4. Стек вычислений

Несмотря на то, что большинство современных процессоров для организации вычислений используют регистры, в виртуальной системе выполнения вместо регистров применяется стек вычислений. Это связано, скорее всего, с тем, что стековые вычисления достаточно легко можно отобразить на регистры процессора, так как модель, использующая стек, более абстрактна, чем регистровая модель.

Стек вычислений в VES состоит из слотов. При этом глубина стека (максимальное количество слотов) всегда ограничена и задается статически в заголовке метода. Решение ограничить глубину стека было принято разработчиками спецификации CLI для того, чтобы облегчить создание JIT-компиляторов.

На входе метода стек вычислений всегда пуст. Затем он используется для передачи операндов инструкциям CIL, для передачи фактических параметров вызываемым методам, а также для получения результатов выполнения инструкций и вызываемых методов. Если метод возвращает какое-то значение, то оно кладется на стек вычислений перед завершением метода.

Важной особенностью организации стека вычислений является то обстоятельство, что его слоты не адресуются, то есть мы не можем получить указатель на какой-либо слот и записать в него значение.

Каждый слот стека вычислений может содержать ровно одно значение одного из следующих типов:

• int64 – 8-байтовое целое со знаком;

• int32 – 4-байтовое целое со знаком;

• native int – знаковое целое, разрядность которого зависит от аппаратной платформы (может быть 4 или 8 байт);

• F – число с плавающей точкой, разрядность которого зависит от аппаратной платформы (не может быть меньше 8 байт);

• & – управляемый указатель;

• 0 – объектная ссылка (не 0, а буква);

• Пользовательский тип-значение.

Таким образом, слоты стека вычислений могут иметь различный размер в зависимости от типов записанных в них значений. Также мы можем видеть, что допустимые типы значений для стека вычислений не совпадают с общей системой типов CTS. Например, в CTS существуют целые типы разрядности 1 и 2 байта, которые не могут содержаться на стеке вычислений. И наоборот, тип F стека вычислений не имеет аналога в CTS. Кроме того, для стека вычислений все управляемые указатели и объектные ссылки отображаются в два типа: & и O соответственно.

Давайте обсудим, как в VES осуществляется работа с типами данных, не поддерживаемыми напрямую стеком вычислений.

• Во-первых, короткие целые типы (bool, char, int8, int16, unsigned int8, unsigned int16) при загрузке на стек вычислений расширяются до int32. При этом знаковые короткие целые типы (int8, int16) расширяются с сохранением знака, а беззнаковые расширяются путем добавления нулевых битов. При сохранении значения со стека вычислений в переменной, параметре, поле объекта или элементе массива происходит обратное сужающее преобразование.

• Во-вторых, беззнаковый тип unsigned int32 при загрузке на стек вычислений становится знаковым int32, и аналогично, беззнаковый unsigned int64 становится знаковым int64. При этом, естественно, никаких преобразований не происходит – просто последовательность бит, которая раньше считалась беззнаковым целым, копируется на стек вычислений.

• В-третьих, типы float32 и float64 при копировании на стек вычислений преобразуются к типу F. Разрядность этого типа определяется конкретной реализацией CLI, которая, однако, должна гарантировать, что точность типа F не ниже, чем точность типа float64.

• В-четвертых, типы-перечисления при копировании на стек вычислений автоматически превращаются в целые типы. Вообще, VES устроена таким образом, что типы-перечисления и целые типы являются совместимыми по присваиванию. Этим они отличаются от обычных типов-значений, которые при копировании на стек сохраняют свой тип и не совместимы с целыми типами.