コンパイラ 2011年11月14日 酒居敬一＠Ａ４６８(sakai.keiichi@kochi-tech.ac.jp) http://www.info.kochi-tech.ac.jp/k1sakai/Lecture/COMP/2011/index.html.

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1 コンパイラ 2011年11月14日 酒居敬一＠Ａ４６８(sakai.keiichi@kochi-tech.ac.jp)

2 例外処理 プログラムの実行中に発生した、例外的な事象を取り扱 うこと。 例外的な事象として、例えば次のようなもの。 例外処理の実装について。
例外的な事象に対処するために、大域的なジャンプにより、 例外処理プログラムに処理を移す。 例外的な事象として、例えば次のようなもの。 スタックのオーバーフロー セグメンテーション違反・nullポインタ例外 ０除算 例外処理の実装について。 プログラミング言語 ＯＳ プロセッサ

3 原始的な実装 ＯＳが存在していれば、ＯＳの例外処理機構を利用する。 プロセッサの例外処理機構を利用する。
各プロセスにシグナルとして実装されている。 例外の発生により、対応するシグナルハンドラが呼ばれる。 例外発生によりＯＳに処理が戻るとともにプロセスは停止し、 シグナルハンドラからプロセスの実行を再開する。 ＯＳの機能なので、システムコールで使える。 プロセッサが検出でき、ＯＳが受けた例外の一部しか対応できない。 プロセッサの例外処理機構を利用する。 例外の発生により、発生源に固有のアドレスへジャンプする。 たいていは、最低限のレジスタはスタックに退避してあるので、 原因を除去できれば復帰できる。 高級言語からの言語仕様の範囲内での利用は不可能。 言語拡張かアセンブリ記述を使うしかない。

4 例外処理の例（110ページ） class Example { public static void main(String[] args){
try{ method1(args); System.out.println("This Line is not executed."); } catch(Exception e){ // Exception （かその派生クラス）に関する例外ハンドラ System.out.println(e.getMessage()); static void method1(Object o){ synchronized(o){ method2(); staic void method2(){ throw (new Exception("Jump To Handler.")); // 例外発生源

5 例外処理の実行手順 例外発生により、すぐに大域的ジャンプが発生するのではない。
｛20行目で例外が生成され投げられたので、20行目を検査すると try ブロッ クの中にはない。よって、｝ methdo2() から抜けて呼び出し元に戻る。 ｛呼び出し元の14行目を検査すると、14行目が try ブロックの中にはない。 ただし、synchronized ブロックの中にあるので、いきなり呼び出し元にに戻 るわけにはいかない。13行目で synchronized ブロックに突入する際に、指 定した変数 o が参照するインスタンスの排他制御権を確保したので、例外 処理とはいえども、確保した排他制御権を synchronized ブロックから抜ける ときに開放するべきである。よって、｝ 呼び出し元の14行目に着いたら排他 制御権を開放し、続いて呼び出し元に戻る。 ｛呼び出し元の4行目を検査すると、try ブロックの中にあり、後続のcatch 節は7行目にある。よって、｝呼び出し元の4行目に着いたら catch 節のある 7行目にジャンプし、投げられた例外が7行目の catch 節において捕捉すべ きインスタンスか検査する。結果として捕捉すべき例外でることから、8行目 にある例外処理を行う。

6 例外処理のコンパイル法 コンパイル時に実行できる部分 実行時にしか実行できない部分。 中括弧で囲んだ部分。
try ブロックや synchronized ブロックの中にあるかどうか は、構文解析すればわかる。 コンパイル時にできる検査はあらかじめ済ませておき、実行時に しか実行できないコードを出力する。 実行時にしか実行できない部分。 中括弧の外側。 戻る・捕捉するといった分岐・条件分岐。 プログラマが思うところで、例外処理できる。 インスタンスの実行時の型の検査。 プログラマが例外を自由に設計できる。

7 例外処理のコード生成 ソースコード中の例外の発生源となりうる場所について、 取るべき動作を決める。 決めた動作に基づいてコードを生成する。
ソースコード中の例外の発生源となりうる場所について、 取るべき動作を決める。 発生源としては throw の他にメソッド呼び出しも考慮する。 呼び出した先から捕捉されなかった例外が伝播してくる。 例外発生場所に基づき、取るべき動作を決定する。 try ブロックの中では、対応する catch の検査・分岐。 synchronized ブロックの中では、排他制御権の開放。 メソッドから呼び出し元に例外処理として戻る。 決めた動作に基づいてコードを生成する。 メソッドから戻ったとき、通常処理か例外処理の区別。 通常通り戻るか、例外を捕捉・伝播する。

8 ２返戻値法による実装 メソッドの返戻値を２つとする方法。 通常処理と例外処理のフローが一時重なることが問題 メソッドの定義で明示した戻り値。
例外発生フラグ。 メソッド呼び出し直後に、フラグを調べ、対応する例外処理を行う。 例外の伝播：　メソッドから抜けて呼び出し元に戻る。 例外の捕捉：　対応する catch 節にジャンプする。 通常処理と例外処理のフローが一時重なることが問題 呼び出し直後でフラグでフローを分離する処理コスト。 通常処理フローの中から例外処理を分離する非合理さ。 そもそも、例外処理を通常処理フローに合流しなければ発生しない。

9 説明用プログラムの共通定義 例外を処理する関数へのポインタを定義。
発生した例外に対応する処理関数への参照を そのポインタに代入することで実装する。 ２値返戻法では、メソッド（関数）の実行ごとに検査。 表引き法では、戻り番地から例外処理を引き出す。 struct ExecEnv { // スレッド固有の資源を収める構造体 　 … void *exception; // 例外発生フラグ。発生した例外への参照 }; #define exceptionOccurred(ee) ((ee)->exception != NULL) #define excpetionThrow(ee, obj) ((ee)->exception = obj) #define exceptionClear(ee) ((ee)->exception = NULL)

10 void Example8_main(ExecEnv *ee, void *args){
Example8_method1(ee, args); if(exceptionOccured(ee)){ goto CATCH; } println(ee, System.out, "This Line is not executed."); NORMAL_EXIT: return; CATCH: { void *object = ee->exception; if(is_instance_of(object, Exception, ee)){ exceptionClear(ee); println(ee, System.out, getMessage(ee, object)); goto EXCEPION_EXIT; goto NORMAL_EXIT; EXCEPTION_EXIT:

11 void Example8_method1(ExecEnv *ee, void *o){
EnterSynchronizedBlock(o); if(exceptionOccured(ee)){ goto EXCEPTION_EXIT; } Example_method2(ee); goto SYNCHRONIZED_BLOCK_EXCEPTION_EXIT; println(ee, System.out, "This Line is not executed."); ExitSynchronizedBlock(o); return; SYNCHRONIZED_BLOCK_EXCEPTION_EXIT; EXCEPTION_EXIT: void Example8_method2(ExecEnv *ee){ void *object = newInstance(ee, Exception); if(exceptionOccured(ee)){ goto EXCEPTION_EXIT; } Exception_init(ee, object, "Jump to Handler."); exceptionThrow(ee, object); EXCEPTION_EXIT: return;

12 表引き法による実装 メソッドからの戻りを例外の場合はreturnで処理しない。 例外発生のときの戻り番地をあらかじめ知る方法を用意。
フラグで分離した先へ goto でもってメソッドから戻る。 例外発生のときの戻り番地をあらかじめ知る方法を用意。 通常の戻り先をキーに、例外処理の分岐先を取り出す。 戻り番地 例外発生時の戻り番地 3 6 4 12 15 21 27 22 25 23 24 33 36 34

13 呼ばれた関数の スタックフレーム 戻り番地 ee 呼んだ関数の スタックフレーム args プログラム中のどこから来たか？ という情報よりも
どこへ戻るのか？ という情報を使う。 それは、戻り番地は暗黙的に渡されているため、 特別に処理しなくても獲得できる情報だから。 ← TOS 呼ばれた関数の スタックフレーム 呼んだ関数の スタックフレーム 戻り番地 ee args void Example8_main(ExecEnv *ee, void *args){ Example8_method1(ee, args); println(ee, System.out, "This Line is not executed."); NORMAL_EXIT: return; CATCH: { void *object = ee->exception; if(is_instance_of(object, Exception, ee)){ exceptionClear(ee); println(ee, System.out, getMessage(ee, object)); goto NORMAL_EXIT; } EXCEPTION_EXIT: goto (lookUpReturnAddressInException(returnAddress());

14 void Example8_method1(ExecEnv *ee, void *o){
EnterSynchronizedBlock(o); Example_method2(ee); println(ee, System.out, "This Line is not executed."); ExitSynchronizedBlock(o); return; SYNCHRONIZED_BLOCK_EXCEPTION_EXIT; EXCEPTION_EXIT: goto (lookUpReturnAddressInException(returnAddress()); } void Example8_method2(ExecEnv *ee){ void *object = newInstance(ee, Exception); Exception_init(ee, object, "Jump to Handler."); exceptionThrow(ee, object);

15 Null Pointer Exception
実行時例外のいくらかはプロセッサが検出できる セグメンテーション違反（IA-32では、一般保護例外） ページ不在例外 ０除算例外 バスエラー（IA-32では、一般保護例外） プロセッサが検出できるものについては、検査コードを 生成しないで、シグナルなどを経由してプロセッサから 例外を受け取る。 null pointer は特定のアドレス値に設定してある。 その番地を｛コード｜データ｝セグメントに入れないでおく。 ページ管理表で、その番地を含むページを不在状態にしておく。

16 ページングとセグメンテーションは組み合わされることが多い
[Intel, ``Software Developer Manual’’] ページングとセグメンテーションは組み合わされることが多い