函数：广搜定义与深搜实现

本篇谈及以下内容：

1.函数调用树与代码跳转，调用展开成递归

2.深搜与广搜的优劣，栈与队列的选择

3.静态链与动态链

4.异常的处理

5.内存管理：栈与堆的设计语义

6.泛化栈与堆的设计

 

1.函数调用树

函数的全部调用组成一棵调用树，

每个叶节点代表调用的终结条件，或自身不含调用的函数，

父节点到子节点表示调用方进入被调用方

子节点到父节点表示调用完成的回溯

每个节点都需要有回溯动作（返回地址）

 

当我们定义一个函数时，通常是以广搜树的角度考虑的：

即：当前定义的函数顺序执行许多步骤，并且假定各个步骤保证其功能完成，而不是一直深究到最内嵌套函数的执行。

 

然而，程序执行时的顺序是按深搜树的遇到调用则展开，（保存返回地址）调用完成则回溯

 

所有递归都可以展开成迭代：

每次迭代的语义：

判断回溯或是调用

1.父——子：调用，得到被调方的代码地址，跳转

2.子——父：回溯，完成计算，取出保存的返回地址，跳转

 

无论是调用动作还是回溯动作，都是根据地址跳转。可见将递归展开实际上完成的是一次树的深搜遍历。

 

2.深搜与广搜的优劣，栈与队列的选择

深搜用栈实现，广搜用队列实现

栈的长度最长为调用深度（树高）这是栈实现调用的空间高效性的保证。

队列的长度最长为某个深度的节点总数（更精确的，是相邻两层的组合情况）

但是！上述还没有讨论需要回溯的情况。

当需要回溯时，队列需要维护整棵树，或者说，单个队列已经无法维护函数调用的语义了。

 

调用——回溯这两个动作与栈的入出完美的一致。

 

3.静态链与动态链

上文中没有区分开一个细节：一棵树是一次具体调用的实例，不同的调用产生的树不同。

 

每个节点都需要记录向上回溯的指针（指向父），这个指针的语义：

被调用方的返回地址=调用者的某个代码行

称为帧指针

要是一个函数还没结束，则都保留着帧指针

栈空间上保留着一条调用路径，栈1返回地址——栈2的帧（指向后序代码）——移动到栈2的结束——栈2的返回地址

这样构成的链就叫动态链（调用序列不可静态预测）

在树上表现为回溯边

 

 

静态链就比较简单了，取决于调用与被调的代码块嵌套关系（定义处与调用处不同）

在树上表现为一条路径上，重复出现的同函数名节点，下方的指向第一次出现位置（回向边）

 

静态链与动态链语义上截然不同（一个用于返回，一个用于查找外层变量）

在实现上有共同点，都是保留指针用于回溯：对于调用回溯，一个函数可能被各种函数调用；对于查找外层变量，外层函数可能被内层调用（做间接引用回到定义位置）

 

4.异常的处理

可能异常代码块，平行于处理异常代码块。这是个词法上(静态)的if not-else结构

 

但异常是在执行的过程中出现的，调用方会不会对错误有个更高抽象层次的分析？调用A失败了，推测导致异常的输入有可能存在某种规律（先验）

根据调用的顺序回溯（不同于动态链，中间穿插着处理函数）

 

所以异常是一种动态静态思想都有的设计

 

5.内存管理：栈与堆的设计语义

栈划分出一块空间（栈空间），具体由两两相邻的栈指针划分开

而回溯的访问机制甚至不需要知道所有的划分，而是只需要最后一次划分（保存，恢复栈指针）

如果用到的所有对象大小（形参+局部）大小确定，可以快速的划分与计算地址（偏移）

否则：

1.可变对象转化为：地址（大小一致）+内情向量（分配到堆上？）

2.两次划分，第一次划分出固定大小，第二次划分出可变大小

 

大小静态可知用于对齐？

 

堆：语义：生存周期跨作用域

垃圾回收：1.假定最后一个链接为硬链接。2.无可访问入口

6.泛化栈与堆的设计