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La struttura dello Stack
Il funzionamento della Macchina Astratta è basato sul suo Stack, poiché esso è coinvolto nell'interpretazione di ogni bytecode del programma; ciò perchè è tramite lo Stack Manager e quindi lo Stack, che l'interprete ha accesso a parte delle informazioni sullo stato corrente della macchina.
I singoli elementi dello Stack, che vengono creati dallo Stack Manager e quindi inseriti e rimossi dallo Stack, sono detti Stack Frame. In figura è schematizzata la struttura dello Stack, di cui si evidenzia uno Stack Frame.
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I vari Stack Frame vengono creati al momento dell'invocazione di
un metodo, e restano sullo Stack finché l'esecuzione dei
relativi bytecode non è terminata, in seguito ad un'istruzione
Return. In ogni istante la porzione di Stack al di sopra di
un dato Frame mantiene le informazioni associate alle invocazioni di
metodi generate, direttamente o indirettamente, dal metodo relativo
al Frame in questione. Quando questi metodi avranno terminato la
loro esecuzione e restituito i loro risultati, sarà necessario
ripristinare lo stato dell'interprete al momento della prima invocazione.
A tale scopo in ogni Stack Frame è presente un'area,
detta Environment d'esecuzione o semplicemente Environment,
che memorizza cinque puntatori: Sender, PC, OPTOP,
VARS e Class Structure.
Il puntatore chiamato Sender fa riferimento all'Environment dello Stack Frame del metodo che ha invocato l'esecuzione del metodo corrente. Tale riferimento sarà necessario per consentire allo Stack Manager di ritrovare le informazioni contenute nell'Environment del Frame precedente.
Si osservi che delle tre aree che costituiscono la struttura dello
Stack Frame, due hanno lunghezza variabile, diversa da metodo a
metodo, e precisamente la prima o area delle variabili locali e
l'ultima o stack degli operandi.
Pertanto il campo Sender individua il Frame precedente
non tramite la sua base ( dalla quale non saprebbe risalire alle
altre parti ), ma puntando all'Environment, dove si trovano
anche i puntatori alle altre aree.
Tali puntatori non sono altro che il campo VARS, che fa
riferimento all'area delle variabili ( e quindi alla base del
Frame ), e OPTOP che punta al Top dello stack degli
operandi. Questi campi, insieme con il campo PC, costituiscono
dei valori di backup che vengono caricati negli omonimi registri
dell'interprete.
L'area delle variabili contiene il riferimento all'oggetto ( this ) su cui si sta eseguendo il metodo ( nel caso di metodi istanza ), nonché gli argomenti passati al metodo corrente e le sue variabili locali. Il metodo corrente può manipolare il valore di queste variabili solo tramite lo stack degli operandi, caricandovi il loro valore o prelevando dal top i nuovi risultati. Tale meccanismo è usato per tutte le operazioni su numeri e oggetti; è per questo motivo che sono presenti, nell'Instruction Set, due categorie di istruzioni correlate allo stack degli operandi: le PUSH, che consentono di caricare i valori da varie parti della macchina sul top dello stack, e di converso le POP, che memorizzano il valore che si trova sul top dello stack in varie aree di memoria.
Ma lo stack degli operandi ha anche un'altro uso, che spiega un po'
il motivo per cui ogni Stack Frame ha l'organizzazione
mostrata in figura: esso viene utilizzato per passare gli argomenti ai
metodi.
Subito prima dell'invocazione di un metodo, il
chiamante si preoccupa di caricare sullo stack l'oggetto sul
quale agirà il metodo ( nel caso di metodi istanza ) e i suoi
argomenti. Quindi lo Stack Manager provvede a creare un
nuovo Frame per il dato metodo, e lo alloca facendo sí che si
sovrapponga parzialmente su quello precedente, di modo che la
porzione dello stack degli operandi che contiene gli argomenti
coincida con l'inizio dell'area della variabile del nuovo Frame.
Ma come fa lo Stack Manager a sapere di quanto deve "scendere"
nello stack degli operandi per prendere tutti gli argomenti del nuovo
metodo? Questa informazione viene ricavata dagli operandi del
bytecode, che costituiscono un indice a 16 bits in una
tabella ( la Run-Time Costant Pool ) all'interno della
struttura puntata dal campo Class Structure.
I dettagli di ciò verranno trattati assieme alla
Method Area e al
Class Manager: in breve, la entry
ottenuta tramite questo indice contiene un descrittore del metodo
che si sta invocando, che ci fornisce informazioni sul numero e tipo
di argomenti e sul fatto che si tratti o meno di un metodo istanza.
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