스택을 사용하여 함수 호출 의미를 나타내는 대안은 무엇입니까?

우리는 함수 호출이 일반적으로 스택을 사용하여 구현된다는 것을 알고 사랑합니다. 프레임, 리턴 주소, 매개 변수, 전체 로트가 있습니다.

그러나 스택은 구현 세부 사항입니다. 호출 규칙은 다른 작업을 수행 할 수 있습니다 (예 : x86 빠른 호출은 (일부) 레지스터를 사용하고, MIPS 및 팔로어는 레지스터 창을 사용하는 등), 최적화는 다른 작업 (인라인, 프레임 포인터 생략, 테일 콜 최적화.).

물론 많은 머신 (JVM 및 CLR과 같은 VM과 PUSH / POP 등의 x86과 같은 실제 머신)에 편리한 스택 명령이 있기 때문에 함수 호출에 편리하게 사용할 수 있지만 경우에 따라 가능합니다. 콜 스택이 필요하지 않은 방식으로 프로그래밍하기 (여기서는 Continuation Passing Style 또는 메시지 전달 시스템의 Actors에 대해 생각하고 있습니다)

그래서 궁금해지기 시작했습니다. 다른 데이터 구조 (대기열 또는 아마도 연관 맵을 사용하여) 또는 스택없이 함수 호출 의미를 구현할 수 있습니까?
물론 스택이 매우 편리합니다 (유비쿼터스 인 이유가 있습니다).하지만 최근에 구현을 통해 궁금해졌습니다.

언어 / 기계 / 가상 기계에서 수행 된 적이 있는지, 그렇다면 현저한 차이점과 단점은 무엇입니까?

편집 : 내 직감은 다른 하위 계산 방식이 다른 데이터 구조를 사용할 수 있다는 것입니다. 예를 들어, 람다 미적분학은 스택 기반이 아니며 (함수 적용 개념은 축소에 의해 포착 됨) 실제 언어 / 기계 / 예제를보고있었습니다. 그래서 내가 묻는 이유는 ...

언어에 따라 호출 스택을 사용하지 않아도됩니다. 콜 스택은 재귀 또는 상호 재귀를 허용하는 언어로만 필요합니다. 언어가 재귀를 허용하지 않는 경우, 한 번에 하나의 프로 시저 호출 만 활성화 될 수 있으며 해당 프로 시저에 대한 로컬 변수가 정적으로 할당 될 수 있습니다. 이러한 언어는 인터럽트 처리를 위해 컨텍스트 변경을 제공해야하지만 여전히 스택이 필요하지는 않습니다.

호출 스택이 필요없는 언어의 예는 FORTRAN IV (이전) 및 COBOL 초기 버전을 참조하십시오.

호출 스택에 대한 직접적인 하드웨어 지원을 제공하지 않은 초기 슈퍼 컴퓨터의 예는 Control Data 6600 (및 이전 Control Data 시스템)을 참조하십시오. 콜 스택을 지원하지 않는 초기 미니 컴퓨터의 성공적인 예는 PDP-8을 참조하십시오.

내가 아는 한, Burroughs B5000 스택 머신은 하드웨어 콜 스택이있는 최초의 머신이었습니다. B5000 머신은 처음부터 ALGOL을 실행하도록 설계되었으므로 재귀가 필요했습니다. 또한 기능 아키텍처의 토대를 마련한 최초의 디스크립터 기반 아키텍처 중 하나를 보유했습니다.

내가 아는 한, MIT의 해커 커뮤니티가 하나를 전달하고 PUSHJ (Push Return Address and Jump) 작업을 발견했을 때 콜 스택 하드웨어를 대중화 한 것은 PDP-6 (DEC-10으로 성장)이었습니다. 십진수 인쇄 루틴을 50 명령어에서 10으로 줄였습니다.

재귀를 허용하는 언어에서 가장 기본적인 함수 호출 시맨틱은 스택과 잘 일치하는 기능이 필요합니다. 그게 전부라면 기본 스택은 훌륭하고 간단합니다. 그 이상이 필요한 경우 데이터 구조가 더 많은 일을해야합니다.

내가 더 많이 경험 한 가장 좋은 예는 "연속", 중간에 계산을 일시 중단하고 얼어 붙은 상태의 거품으로 저장 한 후 나중에 여러 번 다시 시작하는 기능입니다. LISP의 Scheme dialect에서 계속되는 오류는 무엇보다도 오류 엑시트를 구현하는 방법으로 널리 사용되었습니다. 계속하려면 현재 실행 환경의 스냅 샷 기능을 필요로하며 나중에이를 재현해야하므로 스택이 다소 불편합니다.

Abelson & Sussman의 "컴퓨터 프로그램의 구조 및 해석" 은 연속에 대해 자세히 설명합니다.

일종의 스택을 사용하지 않고 함수 호출 의미론을 구현할 수 없습니다. 단어 게임 만 할 수 있습니다 (예 : "FILO return buffer"와 같은 다른 이름 사용).

함수 호출 시맨틱 (예 : 연속 전달 스타일, 액터)을 구현하지 않는 것을 사용하고 그 위에 함수 호출 시맨틱을 빌드 할 수 있습니다. 그러나 이것은 함수가 반환 될 때 제어가 전달되는 위치를 추적하기 위해 일종의 데이터 구조를 추가하는 것을 의미하며 해당 데이터 구조는 스택 유형 (또는 다른 이름 / 설명이있는 스택)이됩니다.

모두 서로를 호출 할 수있는 많은 기능이 있다고 상상해보십시오. 런타임시 각 함수는 함수가 종료 될 때 어디로 돌아갈 지 알아야합니다. first전화 하면 second다음이 있습니다.

second returns to somewhere in first

그런 다음 second전화 third하면

third returns to somewhere in second
second returns to somewhere in first

그런 다음 third전화 fourth하면

fourth returns to somewhere in third
third returns to somewhere in second
second returns to somewhere in first

각 함수가 호출 될 때 더 많은 "반환 위치"정보를 어딘가에 저장해야합니다.

함수가 리턴하면 "반환 위치"정보가 사용되며 더 이상 필요하지 않습니다. 예를 들어, fourth어딘가 third로 되돌아 가면 "돌아가는 곳"정보의 양은 다음과 같습니다.

third returns to somewhere in second
second returns to somewhere in first

원래; "함수 호출 의미론"은 다음을 의미합니다.

• "반품 장소"정보가 있어야합니다
• 함수가 호출 될 때 정보의 양이 증가하고 함수가 반환 될 때 감소
• 저장된 "반환 위치"정보의 첫 번째 부분은 폐기 된 "반환 위치"정보의 마지막 부분입니다.

FILO / LIFO 버퍼 또는 스택에 대해 설명합니다.

트리 유형을 사용하려고하면 트리의 모든 노드에 둘 이상의 자식이 없습니다. 참고 : 여러 자식이있는 노드는 함수가 동시에 두 개 이상의 함수 를 호출하는 경우에만 발생할 수 있으며 , 이는 일종의 동시성 (예 : 스레드, fork () 등)이 필요하고 "함수 호출 의미"가 아닙니다. 트리의 모든 노드에 둘 이상의 자식이없는 경우 "트리"는 FILO / LIFO 버퍼 또는 스택으로 만 사용됩니다. FILO / LIFO 버퍼 또는 스택으로 만 사용되기 때문에 "트리"가 스택이라고 주장하는 것이 공정합니다 (단, 차이점은 단어 게임 및 / 또는 구현 세부 사항입니다).

"함수 호출 의미론"을 구현하는 데 사용될 수있는 다른 데이터 구조에도 동일하게 적용됩니다. 이는 스택으로 사용될 것입니다 (단, 차이점은 단어 게임 및 / 또는 구현 세부 사항입니다). "함수 호출 의미론"을 위반하지 않는 한. 참고 : 가능하다면 다른 데이터 구조에 대한 예제를 제공하지만 약간 그럴듯한 다른 구조는 생각할 수 없습니다.

물론 스택을 구현하는 방법은 구현 세부 사항입니다. 메모리 영역 ( "현재 스택 상단"을 추적하는 위치)이거나 일종의 링크 된 목록 ( "현재 목록의 현재 항목"을 추적하는 위치) 일 수 있습니다. 다른 방법으로. 하드웨어가 기본적으로 지원되는지 여부는 중요하지 않습니다.

참고 : 한 번에 하나의 프로 시저 호출 만 활성화 될 수있는 경우; "반환 할 위치"정보를위한 공간을 정적으로 할당 할 수 있습니다. 이것은 여전히 ​​스택입니다 (예 : FILO / LIFO 방식으로 사용되는 정적으로 할당 된 항목의 링크 된 목록).

또한 "함수 호출 의미론"을 따르지 않는 것이 있습니다. 이러한 것들은 "잠재적으로 매우 다른 의미론"(예를 들어 연속 통과, 행위자 모델); 또한 동시성 (스레드, 파이버 등), setjmp/ longjmp, 예외 처리 등과 같은 "함수 호출 의미"에 대한 일반적인 확장을 포함합니다 .

완구 연결 언어 XY 는 콜 큐와 데이터 스택을 사용하여 실행합니다.

모든 계산 단계는 단순히 다음에 실행될 단어를 정의하고 내장의 경우 내부 함수에 데이터 스택 및 콜 큐를 인수로 제공하거나 userdefs를 사용하여 단어를 큐의 맨 앞에 밀어 넣습니다.

따라서 상단 요소를 두 배로 늘리는 기능이 있다면 :

; double dup + ;
// defines 'double' to be composed of 'dup' followed by '+'
// dup duplicates the top element of the data stack
// + pops the top two elements and push their sum

그런 다음 구성 기능 +및 dup다음을 스택 / 큐 일반 서명 :

// X is arbitraty stack, Y is arbitrary queue, ^ is concatenation
+      [X^a^b Y] -> [X^(a + b) Y]
dup    [X^a Y] -> [X^a^a Y]

역설적으로 double다음과 같이 보일 것입니다.

double [X Y] -> [X dup^+^Y]

따라서 XY는 스택이 없습니다.