3.4.2. Generalidad. A partir de lo que acabamos de comentar deducimos que es necesario dotar a la Subrutina de cierta generalidad, de modo que una ...

3.4.2. Generalidad. A partir de lo que acabamos de comentar deducimos que es necesario dotar a la Subrutina de cierta generalidad, de modo que una misma tarea se realice con diferentes datos (parámetros). Además, ha de poder ser invocada en diferentes momentos (ha de poder ser llamada desde diferentes partes del programa principal); por lo que se hace necesaria una forma de pasar operandos y resultados. FIGURA 2. Llamada y retorno de subrutina. El proceso llamador, llama a la Subrutina, pasándole unos parámetros para que ésta realice los cálculos pertinentes y le devuelva un resultado; tras lo cual seguirá su ejecución. Por lo tanto, es necesario guardar la dirección de retorno (dirección desde donde se invocó la Subrutina), para poder volver a ese punto una vez finalice la ejecución de la Subrutina. La Figura 2 muestra este proceso. Atendiendo a definición de Subrutina, vemos que ésta debe poder ser llamada desde cualquier parte del código, incluso desde una Subrutina. Supongamos que durante la ejecución de un cierto código es invocada la Subrutina A. Se pasa a ejecutar el código correspondiente a dicha Subrutina, pero dentro de esta se llama a la Subrutina B (ver Figura 3). La ejecución de la Subrutina B ha de terminar para poder volver al punto en el que fue llamada y así seguir con la ejecución de la Subrutina A. Cuando ésta también termine, se vuelve al punto del proceso llamador desde el que se invocó. A esta posibilidad que se les da a las Subrutinas de llamarse unas dentro de otras se le denomina anidamiento de Subrutinas. Fijémonos que siempre ha de terminar primero la última que se llamó. La Figura 3 muestra las llamadas y ejecuciones de las Subrutinas A y B.. 3.4. SUBRUTINAS 101 FIGURA 3. Subrutinas anidadas. Veamos, a continuación, un ejemplo de escritura de una Subrutina y cómo es llamada desde cualquier parte del programa. Entre las instrucciones para el control de secuencia de un programa encontramos las correspondientes a la llamada y retorno de Subrutina. Atendiendo a los mnemónicos recomen- dados por la norma IEEE 694, éstas son: CALL etiqueta para la llamada, y RET para el retorno. La llamada a una Subrutina se muestra en la Tabla 18. TABLA 18. Llamada a subrutina InstrucciónA InstrucciónB CALL MISUBRUTINA InstrucciónC InstrucciónD · · · · · · CALL MISUBRUTINA InstrucciónJ · · · · · · CALL TUSUBRUTINA InstrucciónM · · · · · · END 102 3. LENGUAJE MÁQUINA Y ENSAMBLADOR El cuerpo de una Subrutina puede observarse en la Tabla 19. TABLA 19. Cuerpo de una Subrutina MISUBRUTINA Instrucción1 ;Cuerpo de la subrutina Instrucción2 · · · · · · InstrucciónN RET ;Pseudoinstrucción de finalización 3.4.3. Gestión de la Subrutina. 3.4.3.1. Dirección de retorno. En la llamada se utiliza una etiqueta, como se ha visto en la Tabla 18, en lugar de la dirección absoluta, ya que por lo general ésta será desconocida. El Ensamblador se encarga de traducir esta etiqueta al pasar del lenguaje ensamblador a lenguaje máquina, y sustituirla por la dirección correspon- diente (vease la Sección 3.5). Fijémonos que en el momento de la llamada, ha de guardarse el valor que en ese momento tiene el Contador de Programa (PC), ya que este regis- tro tiene la dirección de la siguiente instrucción a ejecutar. Esta dirección, que llamaremos dirección de retorno, es la que nos permitirá retomar la ejecución en el punto que le corresponde, una vez terminada la Subrutina. Después de salvar el valor del PC, se carga en éste la dirección de la Subru- tina en sí; dirección que, como decíamos, viene indirectamente especificada a través de la etiqueta. Con la nueva dirección (la de la Subrutina) cargada en el PC, se lleva a cabo la ejecución de las instrucciones que la componen, hasta llegar a la última: RET. Es el momento de volver al punto en el que se llamó, pero ¿cuál es éste? Ya hemos tenido en cuenta que la dirección de retorno ha de guardarse antes de pasar a ejecutar la Subrutina, pero ¿dónde está este valor? Hemos pasado por encima este detalle que ahora veremos, resulta ser importante. Analizamos las diferentes opciones: 2 ¿En memoria? No parece buena idea guardar la dirección de re- torno en memoria, ya que RET no toma parámetros, por lo que no puede indicar dónde está guardado. 2 ¿En un registro? Podríamos definir un registro que se utilice para esto, siempre el mismo, de modo que no necesite direccionarse; pero el uso de un único registro impediría el anidamiento de Su- brutinas, por lo que también lo descartamos. 3.4. SUBRUTINAS 103 2 ¿En la pila? Aunque la pila es parte de la memoria, tiene sus parti- cularidades: funciona como una estructura LIFO (Last Imput First Output) y la posición del último elemento (Top Of Stack, TOS) está siempre apuntada por el Puntero de Pila (Stack Pointer, SP), que se actualiza automáticamente. La pila empieza al final de la memoria y crece hacia posiciones inferiores; de modo que el SP decrementa su valor cada vez que se introduce un elemento en la pila, y lo in- crementa cuando sale. Por lo tanto, la pila parece el lugar ideal para guardar la dirección de retorno, ya que el funcionamiento como LI- FO es el adecuado para el anidamiento de Subrutinas y su dirección está siempre disponible, sin necesidad de que se especifique. Esta última opción parece la más adecuada, pero hay que prestar atención a un detalle: la pila puede utilizarse durante la ejecución de una Subrutina. Es responsabilidad del programador que al término de la Subrutina la pila quede como estaba al principio, para garantizar el correcto funcionamiento del anidamiento. 3.4.3.2. Paso de parámetros. En la definición de la Subrutina ha de especificarse qué parámetros se van a pasar y en qué orden, de qué tipo son, si se van a pasar por valor (el parámetro) o por referencia (la dirección del mismo) y dónde se dejarán. De manera análoga a lo visto para la dirección de retorno, también podríamos plantearnos el paso de parámetros a través de memoria, de registros o de la pila. 2 Paso de parámetros a través de registro Funcionamiento: el programa llamador y el llamado asumen que los pará- metros se almacenan en ciertos registros específicos. Antes de la instrucción de llamada, el programa llamador deposita los valores pertinentes en estos registros y tras la llamada, la Subrutina comienza a procesarlos directamen- te. La desventaja está en el número limitado de registros de propósito gene- ral, que hace este método muy eficiente con Subrutinas con pocos paráme- tros y un único resultado (ya que el procesador no requiere almacenar datos en memoria), pero inviable en el caso general. 2 Paso de parámetros a través de memoria Se define una zona de memoria conocida tanto para el programa llamador como para el llamado y en ella se depositan los parámetros y resultados para su intercambio. 104 3. LENGUAJE MÁQUINA Y ENSAMBLADOR Esta opción es apta para un número arbitrario de parámetros, ya que a diferencia del paso a través de registro, no hay limitaciones de espacio. Sin embargo, se requieren múltiples espacios de parámetros para posibilitar las Subrutinas anidadas y estas zonas han de estar previamente definidas y reservadas para este fin. 2 Paso de parámetros a través de la pila Parámetros y resultados son valores temporales que sólo tienen vigencia en un periodo concreto; por lo que sería más eficiente reservar el espacio de manera dinámica, tal y como sucede en la pila. Además, el orden de crea- ción y destrucción de estos parámetros en llamadas anidadas es el adecuado para los mecanismos de gestión de la pila. Siendo conocido el orden de almacenamiento en la pila de parámetros, espacios para resultados, etc. el problema es cómo acceder a los diferentes puntos de esta zona de parámetros. La cuestión no es baladí, ya que aunque en principio pensaríamos en el direccionamiento indexado (sec:ModosDir) haciendo uso del registro SP (SP + desplazamiento), no debemos olvidar que la pila puede sufrir modificaciones durante la ejecución de la Subrutina, por lo que no está garantizado que el valor SP tenga un valor constante durante el proceso. Es decir, parece que la pila es el lugar idóneo para el intercambio de parámetros y resultados; parece también que el direccionamiento indexado podría ser adecuado, pero se hace patente la necesidad de definir una estruc- tura y una forma de referenciarla; lo que nos lleva al bloque de activación y su puntero. 3.4.3.3. Bloque de activación . En el momento de hacer la llamada a la Subrutina, se copian en la pila la dirección de retorno, los parámetros, los valores de los registros que se utilizarán durante la ejecución de la Subrutina y se dejan también posicio- nes libres necesarias para gestionar la ejecución de la misma (para variables locales, parámetros temporales o resultados parciales). Para