Системное программирование

Поскольку макроопределение, обрабатывается перед трансляцией  или вместе с ней, макрокоманда, определенная в исходном модуле, может употребляться только в этом исходном модуле и «не видна» из других исходных модулей. Для повторно используемых макроопределений обычно создаются библиотеки макроопределений. В некоторых системах (например, z/OS) макрокоманды обеспечивают системные вызовы и существуют богатейшие библиотеки системных макроопределений.

Самое очевидное  применение макрокоманд — для  сокращения записи исходной программы, когда один оператор макровызова  заменяется на макрорасширение из двух и более операторов программы. В  некоторых случаях макрорасширение может даже содержать и единственный оператор, но просто давать действию, выполняемому этим оператором более понятную мнемонику. Но возможности Макропроцессора гораздо шире. Так, одна и та же макрокоманда с разными параметрами может приводить к генерации совершенно различных макрорасширений — и по объему, и по содержанию.  

 

4

Сравнение макросредств и подпрограмм

Использование макросредств во многом подобно использованию  подпрограмм: в обоих случаях  мы сокращаем запись исходного текста и создаем повторно используемые фрагменты кода. (Например, в C/C++ вызов псевдофункции неотличим от вызова функции.)

Принципиальные  различия между подпрограммами и  макросредствами:

u Команды, реализующие подпрограмму, содержатся в кода загрузочного модуля один раз, а команды, реализующие макровызов, включаются в программу для каждого применения макровызова (макросредства требуют больше памяти).

u Выполнение подпрограммы требует передачи управления с возвратом — команды типа CALL и RET, а команды макрорасширения включаются в общую последовательность команд программы (макровызовы выполняются быстрее).

Если в многофункциональной  подпрограмме имеется разветвление в зависимости от значений параметров, то в загрузочный модуль включается код подпрограммы в полном объеме, даже если в конкретной программе реально используется только одна из ветвей алгоритма; в макровызове в каждое макрорасширение включаются только операторы, определяемые фактическими значениями параметров макровызова (экономия и времени и объема в макровызовах).

Общий итог сравнения: макросредства обеспечивают несколько  большее быстродействие при несколько  больших затратах памяти. Поэтому  обычно макросредства применяются  для оформления сравнительно небольших  фрагментов повторяющегося кода.  

 

 

 

4

Некоторые возможности Макроязыка

Ниже мы описываем  некоторые возможности макроязыка, в той или иной форме реализованные  во всех Макропроцессорах. Мы, однако, ориентируемся прежде всего на Макропроцессор, независимый от Ассемблера, потому что в этой категории функции Макропроцессора легче определить.

Заголовок макроопределения

Макроопределение  должно как-то выделяться в программе, поэтому оно всегда начинается с  заголовка.

Заголовок имеет  формат, подобный следующему:

имя_макрокоманды MACRO список формальных параметров

имя_макрокоманды является обязательным компонентом. При макровызове это имя употребляется в поле мнемоники оператора. Имена макроопределений, имеющихся в программе, должны быть уникальны. Обычно при распознавании макровызова поиск по имени макрокоманды ведется сначала среди макроопределений имеющихся в программе, а затем (если в программе такое макроопределение не найдено) — в библиотеках макроопределений. Таким образом, имя макрокоманды, определенной в программе, может совпадать с именем макрокоманды, определенной в библиотеке, в этом случае макрокоманда, определенная в программе, заменяет собой библиотечную.

Формальные параметры  играют ту же роль, что и формальные параметры процедур/функций. При  обработке макровызова вместо имен формальных параметров в теле макроопределения подставляются значения фактических параметров макровызова.

В развитых Макроязыках  возможны три формы задания параметров:

u позиционная;

u ключевая;

u смешанная. 

 

При использовании  позиционной формы соответствие фактических параметров формальным определяется их порядковым номером. (Позиционная форма всегда применяется для подпрограмм).

В позиционной  форме количество и порядок следования фактических параметров макровызова  должны соответствовать списку формальных параметров в заголовке макроопределения. При использовании ключевой формы каждый фактический параметр макровызова задается в виде:

имя_параметра=значение_параметра

В таком же виде они описываются и в списке формальных параметров, но здесь значение_параметра может опускаться. Если значение_параметра в списке формальных параметров не опущено, то это — значение по умолчанию. В макровызове параметры могут задаваться в любом порядке, параметры, имеющие значения по умолчанию, могут опускаться.

В смешанной  форме первые несколько параметров подчиняются правилам позиционной формы, а остальные — ключевые.

В некоторых  Макропроцессорах имена параметров начинаются с некоторого отличительного признака (например, амперсанда — &), чтобы Макропроцессор мог отличить «свои» имена (имена, подлежащие обработке при обработке макроопределения) от имен, подлежащих обработке Ассемблером. Для Макропроцессоров, которые мы отнесли к категории сильносвязанных такой признак может и не быть необходимым, так как такой Макропроцессор обрабатывает как свои имена, так и имена Ассемблера. В любом случае возникает проблема распознавания имени в теле макроопределения. Например, если макроопределение имеет формальный параметр &P, а в макровызове указано для него фактическое значение 'X', то как должна обрабатываться подстрока '&PA' в теле макроопределения? Должна ли эта подстрока быть заменена на 'XA' или оставлена без изменений?

Логика, которой  следует большинство Макропроцессоров в этом вопросе, такова. &PA является именем в соответствии с правилами  формирования имен. Поэтому оно не распознается как имя &P и остается без изменений. Если мы хотим, чтобы подстановка в этой подстроке все-таки произошла, следует поставить признак, отделяющий имя параметра от остальной части строки. Обычно в качестве такого признака используется точка — '.': '&P.A' заменяется на 'XA'.

Окончание макроопределения

Если у макроопределения есть начало (оператор MACRO), то у него, естественно, должен быть и конец. Конец  макроопределения определяется оператором MEND. Этот оператор не требует параметров. Макроопределение, взятое в «скобки» MACRO — MEND может располагаться в любом месте исходного модуля, но обычно все макроопределения размещают в начале или в конце модуля.

4

Локальные переменные макроопределения

Поскольку генерация  макрорасширения ведется по некоторому алгоритму, описанному в макроопределении, реализация этого алгоритма может потребовать собственных переменных. Эти переменные имеют силу только внутри данного макроопределения, в макрорасширении не остается никаких «следов» переменных макроопределения.

Переменные макроопределения могут использоваться двумя способами:

u их значения могут подставляться вместо их имен в тех операторах макроопределения, которые переходят в макрорасширение;

u их значения могут проверяться в условных операторах макроязыка и влиять на последовательность обработки.

При подстановке  значений переменных макроопределения в макрорасширение работают те же правила, что и при подстановки  значений параметров.

Для сильносвязанных  Макропроцессоров необходимости в локальных переменных макроопределения, вместо них могут использоваться имена программы (определяемые директивой EQU). Для сильносвязанных и независимых процессоров переменный макроопределения и имена программы должны различаться, для этого может применяться тот же признак, что и для параметров макроопределения.

Объявление локальной  переменной макроопределения может  иметь, например, вид:

имя_переменной LOCL начальное_значение (последнее необязательно)

4

Присваивание значений переменным макроопределения

Присваивание может производиться оператором вида:

имя_переменной SET выражение

или

имя_переменной = выражение

Выражения, допустимые при присваивании, могут включать в себя имена переменных и параметров макроопределения, константы, строковые, арифметические и логические операции, функции.

Основной тип  операций — строковые (выделение  подстроки, поиск вхождения, конкатенация. etc.), так как обработка макроопределения состоит в текстовых подстановках.

Строковые операции обычно реализуются в функциях. Однако, в некоторых случаях может потребоваться выполнение над переменными макроопределения операций нестрокового типа.

Как обеспечить выполнение таких операций? Можно  предложить два варианта решения  этой проблемы:

u Ввести в оператор объявления переменной макроопределения определение ее типа. При выполнении операций должно проверяться соответствие типов.

u Все переменные макроопределения имеют строковый тип, но при вычислении выражений автоматически преобразуются к типу, требуемому для данной операции (при таком преобразовании может возникать ошибка). Результат выражения автоматически преобразуется в строку.

Как правило, операции присваивания могут применяться  к параметрам макроопределения точно  так же, как и к переменным макроопределения.  

 

4

Глобальные переменные макроопределения

Значения локальных  переменных макроопределения сохраняются  только при обработке данного  конкретного макровызова. В некоторых  случаях, однако, возникает необходимость, чтобы значение переменной макроопределения было запомнено Макропроцессором и использовано при следующей появлении той же макрокоманды в данном модуле. Для этого могут быть введены глобальные переменные макроопределения (в сильносвязанных Макропроцессорах в них опять-таки нет необходимости).

Объявление глобальной переменной макроопределения может иметь, например, вид:

имя_переменной GLBL начальное_значение (последнее необязательно)

Присваивание  значений глобальным переменным макроопределения выполняется так же, как и локальным.

4

Уникальные метки

В некоторых  случаях операторы машинных команд, имеющихся в макроопределении, должны быть помечены, например, для того, чтобы передавать на них управление. Если применить для этих целей обычную метку, то может возникнуть ошибочная ситуация. Если метка в макроопределении имеет обычное имя, и в модуле данная макрокоманда вызывается два раза, то будет сгенерировано два макрорасширения, и в обоих будет метка с этим именем. Чтобы избежать ситуации неуникальности меток, в макроязыке создается возможность определять метки, для которых формируются уникальные имена. Обычно имя такой метки имеет тот же отличительный признак, который имеют параметры и переменные макроопределения. Каждую такую метку Макропроцессор заменяет меткой с уникальными именем.

Уникальное имя  метки может формироваться формате, подобном следующему:

&имя.nnnnnn

где — nnnnnn — число, увеличивающееся на 1 для каждой следующей уникальной метки.

Другой возможный  способ формирования, например:

имя&SYSNDX

где SYSNDX — предустановленное имя, имеющее числовое значение, начинающееся с 00001 и увеличивающееся на 1 для каждой следующей уникальной метки.

Следующие операторы  Макроязыка влияют на последовательность обработки операторов макроопределения. В тех или иных Макропроцессорах имеется тот или иной набор таких операторов.

Оператор безусловного перехода и  метки макроопределения

Возможный формат оператора:

MGO макрометка

Концептуально важным понятием является макрометка. Макрометка может стоять перед оператором Макроязыка или перед оператором языка Ассемблера. Макрометки не имеют ничего общего с метками в программе. Передача управления на макрометку означает то, что при обработке макроопределения следующим будет обрабатываться оператор, помеченный макрометкой. Макрометки должны иметь какой-то признак, по которому их имена отличались бы от имен программы и переменных макроопределения. Например, если имена переменных макроопределения начинаются с символа &, то имя макрометки может начинаться с &&.

Оператор условного перехода

Возможный формат оператора:

MIF условное_выражение макрометка

Если условное_выражение  имеет значение «истина», обработка  переходит на оператор, помеченный макрометкой, иначе обрабатывается следующий оператор макроопределения. Условные выражения формируются  по обычным правилам языков программирования. В них могут употребляться параметры и переменные (локальные и глобальные) макроопределения, константы, строковые, арифметические и логические операции и, конечно же, операции сравнения.

Кроме того, в  составе Макроязыка обычно имеются специальные функции, позволяющие распознавать тип своих операндов, например: является ли операнд строковым представлением числа, является ли операнд именем, является ли операнд именем регистра.

Условные блоки 

Возможный формат оператора:

IF условное_выражение

операторы_макроопределения_блок1

ENDIF

ELSE

операторы_макроопределения_блок2

ENDIF

Если условное_выражение  имеет значение «истина», обрабатываются операторы макроопределения от оператора IF до оператора ENDIF, иначе обрабатываются операторы макроопределения от оператора ESLE до оператора ENDIF. Как и в языках программирования блок ELSE — ENDIF не является обязательным.