Объектно-ориентированное программирование Карпов В.Э. Смолток. Лекция 4. Байт-код

2 Байт-код (byte-code) - это машинно- независимый код низкого уровня. Байт-код занимает промежуточное положение между результирующим объектным (исполняемым) кодом и интерпретируемой программой. Для выполнения инструкций байт-кода требуется наличие специальной программы – интерпретатора, называемого также виртуальной машиной.

3 Байт-код Переносимость.Один и тот же байт-код может исполняться на разных платформах и архитектурах. Эффективность. Поскольку байт-код обычно менее абстрактный, более компактный и более приближен к машинному уровню, чем исходный код, эффективность байт-кода обычно выше, чем чистая интерпретация исходного кода. Многие интерпретируемые языки на самом деле транслируют исходный текст в байт-код и далее запускают интерпретатор байт-кода (Perl, PHP, Ruby и Python). Программы на Java обычно передаются на целевую машину в виде байт-кода, который перед исполнением транслируется в машинный код «на лету».

4 Простота и переносимость Основное преимущество байт-кода - легкая переносимость. Большая часть работы по обработке исходного текста программы выполняется транслятором, создающим байт-код, то на ВМ приходится лишь интерпретация этого «почти машинного» кода. Фактически – это разбиение на отдельные этапы трансляции и интерпретации.

5 Б-К – язык-посредник 4 языка: 12 словарей. Если есть язык-посредник, то 8 словарей. Если N языков, то без посредника надо иметь N*(N-1) словарей (почти N 2 ), а с посредником – N*2.

6 Простота Б-К Простота байт-кода позволяет реализовывать его интерпретаторы на уровне микропрограммного обеспечения процессоров. Благодаря этому существуют специальные Java-, Forth- и проч. машины (процессоры). Большинство инструкций байт-кода эквивалентны одной или нескольким машинным командам (командам ассемблера). Название «байт-код» определено тем, что длина каждого кода операции один байт. Более того, в байт-коде имеется тенденция реализовывать все команды по возможности в одном байте (при высокой частоте выполнения команд), что позволяет создавать компактный объектный код. Разумеется, вся команда может занимать более одного байта (код операции от 0 до 255, за которым следуют такие параметры, как регистры или адреса памяти).

7 История Б-К Концепция аппаратно-независимого исполняемого кода появилась еще в начале 1970-х годов. Разработки Н.Вирта по созданию виртуальной машины для языка Паскаль, а также Л.Петера Дойча в связи с созданием Лисп-машины. Тогда речь шла больше не о программной переносимости, а об идее персонального компьютера как специализированной машины с аппаратно реализованным языком высокого уровня. Виртуальная машина. Байт-код. В байт-коде имеется тенденция реализовывать все команды по возможности в одном байте (при высокой частоте выполнения команд), что позволяет создавать компактный объектный код.

8 Байт-код и спецпроцессоры Возможно создание процессоров, для которых данный байт-код является непосредственно машинным кодом (пример - процессоры для Java и Forth). p-код (p-code). Похож на байт-код, но физически может быть менее лаконичным и сильно варьироваться по длине инструкции. Он работает на очень высоком уровне, например «напечатать строку» или «очистить экран». P-код используется в СУБД и некоторых реализациях BASIC и Паскаля.

9 Ядро Смолток и примитивы Язык реализации системы и входной язык программирования - Смолток. На нем написана вся машинно- независимая часть, составляющая около 85% всей системы (виртуальный образ). Машинно-зависимая (виртуальная машина) часть реализована на низком уровне, в т.ч. и микропрограммно. При переносе системы на другую машину эта часть переписывается полностью Виртуальный образ - откомпилированный образ написанной на Смолтоке части системы. Это встроенный набор классов и методов (за исключением примитивных методов). 256 примитивов

10 Виртуальная Смолток-машина Компилятор переводит программу с языка Смолток в промежуточный код стековой виртуальной машины (байт-код) Скомпилированные методы в виде байт-кодов интерпретируются ВМ. ВМ состоит из трех частей: интерпретатора, набора примитивных методов и системы управления памятью объектов.

11 Функции виртуальной машины Функция интерпретации. Интерпретатор считывает команды языка (байт-код) и выполняет их. Управление объектами. Блок управления объектами создает необходимые объекты и передает их интерпретатору, а ставшие ненужными объекты собирает и использует для дальнейшей работы. Система базовых операций. В нее входят операции ввода-вывода, управления процессами и другие базовые операции. В системе также регистрируются в качестве элементарных методов (primitive method - примитивы) те операции, которые нельзя реализовать на самом Смолтоке (или их реализация неэффективна) и которые реализуются в виде программ вне системы Смолток-80.

12 Контекст метода При посылке сообщения создается объект, называемый контекстом метода. В него входит следующая информация: 1.контекст вызова; 2.адрес команды; 3.указатель стека; 4.обрабатывающая процедура метода (объекты с байт-программами); 5.получатель; 6.аргументы; 7.временные переменные; 8.стек. Эта информация необходима для выполнения метода.

13 Примеры групп команд виртуальной Смолток-машины

14 Примеры групп команд. Продолжение