é passado para B (ondeB é chamado)

Bloco estruturado geralmente usa deep binding parafacilitar a adoção de escopo estático



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Parâmetros que são Subprogramas

Questões:1. Os parâmetros são checados?

– Primeiras versões de Pascal e FORTRAN 77 não

– Versões posteriores de Pascal e FORTRAN 90 sim

– Ada não permite parâmetros em subprogramas

– Java não permite nomes de métodos serempassados como parâmetros

– C e C++ passam ponteiros para funções;parâmetros podem ser checados

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F(g): g é um ponteiro para a função g(parametros)int f(*p())

{Chama-se p

}

int g(int x)

{...

}

main()

{f(g)

}



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Parâmetros que são Subprogramas

2. Qual é o ambiente de referência correto paraum subprograma que foi mandado comoparâmetro?

– Possibilidades:a. É aquele que executou o subprograma

Binding Superficial (shallow binding)

b. É aquele que declarou o subprograma Binding em Profundidade (deep binding)

c. É aquele que passou Binding Ad hoc (nunca usado)

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Parâmetros que são subprogramas

Para linguagens de escopo estático, deepbinding é mais natural

Para linguagens de escopo dinâmico shallowbinding é mais natural



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Exemplo: sub1sub2sub3

call sub4(sub2)sub4(subx)call subx

call sub3

Qual é o ambiente de referencia do sub2 quando ele échamado em sub4?

– Shallow binding => sub2, sub4, sub3, sub1

– Deep binding => sub2, sub1

Parâmetros que são subprogramas

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Sobrecarga de subprogramas

Subprogramas que têm o mesmo nome, masdiferentes protótipos

Em Ada o compilador pode distinguir o usopelo tipo de retorno, portanto o protótipocompleto deve ser considerado



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Subprogramas Genéricos

Polimorfismo significa que a mesma construção podeter significado diferente de acordo com o contexto

– Polimorfismo Ad hoc – sobrecarga de operadores

– Polimorfismo Paramétrico – um “programa” genérico quefunciona com diferentes tipos de variáveis, de acordo com osparâmetros recebidos

Em Ada– Unidade genérica para um programa que implementa

polimorfismo paramétrico

Em C++– Chamado de template em C++ e provê flexibilidade de

programação

– As funções são “construídas” pelo uso (no header file, não nocódigo fonte)

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Aspectos de Projetos para Funções

1. Efeitos colaterais são permitidos?a. Parâmetros Two-way (Ada não permite)

b. Referência não-local (todas pertmitem)

2. Quais tipos de retorno são permitidos?



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Co-rotinas

O controle é trocado entre vários processos

Um processo é “resumed”, e não há retorno

Geralmente um processo master cria outrosprocessos, e distribui o controle entre eles

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Esquema



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Exemplo

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Exemplo



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Abstrações: suporte

Abstração procedimental (subprogramas/métodos)– modos de passagem de parâmetros

– ambientes de referência: local e global, escopo evisibilidade de componentes

– proteção de componentes locais

– sobrecarga de operadores e polimorfismo

– unidades genéricas

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Semântica de chamadas e retornos

A ligação de subprogramas exige armazenamento deinformações sobre:

– estado da execução no ponto de chamada

– passagem de parâmetros, dependendo do modo

– ambiente global de execução

– ambiente local de execução

– endereço de retorno

Informações são organizadas em um registro deativação

A cada ativação é criada uma instância do registro deativação e colocada na pilha de execução



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45Abstração procedimental: execução

Requisição

A execução ocorre quando éfeita uma chamada

Uma unidade requisita aexecução de outra unidade(chamada)

A unidade requisitantesuspende sua execução eaguarda o término daexecução da unidadechamada

Parâmetros

As definições/chamadaspodem ser parametrizadas

Parâmetros reais: valorespassados à unidade chamada(argumentos)

Parâmetros formais:descrição dos tipos de dadosque a abstração pode receber

Tipo da abstração: tipo deresultado da execução

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