Оператор, работающий в какой-либо системе, часто встречается с необходимостью повторять некоторые последовательности действий много раз? Такая последовательность может, например, состоять из ввода некоторой текстовой последовательности, нажатии определенной последовательности клавиш, выполнении однотипного ряда каких-либо арифметических операций. В подобных случаях часто можно воспользоваться аппаратом макрокоманд.

Макрокоманды (часто называемые макро или макрос) являются однострочными сокращениями для группы команд. Используя макрокоманду, программист по существу определяет одну “команду” для представления некоторой последовательности команд.

Определяя соответствующие макрокоманды, оператор может удобным для себя образом вводить свои собственные средства более высокого уровня, не заботясь о структуре системы. Он может достигнуть краткости и простоты управления системой, не теряя при этом основных преимуществ использования исходной системы, такой, как например язык ассемблера. Крупные макрооперации упрощают пользование, отладку и модификацию программ, и облегчают стандартизацию. Многие разработчик вычислительных машин используют макрокоманды для автоматизации составления “подходящих” операционных систем в процессе, называемом генерацией системы


МАКРОКОМАНДЫ

В своей простейшей форме макрокоманда представляет собой сокращение для обозначения последовательности операций

Рассмотрим следующий набор команд, взятый из макроязыка IDE для Borland C++ версии 3.1 (TEMC). Рассмотрим следующую программу, написанную с помощью этих операций

Пример 1

.

.

.

SetPrevPos;

FixScreenPos;

PageScreenUp;

FixCursorPos;

.

.

.

SetPrevPos;

FixScreenPos;

PageScreenUp;

FixCursorPos;

.

.

.

В приведенной программе последовательность команд

SetPrevPos;

FixScreenPos;

PageScreenUp;

FixCursorPos;

встречается дважды.

Аппарат макрокоманд позволяет присвоить этой последовательности имя и использовать это имя вместо нее. Можно также определить некоторый макроязык, позволяющий рассматривать данную конструкцию, как определение и в дальнейшем использовать это определение.

Фактически, макропроцессор представляет собой отдельный языковой процессор со своим собственным языком.

Форматы макроопределений в различных системах может отличаться друг от друга. В данном случае последовательность команд, определяющая макрокоманду имеет следующий формат

MACRO <macro name>

-----------------

-----------------

-----------------

END;

Псевдокоманда MACRO - первая строка определения - определяет следующий за ней идентификатор, как имя макрокоманды. Вслед за этой строкой располагается последовательность команд, называемых “телом макроопределения”. Определение заканчивается строкой с псевдокомандой END.

Если макрокоманда определена, то использование имени соответствующей макрокоманды в качестве мнемоники кода в программе эквивалентно использованию соответствующей последовательности команд. Если повторяющейся последовательности команд дать имя “MacPageUp”, то наш пример можно будет переписать следующим образом:


Ниже приведена формальная запись соответствующих алгоритмов обработки макроопределений двухпросмотровым способом.

Каждый из алгоритмов осуществляет построчный просмотр входного текста.

ПЕРВЫЙ ПРОСМОТР - МАКРООПРЕДЕЛЕНИЯ: Алгоритм первого просмотра проверяет каждую строку входного текста. Если она представляет собой псевдооперацию MACRO, то все следующие за ней строки запоминаются в ближайших свободных ячейках МДТ. Первая строка макроопределения - это имя самого макроса. Имя заносится в таблицу имен МНТ с индексом этой строки в МДТ. При этом происходит также подстановка номеров формальных параметров, вместо их имен. Если в течение просмотра встречается команда END, то это означает, что весь текст обработан, и управление можно передавать второму просмотру для обработки макрокоманд.

ВТОРОЙ ПРОСМОТР - РАСШИРЕНИЕ МАКРОКОМАНД: Алгоритм второго просмотра проверяет мнемонический код каждого предложения. Если это имя содержится в МНТ, то происходит обработка макропредложения по следующему правилу: из таблицы МНТ берется указатель на начало описания макроса в МДТ. Макропроцессор готовит массив списка АЛА содержащий таблицу индексов формальных параметров и соответствующих операндов макрокоманды. Чтение производится из МДТ, после чего в прочитанную строку подставляются необходимые параметры, и полученная таким образом строка записывается в ВЫХТ2. Когда встречается директива END, текст полученного кода передается для компиляции ассемблеру.


Первый просмотр

Начало алгоритма

МДТС = 0

МНТС = 0

ФЛАГ ВЫХОДА = 0

цикл пока (ФЛАГ ВЫХОДА == 0) {

чтение следующей строки ВХТ

если !(операция MACRO) {

вывод строки в ВЫХТ1

если (операция END) ФЛАГ ВЫХОДА = 1

}

иначе {

чтение идентификатора

запись имени и индекса в МНТ

МНТС ++

приготовить массив списка АЛА

запись имени в МДТ

МДТС ++

цикл {

чтение следующей строки ВХТ

подстановка индекса операторов

добавление в МДТ

МДТС ++

} пока !(операция MEND)

}

}

переход ко второму проходу

конец алгоритма


Второй просмотр

Начало алгоритма

ФЛАГ ВЫХОДА = 0

цикл пока (ФЛАГ ВЫХОДА == 0) {

чтение строки из ВЫХТ1

НАЙДЕНО = поиск кода в МНТ

если !(НАЙДЕНО) {

запись в ВЫХТ2 строки

если (операция END) {

ФЛАГ ВЫХОДА = 1

}

}

иначе {

УКАЗАТЕЛЬ = индекс из МНТ

Заполнение списка параметров АЛА

цикл {

УКАЗАТЕЛЬ ++

чтение след. строки из МДТ

подстановка параметров

вывод в ВЫХТ2

} пока !(операция MEND)

}

}

переход к компиляции

конец алгоритма


ОДНОПРОСМОТРОВЫЙ АЛГОРИТМ

Предположим, что мы допускаем реализацию макроопределения внутри макроопределений. Основная проблема здесь заключена в том, что внутреннее макро определено только после того, как выполнен вызов внешнего. Для обеспечения использования внутреннего макро нам придется повторять как просмотр обработки макроопределений, так и просмотр обработки макрокоманд. Однако существует и еще одно решение, которое позволяет произвести распознавание и расширение в один просмотр.

Рассмотрим аналогию с ассемблером. Макроопределение должно обрабатываться до обработки макрокоманд, поскольку макро должны быть определены для процессора раньше, чем макрокоманды обращения к ним. Однако, если мы наложим ограничение, что каждое макроопределение должно быть определено до того, как произойдет обращение к нему, мы устраним основное препятствие для однопросмотровой обработки. Заметим, что то же самое может быть верно и для символических имен в ассемблере, но такое требование было бы неоправданным ограничением для программиста. В случае же макрорасширения может быть вполне естественно потребовать, чтобы объявления макро предшествовали вызовам. Это не накладывает очень существенных ограничений на использование аппарата макрокоманд. Этот механизм даже не запрещает обращение макро к самому себе, поскольку обращение ведется в тот момент, когда имя макроса уже определено. Расширение же макроса идет не в процессе разбора макроса, а в процессе последующего вызова.

Предложенный ниже алгоритм объединяет два вышеприведенных алгоритма для двупросмотрового макроассемблера в один.


АЛГОРИТМ

Однопросмотровый макроассемблер

Начало алгоритма

МТДС = 0

МНТС = 0

ФЛАГ ВЫХОДА = 0

цикл пока !(ФЛАГ ВЫХОДА) {

чтение следующей строки ВХТ

НАЙДЕНО = поиск кода в МНТ

если (НАЙДЕНО) {

МДИ = 1

УКАЗАТЕЛЬ = индекс из МНТ

Заполнение списка параметров АЛА

цикл {

УКАЗАТЕЛЬ ++

чтение след. строки из МДТ

подстановка параметров

вставка во ВХТ

} пока !(операция MEND)

иначе если !(операция MACRO) {

вывод строки в ВЫХТ1

если (операция END) ФЛАГ ВЫХОДА = 1

}


иначе {

чтение идентификатора

запись имени и индекса в МНТ

МНТС ++

приготовить массив списка АЛА

запись имени в МДТ

МДТС ++

цикл {

чтение следующей строки ВХТ

подстановка индекса операторов

добавление в МДТ

МДТС ++

} пока !(операция MEND)

}

}

конец алгоритма

ОПИСАНИЕ АЛГОРИТМА

данный алгоритм является упрощением алгоритма приведенного в [1], глава 4.3.2. Различие состоит в том, что современные средства интеллектуализации программирования дают нам возможность осуществлять вставки и удаления из крупных массивов с минимальными затратами процессорного времени, что было невозможно при использовании перфокарт. Кроме того, скорость работы современных процессоров настолько велика, что позволяет производить прямые вставки и удаления в массивах данных средней величины (скажем, до 64 килобайт) в режиме реального времени. Таким образом, расширение исходного макроса может быть напрямую вставлено в массив исходного текста и обработано в расширенном виде. Такая технология позволяет значительно упростить алгоритм обработки макроязыка.


РЕАЛИЗАЦИЯ ВНУТРИ АССЕМБЛЕРА

Макропроцессор, описанный нами предназначался для обработки текста в режиме препроцессора, то-есть он выполнял полный просмотр входного текста, до того, как передать управление ассемблеру. Но макропроцессор также может быть реализован внутри первого прохода ассемблера. Такая реализация позволяет исключить промежуточные файлы, и позволяет достичь на порядок большей интеграции макропроцессора и ассемблера путем объединения сходных функций. Например, возможно объединение таблиц имен макросов и имен кода операции; специальный признак может указывать на то макро это или встроенная операция.

Основные преимущества включения макропроцессора в первый просмотр состоят в следующем:

  1. Многие функции не надо реализовывать дважды (например, функции ввода-вывода, проверки на тип, и.т.п.)

  2. В процессе обработки отпадает необходимость создавать промежуточные файлы или массивы данных.

  3. У программиста появляются дополнительные возможности по совмещению средств ассемблера (например, команды EUQ) совместно с макрокомандами.

Основные недостатки:

  1. Программа должна требовать больше оперативной памяти, что критично на некоторых типах ЭВМ, не имеющих много оперативной памяти.

  2. Реализация подобного типа задачи может оказаться на порядок сложнее, чем отдельная реализация ассемблера и макропроцессора.

Отдельно от рассмотрения реализации аппарата макросредств в ассемблер лежит рассмотрение дополнительного просмотра, используемого многими программами для выявления определенных характеристик исходной программы, таких как типы данных. Располагая таким макропроцессором, можно использовать команды условной компиляции, позволяющие поставить расширение макрокоманд в зависимость от определенных характеристик программы.


ВЫВОДЫ

Макроязыки и соответствующие им макропроцессоры представляют собой самостоятельную форму языков программирования. При использовании вместе с ассемблером, макропроцессор является для программиста полезным инструментом и по существу, позволяет ему самому определять свой язык “высокого” уровня.

Существуют четыре основных задачи, решаемых макропроцессором:

  1. Распознавание макроопределений

  2. Хранение макроопределений

  3. Распознавание макрокоманд

  4. Расширение макрокоманд и подстановка параметров

Макропроцессор в ассемблере может быть реализован несколькими способами:

  1. Независимый двухпросмотровый ассемблер

  2. Независимый однопросмотровый ассемблер

  3. Процессор, совмещенный с первым проходом стандартного двухпросмотрового ассемблера.


ССЫЛКИ

В работе над рефератом использовалась следующая литература:

[1] Дж. Джордан - “Системное программирование”

[2] IBM OS/2 - “REXX Programmer’s Reference”

[3] Borland C++ - Included documentation and sources.