ทางเลือกใดในการใช้สแต็กเพื่อแสดงความหมายของการเรียกใช้ฟังก์ชัน?

เราทุกคนรู้และชื่นชอบที่การเรียกใช้ฟังก์ชันมักจะใช้งานโดยใช้ stack มีเฟรม, ที่อยู่ผู้ส่ง, พารามิเตอร์, ล็อตทั้งหมด

อย่างไรก็ตามสแต็กเป็นรายละเอียดการใช้งาน: การเรียกประชุมอาจทำสิ่งต่าง ๆ (เช่น x86 fastcall ใช้ (ลงทะเบียน), MIPS และผู้ติดตามใช้หน้าต่างลงทะเบียนและอื่น ๆ ) และการเพิ่มประสิทธิภาพสามารถทำได้แม้กระทั่งสิ่งอื่น ๆ การเพิ่มประสิทธิภาพการโทรหาง .. )

แน่นอนว่าการมีคำสั่งกองซ้อนที่สะดวกในหลาย ๆ เครื่อง (VMs เช่น JVM และ CLR แต่ยังมีเครื่องจริงเช่น x86 ด้วย PUSH / POP เป็นต้น) ทำให้สะดวกในการใช้งานสำหรับการเรียกใช้ฟังก์ชั่น แต่ในบางกรณีก็เป็นไปได้ เพื่อตั้งโปรแกรมในลักษณะที่ไม่จำเป็นต้องใช้ call stack (ฉันกำลังคิดเกี่ยวกับสไตล์การส่งผ่านต่อเนื่องที่นี่หรือนักแสดงในระบบส่งข้อความ)

ดังนั้นฉันเริ่มสงสัยว่า: เป็นไปได้หรือไม่ที่จะใช้ semantics call function โดยไม่มี stack หรือดีกว่าโดยใช้โครงสร้างข้อมูลที่แตกต่างกัน (คิวบางทีหรือแผนผังที่เชื่อมโยงกัน)
แน่นอนฉันเข้าใจว่า stack เป็นอย่างมาก สะดวก (มีเหตุผลว่าทำไมมันแพร่หลาย) แต่เมื่อเร็ว ๆ นี้ฉันชนเข้ากับการใช้งานที่ทำให้ฉันสงสัย ..

มีใครบ้างไหมที่รู้ว่าเคยใช้ภาษา / เครื่อง / เครื่องเสมือนจริงหรือไม่และหากเป็นเช่นนั้นความแตกต่างและข้อบกพร่องที่โดดเด่นควรทำอย่างไร?

แก้ไข: ความรู้สึกของฉันคือวิธีการคำนวณย่อยที่แตกต่างกันสามารถใช้โครงสร้างข้อมูลที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่นแคลคูลัสแลมบ์ดาไม่ได้เป็นแบบสแต็ก (ความคิดของแอปพลิเคชันฟังก์ชั่นถูกบันทึกโดยการลดลง) แต่ฉันดูภาษา / เครื่อง / ตัวอย่างจริง นั่นเป็นเหตุผลที่ฉันถาม ...

อาจไม่จำเป็นต้องใช้ call stack ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับภาษา สแต็คการโทรมีความจำเป็นในภาษาที่อนุญาตให้เรียกซ้ำหรือเรียกซ้ำซึ่งกันและกัน หากภาษาไม่อนุญาตให้มีการเรียกซ้ำการเรียกใช้เพียงครั้งเดียวของโพรซีเดอร์ใด ๆ อาจใช้งานได้ตลอดเวลาและตัวแปรโลคัลสำหรับขั้นตอนนั้นอาจถูกจัดสรรแบบคงที่ ภาษาดังกล่าวต้องจัดเตรียมสำหรับการเปลี่ยนแปลงบริบทสำหรับการจัดการขัดจังหวะ แต่ยังไม่จำเป็นต้องมีสแต็ก

อ้างถึง FORTRAN IV (และก่อนหน้า) และ COBOL เวอร์ชันก่อนหน้าสำหรับตัวอย่างภาษาที่ไม่ต้องการการโทรซ้อน

อ้างถึงข้อมูลการควบคุม 6600 (และเครื่องควบคุมข้อมูลก่อนหน้า) สำหรับตัวอย่างของซูเปอร์คอมพิวเตอร์รุ่นแรกที่ประสบความสำเร็จอย่างสูงซึ่งไม่ได้ให้การสนับสนุนฮาร์ดแวร์โดยตรงสำหรับสแต็คการโทร โปรดดู PDP-8 สำหรับตัวอย่างของมินิคอมพิวเตอร์เครื่องแรกที่ประสบความสำเร็จอย่างมากซึ่งไม่รองรับสแต็คการโทร

เท่าที่ฉันรู้เครื่องสแต็ค Burroughs B5000 เป็นเครื่องแรกที่มีสแต็กการเรียกฮาร์ดแวร์ เครื่อง B5000 ได้รับการออกแบบจากพื้นดินเพื่อเรียกใช้ ALGOL ซึ่งต้องการการเรียกซ้ำ พวกเขายังมีสถาปัตยกรรม descriptor-based แห่งแรกซึ่งวางรากฐานสำหรับสถาปัตยกรรมความสามารถ

เท่าที่ฉันรู้มันเป็น PDP-6 (ซึ่งขยายตัวเป็น DEC-10) ซึ่งเป็นที่นิยมของ call stack hardware เมื่อชุมชนแฮ็กเกอร์ที่ MIT รับการส่งมอบหนึ่งและพบว่าการดำเนินการ PUSHJ (Push Return Address and Jump) อนุญาตให้รูทีนการพิมพ์ทศนิยมลดลงจาก 50 คำสั่งเป็น 10

ฟังก์ชัน semantics พื้นฐานที่สุดในภาษาที่อนุญาตให้เรียกซ้ำจำเป็นต้องมีความสามารถที่ตรงกับ stack หากนั่นคือทั้งหมดที่คุณต้องการสแต็คพื้นฐานคือการจับคู่ที่ดีและเรียบง่าย หากคุณต้องการมากกว่านั้นโครงสร้างข้อมูลของคุณจะต้องทำมากขึ้น

ตัวอย่างที่ดีที่สุดของความต้องการมากกว่าที่ฉันได้พบคือ "ความต่อเนื่อง" ความสามารถในการระงับการคำนวณตรงกลางบันทึกเป็นฟองสบู่แข็งของรัฐและดับลงอีกครั้งในภายหลัง การต่อเนื่องกลายเป็นที่นิยมในภาษาถิ่นของ LISP ซึ่งเป็นวิธีการที่จะทำให้เกิดข้อผิดพลาด ความต่อเนื่องต้องการความสามารถในการจับภาพสภาพแวดล้อมการดำเนินการปัจจุบันและสร้างมันขึ้นมาใหม่ในภายหลังและสแต็กค่อนข้างไม่สะดวกสำหรับสิ่งนั้น

โครงสร้างและการตีความของโปรแกรมคอมพิวเตอร์ของ Abelson & Sussman ได้กล่าวถึงรายละเอียดบางอย่างเกี่ยวกับความต่อเนื่อง

ไม่สามารถใช้ความหมายของการเรียกใช้ฟังก์ชันได้โดยไม่ต้องใช้ stack บางประเภท เป็นไปได้ที่จะเล่นเกมคำศัพท์ (เช่นใช้ชื่ออื่นเช่น "FILO return buffer")

เป็นไปได้ที่จะใช้บางสิ่งที่ไม่ใช้ความหมายของการเรียกใช้ฟังก์ชัน (เช่นรูปแบบการส่งต่อความต่อเนื่องของตัวแสดง) จากนั้นสร้างความหมายของการเรียกใช้ฟังก์ชันที่ด้านบนของมัน แต่นี่หมายถึงการเพิ่มโครงสร้างข้อมูลบางอย่างเพื่อติดตามการควบคุมที่ส่งผ่านเมื่อฟังก์ชันส่งคืนและโครงสร้างข้อมูลนั้นจะเป็นประเภทของสแต็ก (หรือสแต็กที่มีชื่อ / คำอธิบายต่างกัน)

ลองนึกภาพคุณมีฟังก์ชั่นมากมายที่ทุกคนสามารถโทรหากันได้ ณ รันไทม์แต่ละฟังก์ชันต้องทราบตำแหน่งที่จะกลับไปเมื่อออกจากฟังก์ชัน หากมีการfirstโทรsecondคุณจะได้:

second returns to somewhere in first

จากนั้นถ้ามีการsecondโทรthirdคุณ:

third returns to somewhere in second
second returns to somewhere in first

จากนั้นถ้ามีการthirdโทรfourthคุณ:

fourth returns to somewhere in third
third returns to somewhere in second
second returns to somewhere in first

เนื่องจากแต่ละฟังก์ชั่นถูกเรียกใช้จะต้องเก็บข้อมูล "ที่จะส่งคืน" ให้มากขึ้น

หากฟังก์ชันส่งคืนข้อมูลจะใช้ "ตำแหน่งที่จะส่งคืน" และไม่จำเป็นต้องใช้อีกต่อไป ตัวอย่างเช่นหากfourthกลับไปที่ใดที่หนึ่งthirdจำนวนข้อมูล "ที่จะกลับไปที่" จะกลายเป็น:

third returns to somewhere in second
second returns to somewhere in first

โดยทั่วไป; "อรรถศาสตร์การเรียกใช้ฟังก์ชัน" หมายความว่า:

• คุณต้องมีข้อมูล "ที่จะส่งคืน"
• ปริมาณข้อมูลที่เพิ่มขึ้นเมื่อฟังก์ชันถูกเรียกใช้และลดลงเมื่อฟังก์ชันส่งคืน
• ข้อมูล "ที่จะส่งคืน" ชิ้นแรกที่เก็บไว้จะเป็นข้อมูลชิ้นสุดท้ายของ "ตำแหน่งที่จะส่งคืน" ข้อมูลที่ถูกทิ้ง

สิ่งนี้อธิบายถึงบัฟเฟอร์ FILO / LIFO หรือสแต็ก

หากคุณพยายามที่จะใช้ประเภทของต้นไม้ทุก ๆ โหนดในต้นไม้จะไม่มีลูกมากกว่าหนึ่งคน หมายเหตุ: โหนดที่มีหลายลูกสามารถเกิดขึ้นได้หากฟังก์ชันเรียกใช้ฟังก์ชัน 2 ฟังก์ชันขึ้นไปในเวลาเดียวกันซึ่งต้องการการทำงานพร้อมกัน (เช่นเธรด, ทางแยก (), ฯลฯ ) และจะไม่เป็น "ความหมายของการเรียกใช้ฟังก์ชัน" หากทุกโหนดในต้นไม้จะไม่มีลูกมากกว่าหนึ่งคน ดังนั้น "tree" จะถูกใช้เป็นบัฟเฟอร์ FILO / LIFO หรือสแต็กเท่านั้น และเนื่องจากมันถูกใช้เป็นบัฟเฟอร์ FILO / LIFO หรือสแต็กเท่านั้นจึงมีความยุติธรรมที่จะอ้างว่า "ต้นไม้" เป็นสแต็ก (และความแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือเกมคำศัพท์และ / หรือรายละเอียดการนำไปใช้)

เช่นเดียวกับโครงสร้างข้อมูลอื่นใดที่สามารถใช้เพื่อนำไปใช้ "ความหมายการเรียกใช้ฟังก์ชัน" - มันจะถูกใช้เป็นสแต็ก (และความแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือเกมคำศัพท์และ / หรือรายละเอียดการนำไปใช้); นอกเสียจากว่ามันจะทำลาย "ความหมายฟังก์ชั่นการโทร" หมายเหตุ: ฉันจะให้ตัวอย่างสำหรับโครงสร้างข้อมูลอื่น ๆ ถ้าทำได้ แต่ฉันไม่สามารถนึกถึงโครงสร้างอื่นใดที่น่าเชื่อถือเล็กน้อย

แน่นอนว่าการใช้งานสแต็กเป็นรายละเอียดการนำไปปฏิบัติ อาจเป็นพื้นที่ของหน่วยความจำ (ที่คุณติดตาม "สแต็กท็อปปัจจุบัน") อาจเป็นรายการเชื่อมโยงบางประเภท (ที่คุณติดตาม "รายการปัจจุบันในรายการ") หรืออาจนำไปใช้ในบางรายการ วิธีอื่น มันไม่สำคัญว่าฮาร์ดแวร์มีการสนับสนุนในตัวหรือไม่

หมายเหตุ: หากมีเพียงการร้องขอเพียงหนึ่งกระบวนการเท่านั้นที่สามารถใช้งานได้ทุกเวลา จากนั้นคุณสามารถจัดสรรพื้นที่สำหรับข้อมูล "ที่จะกลับไปที่" แบบคงที่ นี่ยังคงเป็นสแต็ก (เช่นรายการที่เชื่อมโยงของรายการที่ได้รับการจัดสรรแบบคงที่ที่ใช้ในวิธี FILO / LIFO)

นอกจากนี้โปรดทราบว่ามีบางสิ่งที่ไม่ปฏิบัติตาม "ความหมายการเรียกใช้ฟังก์ชัน" สิ่งเหล่านี้รวมถึง "ความหมายที่แตกต่างกันอย่างมาก" (เช่นการส่งผ่านต่อเนื่องโมเดลของนักแสดง) และยังรวมถึงส่วนขยายทั่วไปของ "semantics call function" เช่นการทำงานพร้อมกัน (เธรด, เส้นใย, อะไรก็ตาม), setjmp/ longjmp, การจัดการข้อยกเว้น ฯลฯ

ภาษาที่เชื่อมต่อกันด้วยของเล่นXYใช้คิวการโทรและสแต็กข้อมูลสำหรับการดำเนินการ

ทุกขั้นตอนในการคำนวณนั้นเกี่ยวข้องกับการตัดคำถัดไปที่จะถูกดำเนินการและในกรณีของ builtins การป้อนข้อมูลภายในฟังก์ชั่นสแต็กข้อมูลและคิวการโทรเป็นอาร์กิวเมนต์ภายในหรือกับ userdefs ผลักดันคำที่เขียน

ดังนั้นถ้าเรามีฟังก์ชั่นการเพิ่มองค์ประกอบด้านบนเป็นสองเท่า:

; double dup + ;
// defines 'double' to be composed of 'dup' followed by '+'
// dup duplicates the top element of the data stack
// + pops the top two elements and push their sum

จากนั้นฟังก์ชั่นการเขียน+และdupมีลายเซ็นประเภทสแต็ค / คิวต่อไปนี้:

// X is arbitraty stack, Y is arbitrary queue, ^ is concatenation
+      [X^a^b Y] -> [X^(a + b) Y]
dup    [X^a Y] -> [X^a^a Y]

และขัดแย้งกันdoubleจะมีลักษณะเช่นนี้:

double [X Y] -> [X dup^+^Y]

ดังนั้นในแง่หนึ่ง XY จึงไม่ซ้อนกัน