Языки и методы программирования - лекция-7: вызов подпрограмм, передача параметров через стек на Си

Лекция курса "Языки и методы программирования"
Лекция-7: вызов подпрограмм, передача параметров через стек на Си
- Синтаксис объявления подпрограммы на Си
- Пример программы: механизм передачи параметров через стек и получение результата через регистр по шагам
- Рекурсия
- Рекурсия vs цикл
- Демонстрация отличия между рекурсией и циклом в работе с памятью на примере программ, вычисляющих факториал рекурсивно и в цикле
- Переполнение стека

Transcript

1. Вызов функций (подпрограмм), передача параметров в функцию и получение значений из функций, стек (сегмент памяти программы) на Си
2. Функция • (подпрограмма, которая возвращает значение) int func_name(int param1, int param2) { int result; // тело функции return result; }
3. Функция • void — возвращать значение не нужно • (такую подпрограмму можно называть процедурой) void func_name(int param1, int param2) { // тело функции }
4. Замечание • Подпрограмма, функция, процедура, метод (в ООП) — обычно взаимозаменяемые термины, вполне можно использовать как синонимы • Иногда более строго определяют функцию как подпрограмму, возвращающую значение, • а процедуру, как подпрограмму, не возвращающую значение • Метод — это функция, определенная для объекта (в объектно- ориентированном программировании) • На практике они легко превращаются одна в другую • За строгостью терминов конкретно вот этих не будем следить
5. Пусть программа вычисляет формулу • res = [(p1 - p2)^2 - (p3 + p4)^2]^2 • Выделим подпрограммы-функции: - square_diff — квадрат разности - square_sum — квадрат суммы - func1 — формула целиком - main — главная функция (ввод-вывод)
6. #include <stdio.h> int square_diff(int a, int b) { return (a - b) * (a - b); } int square_sum(int a, int b) { return (a + b) * (a + b); } int func1(int p1, int p2, int p3, int p4) { int val1 = square_diff(p1, p2); int val2 = square_sum(p3, p4); int res = square_diff(val1, val2); return res; } int main() { int p1 = 8; int p2 = 6; int p3 = 3; int p4 = 5; int res = func1(p1, p2, p3, p4); printf("res=%d\n", res); }
28. Результат ] gcc prog-func.c ] ./a.out ] res=3600
29. Замечания • Адреса текущей инструкции и возврата на картинках выше не являются адресами памяти, т. к. одна строчка на языке Си может быть развернута в несколько строчек на языке ассемблера • Волшебство восстановления адреса возврата $ra после возвращения из функции: на самом деле мы сохраняем регистр $ra на стеке в начале выполнения текущей функции и восстанавливаем его перед возвратом из функции • (это не отражено на картинках) • Так же как и некоторые другие регистры, которые могут быть использованы не только внутри текущей функции, но и в функции, которая текущую функцию вызвала
33. Рекурсия • В программировании: функция, которая вычисляет собственное значение, вызывая сама себя • Вообще: самоповтор объекта внутри себя • «Чтобы понять рекурсию, нужно понять рекурсию»
34. Шел по улице жучок В модном пиджачке. На груди блестел значок, А на том значке Нарисован был жучок, Тоже в пиджачке. И на нем висел значок, А на том значке, Был еще один жучок... Но он был так мал, Что глядел я целый час И не разобрал: Был ли у жучка значок? Был ли на значке жучок? Андрей Усачёв Жучок
38. Рекурсия vs цикл • Факториал • n! = 1 * 2 * 3 * … * n • 4! = 1 * 2 * 3 * 4 = 24
39. Факториал: рекурсия #include <stdio.h> int fact_recur(int n) { if(n > 1) { return n * fact_recur(n - 1); } else { return 1; } } int main() { int n = 4; int res = fact_recur(n); printf("recur: %d!=%d\n", n, res); }
40. Факториал: цикл #include <stdio.h> int fact_loop(int n) { int res = 1; for(int i = 2; i <= n; i++) { res = res * i; } return res; } int main() { int n = 4; int res = fact_loop(n); printf("loop: %d!=%d\n", n, res); }
41. Результат одинаковый ] recur: 4!=24 ] loop: 4!=24
42. В чем разница?
43. Факториал: рекурсия
65. Факториал: цикл
86. Итого • Рекурсия для каждой итерации выделяет новый кадр на стеке • Цикл обходится одним кадром • При этом: кадр стека рекурсивной функции не меняется в процессе выполнения функции (в нашем случае) • Если отдельный подход в программировании, который базируется на использовании «не имеющих внутреннего состояния» функций
87. Переполнение стека
88. Переполнение стека
96. Переполнение стека • Stack overflow • Хотим выделить еще немного места на стеке (например, при вызове функции), но • места в стеке больше не хватает
97. Задания • Воспроизвести код лекции - простой вызов функции - вычисление факториала рекурсией и в цикле • Оформить участок кода в виде подпрограммы в одной из старых работ: - вычисление полинома разностным методом, - решение квадратного уравнения - или «игра: угадать сумму чисел» • Вызвать переполнение стека, показать результат
98. Переполнение стека ] Ошибка сегментирования (сделан дамп памяти) int stack_overflow() { return stack_overflow(); } int main() { printf("stack overflow:%d\n", stack_overflow()); }