[PL] 08. Subprograms

Subprogram

각 Subprogram은 하나의 entry point(진입점)를 가진다.

Calling program은 Subprogram이 실행되는 동안 일시 정지된다.

Subprogram이 종료되면 Control은 항상 Caller로 반환된다.

 

Function의 Declaration(function body가 X)과 Define(function body가 포함)이 구분되는 언어

C/C++/Java (Python은 구분 X)

---

Subprogram Definition

Subprogram 추상화의 동작과 interface를 설명
Python의 function definition은 실행 가능하다.

다른 모든 언어의 function definition은 실행 불가능하다.

 

Subprogram Call

Subprogram을 실행하도록 하는 명시적인 요청

Subprogram header

Definition의 첫 부분

Subprogram의 name, kind와 formal parameters를 포함

 

Parameter profile(signature) of subprogram

parameters의 수, 순서, 타입

 

Protocol

subprogram의 Parameter profile + 만약 function이라면 return type까지

C/C++의 function declaration은 prototype이라고 불린다.

 

Subprogram declaration

Subprogram의 protocol / body는 없음

 

Formal parameter

Subprogram header에 나열된 가짜 변수

Subprogram에서 사용됨

 

Actual parameter

Subprogram call statement에서 사용되는 값이나 주소

 

Actual / Formal Parameter Correspondence

• Positional : actual parameter와 formal parameter의 바인딩이 position에 의해 실행. (순서대로) : Safe and effective
• Keyword : actual parameter에 바인딩될 formal parameter의 이름을 actual parameter와 함께 명시한다.
  • 장점 : parameter를 원하는 순서대로 쓸 수 있음. parameter correspondence error(일치 오류)를 피함
  • 단점 : User가 formal parameter의 이름을 반드시 알아야 함.

Formal parameter의 Default 값

• actual parameter가 전달되지 않으면 default 값을 사용. (선언에 3개, 호출에 2개 쓴 경우)
• C - 불가능(Null 값이라도 줘야 함.)
• Java - 불가능
• C++ - 가능, 단, 마지막 위치에 와야 함
• Python - 가능

Variable Numbers of Parameters

• C++/Java/Python 지원 (C는 헤더를 선언하고 사용 가능) (주로 *를 사용)

Procedure

리턴 값이 없다.

매개변수화된 계산을 정의하는 statement의 모음

 

Function

리턴 값이 있다.

Procedure랑 비슷, 의미적으로 수학적 함수에 기반을 둠.

No side effect를 기대하지만 실제로는 side effect를 가질 수 있다.

---

Design Issue for Subprograms

• local 변수는 정적(static) 또는 동적(dynamic)인가요? (C/C++/Java 둘 다 가능) (Python은 Static은 Global로 가능)
• Subprogram definition은 다른 Subprogram definition 안에 나타날 수 있나요? (Nested function) (Python 가능) (C/C++/Java 제약이 있음)
• 어떤 parameter 전달 방식이 제공되나요? (Pass by value, Pass by reference)
• parameter type check를 하나요? (Java는 한다, Python은 안 한다.)
• Subprogram이 parameter로 전달될 수 있고 Subprogram이 nested 가능하면, 
  전달된 Subprogram의 referencing environment는? (C/C++은 Function 포인터로 가능, Java/Python 가능)
• 함수의 Side effect는 허용되나요?
• 어떤 타입의 값이 함수에서 return될 수 있나요?
• 함수에서 몇 개의 값이 반환될 수 있나요?
• Subprogram이 overload될 수 있나요?
• Subprogram이 generic function이 지원되나요?
• 언어가 중첩된 Subprogram을 허용한다면 closure가 지원되나요?

---

Local Referencing Environments

함수 안에 선언한 Local 변수들의 참조 환경

 

Stack-Dynamic (기본적) 

• 장점 : Recursion 지원 / 로컬 변수의 저장소가 Subprogram 간에 공유
• 단점 : 할당, 해제, 초기화 시간 / Indirect Addressing / Subprogram이 history sensitive 하지 않다

Static (Static 키워드를 썼을 때)

• 장-단점 : Stack-Dynamic의 반대
• C 기반 언어에서는 Stack-Dynamic이 로컬 변수의 default 값. Static 키워드를 사용해서 Static 사용 가능
• C++/Java/Python/C#의 Method는 오직 Stack-Dynamic local 변수만 가지고 있다.

In mode : Argument가 Formal Parameter로 가는 것 (Caller -> Called)

Out mode : 반대 (Return과 2-way parameter) - Inout mode : In mode 와 Out mode 모두 사용

Copy : 값을 복사하는 것. (값이 작을 때, Copy, Pass의 속도는 비슷하지만 1way인 Copy가 더 빠름)

Pass : 주소 값을 넘겨주는 것. (가리키는 값이 클 때 유용)
=> 이론적 방식은 3x2=6가지 / 주로 In은 Copy로 Inout은 Pass로 자주 쓴다.

---

대부분 언어에서의 parameter communication은 run-time Stack을 통해 이루어진다. 

Pass by reference는 stack에 주소만 넣으면 된다. (가장 간단한 방법)

• C : 기본적으로 Pass by value / Pass by reference는 pointer를 parameter로 이용
• C++ : 기본적으로 Pass by value / Pass by reference는 pointer/reference type을 parameter로 이용
• Java : 모든 primitive type parameter는 Pass by value / object parameter는 Pass by reference
• Python : Pass by assignment (변경이 가능한 object는 by reference, 변경 불가능한 object는 by value)
• C# : 기본적으로 Pass by value / Pass by reference는 ref 키워드를 통해 이용

---

Type Checking

• Formal parameter에 선언한 type을 actual argument로 넘겨줄 때 -> Reliability가 높아진다.
• C/C++ : Type checking을 한다. (Strong 하지는 않음.)
• Java : 모든 parameter에 대해 검사를 한다.
• 비교적 최신 언어인 Perl/JavaScript/PHP : type checking을 요구하지 않는다.
• Python/Ruby : 변수의 type이 없기 때문에 type checking이 불가능하다.

---

Multidimensional Arrays as Parameters

다차원 배열이 Subprogram으로 전달되면 Subprogram은 별도로 컴파일된다면, 

컴파일러는 storage mapping function을 구축하기 위해 배열의 선언된 크기를 알아야 한다.

---

Parameter Passing의 디자인 고려사항

• Efficiency (효율성) by reference가 좋다. (integer 1개의 경우 value, reference는 효율성이 같다. size가 크면 reference가 좋다.)
• Reliability (One-way or Two-way data transfer) (신뢰성) by value가 좋다. (reference는 aliasing이 생길 수 있다.)

---

Subprogram의 parameter로 subprogram이 가능한? 

함수의 파라미터로 함수가 가능한가?

• C – X
• C++ - X
• Java - X
• Python – O

(C/C++은 함수 포인터는 가능)

(Java는 Interface 안에 함수를 정의하고 Interface를 넘겨줌)

---

 

특정 함수를 간접적으로 호출하는 방식

실행 전까지는 정확히 어떤 Subprogram이 실행되는지 알 수 없는 여러 Subprogram을 호출해야 할 때 사용

예시 : Event handling / GUIs / C/C++은 함수 포인터를 통해 이루어진다.

---

Design Issue for Functions

Side Effect를 허용할 것인지? (없애기 위해서는 항상 in mode이어야 한다. Ex. Ada)

Return 값으로 어떤 type을 허용할 것인지?

• 대부분의 명령형(Imperative) 언어는 return type을 제한한다.
• C는 배열과 함수를 제외한 모든 type
• C++은 C와 같지만 User-defined type도 가능
• Java/C#의 Method는 모든 type이 가능 (Method 자체는 type이 아니므로 불가능)
• Python/Ruby는 Method를 일급 객체(first-class object=대입문, parameter, return값)로 취급하므로 return 가능

---

Overloaded Subprograms

같은 이름의 함수를 매개변수를 다르게 줘서 중복으로 쓸 수 있는 것

overloaded subprogram의 모든 버전을 각각 다른 protocol을 가져야 한다.

C는 지원 X

C++, Java는 지원

Python은 중복된 것을 만들면 그 전의 것은 사라진다. = 지원 X

---

Generic Subprogram

= polymorphic subprogram

 

지원 여부

• C – X
• C++ - O
• Java – O
• Python – X

다른 activation에서 다른 type의 parameter를 받는다.

Parametric polymorphism = 매개변수 다향성

Subtype polymorphism = T type의 변수는 T type 객체 혹은 T로부터 상속받은 어느 객체든지 접근할 수 있다.

Overloaded subprogram은 ad hoc polymorphism이라고 한다. 
(매개변수가 다르기 때문에 완전히 같지는 않지만 다향성을 가진다.)

 

User-Defined Overloaded Operator : C++/Python이 지원

---

Closures

4개 중에 Python만 지원

 

Subprogram과 해당 프로그램이 정된 Referencing Environment

Nested function : Python 가능 / C 불가능

makeAdder(10); [ 10 -> x ]

add10(20); [ 20 -> y ]

 

 

---

Coroutines

= symmetric control

4개 중에 Python만 지원

 

여러 entries를 가지고 있고 직접 entry를 제어하는 Subprogram

coroutine call : ‘resume’

coroutine의 첫 resume은 시작점으로 이동하지만 이후의 호출은 마지막으로 실행된 다음 문장으로 진입

coroutine은 서로 반복적으로 resume 가능, 영원히 가능

프로그램 단위(coroutine)의 quasi-concurrent execution을 제공한다. 실행은 교차되지만 겹치지 않는다.