GNAT: The GNU Ada Compiler

268 Pages·2012·1 MB·English

GNAT: The GNU Ada Compiler
June, 2004
Copyright (C) Javier Miranda and Edmond Schonberg
[email protected], [email protected]
Applied Microelectronics Research Institute
University of Las Palmas de Gran Canaria
Canary Islands
Spain
Computer Science Department
New York University
U.S.A.
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Foundation raise funds for GNU development.(cid:148)
ii
Contents
I First Part: Introduction 7
1 The GNATProject 9
1.1 GCC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.2 TheGNATCompiler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.3 CompilationModel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.3.1 TraditionalCompilationModel . . . . . . . . . . . . . . 13
1.3.2 GNATCompilationModel . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.4 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2 OverviewoftheFront-end Architecture 19
2.1 TheScanner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.2 TheParser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.2.1 TheAbstractSyntaxTree . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.3 TheSemanticAnalyzer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.4 TheExpander . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.5 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3 Error Recovery 31
3.1 ScannerError Recovery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.1.1 UseoftheCasingofIdenti(cid:2)ers . . . . . . . . . . . . . . 32
iii
iv CONTENTS
3.2 Parser ErrorRecovery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.2.1 TheParserScope-Stack . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.2.2 Example1: Useofindentation . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.2.3 Example2: HandlingSemicolonUsedinPlace of’is’ . . 34
3.2.4 Example3: Handling’is’UsedinPlace ofSemicolon . . 36
3.3 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
II Second Part: Semantic Analysis 39
4 Scopes andVisibility 41
4.1 FlagsandDataStructures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
4.2 AnalysisofRecords,TasksandProtectedTypes.. . . . . . . . . . 45
4.3 AnalysisofPackages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4.4 AnalysisofPrivateTypes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4.4.1 PrivateEntitiesVisibility . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
4.4.2 PrivateTypeDeclarations . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
4.4.3 Deferred ConstantsandIncompleteTypes . . . . . . . . . 51
4.4.4 LimitedTypes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4.4.5 AnalysisofChildUnits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4.4.6 AnalysisofSubunits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
4.5 NameResolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
4.6 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
5 OverloadResolution 55
5.1 ResolutionAlgorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
5.1.1 AdditionalDetailsfortheBottom-UpPass . . . . . . . . 57
CONTENTS v
5.1.2 DataStructures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
5.1.3 AdditionalDetailsfortheTop-DownPass . . . . . . . . . 60
5.2 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
6 AnalysisofDiscriminants 63
6.1 AnalysisofDiscriminants. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
6.2 AnalysisofDiscriminantsinDerivedTypes . . . . . . . . . . . . 67
6.3 Discriminals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
6.4 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
7 Generic Units 71
7.1 GenericUnits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
7.1.1 AnalysisofGenericUnits . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
7.1.2 InstantiationofGeneric Units . . . . . . . . . . . . . . . 75
7.1.3 Parameter Matching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
7.1.4 PrivateTypes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
7.2 NestedGenericUnits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
7.2.1 AnalysisofNestedGeneric Units . . . . . . . . . . . . . 80
7.2.2 InstantiationofNestedGenericUnits . . . . . . . . . . . 81
7.3 GenericChildUnits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
7.3.1 AnalysisofGenericChildUnits . . . . . . . . . . . . . . 84
7.3.2 InstantiationofChildGenericUnits . . . . . . . . . . . . 85
7.4 DelayedInstantiationofBodies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
7.5 DetectionofInstantiationCircularities . . . . . . . . . . . . . . . 90
7.6 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
8 Freezing Analysis 93
vi CONTENTS
8.1 Freezing TypesandSubtypes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
8.2 Freezing Expressions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
8.3 Freezing Objects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
8.4 Freezing Subprograms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
8.5 Freezing Packages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
8.6 Freezing GenericUnits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
8.7 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
III Third Part: Expansion 99
9 Expansion ofTasks 101
9.1 TaskCreation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
9.2 TaskTermination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
9.3 TaskAbortion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
9.4 ExpansionofTaskTypeDeclarations. . . . . . . . . . . . . . . . 104
9.5 TaskBodyExpansion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
9.6 ExampleofTaskExpansion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
9.7 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
10 Expansion ofRendezvous andrelated Constructs 109
10.1 EntryIdenti(cid:2)cation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
10.2 Entry-CallExpansion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
10.2.1 ExpansionofSimpleEntry-Calls . . . . . . . . . . . . . 112
10.2.2 ExpansionofConditionalandTimedEntry-Calls . . . . . 112
10.3 AsynchronousTransferofControl . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
10.3.1 ATCImplementationModels . . . . . . . . . . . . . . . . 114
CONTENTS vii
10.3.2 ExpansionofATC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
10.4 ExpansionofAcceptStatements . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
10.4.1 SimpleAcceptExpansion . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
10.4.2 TimedandSelectiveAccept . . . . . . . . . . . . . . . . 118
10.4.3 CountAttributeExpansion . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
10.5 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
11 Expansion ofProtected Objects 121
11.1 TheProxyModel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
11.1.1 Implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
11.2 ExpansionofProtectedTypes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
11.2.1 ExpansionofProtected-TypeSpeci(cid:2)cation . . . . . . . . 125
11.2.2 ExpansionofProtectedSubprograms . . . . . . . . . . . 127
11.2.3 ExpansionofEntryBarriers . . . . . . . . . . . . . . . . 129
11.2.4 ExpansionofEntrybodies . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
11.2.5 TabletoBarriersandEntry-Bodies . . . . . . . . . . . . . 130
11.2.6 ExpansionofEntryFamilies . . . . . . . . . . . . . . . . 130
11.3 Optimizations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
11.4 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
12 Expansion ofControlled-Types 133
12.1 ImplementationOverview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
12.1.1 ExceptionalBlockExit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
12.1.2 FinalizationofAnonymousObjects . . . . . . . . . . . . 136
12.1.3 FinalizationofDynamicallyAllocatedObjects . . . . . . 136
12.1.4 ProblemsRelatedtoMutableObjects . . . . . . . . . . . 137
12.1.5 ControlledClass-WideObjects . . . . . . . . . . . . . . . 137
viii CONTENTS
12.2 ExpansionActivitiesforControlled-Types . . . . . . . . . . . . . 138
12.2.1 ExpansionofAssignment . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
12.2.2 ExpansionofAnonymousControlledObjects . . . . . . . 140
12.2.3 ObjectswithControlledComponents . . . . . . . . . . . 141
12.3 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
13 Expansion ofTagged-Types 145
13.1 TaggedandPolymorphicObjects . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
13.2 TheDispatchTable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
13.3 PrimitiveOperations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
13.4 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
IV Fourth Part: Run-Time 155
14 Tasking 157
14.1 TheAdaTaskControlBlock . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
14.2 TaskStates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
14.3 TaskCreationandTermination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
14.4 Run-TimeSubprogramsfor TaskCreationandTermination . . . . 163
14.4.1 GNARL.Enter Master . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
14.4.2 GNARL.Create Task . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
14.4.3 GNARL.Activate Tasks . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
14.4.4 GNARL.Tasks Wrapper . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
14.4.5 GNARL.Complete Activation . . . . . . . . . . . . . . . 168
14.4.6 GNARL.Complete Task . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
14.4.7 GNARL.Complete Master . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
CONTENTS ix
14.5 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
15 The Rendezvous 171
15.1 TheEntry-CallRecord . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
15.2 EntriesandQueues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
15.3 Accepted-CallsStack . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
15.4 SelectiveAccept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
15.5 Run-TimeRendezvousSubprograms . . . . . . . . . . . . . . . . 176
15.5.1 GNARL.Call Simple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
15.5.2 GNARL.Call Synchronous . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
15.5.3 GNARL.Task Do Or Queue . . . . . . . . . . . . . . . . 177
15.5.4 GNARL.Task Entry Call . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
15.5.5 GNARL.Accept Trivial . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
15.5.6 GNARL.Accept Call . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
15.5.7 GNARL.Complete Rendezvous . . . . . . . . . . . . . . 178
15.5.8 GNARL.Exceptional Complete Rendezvous . . . . . . . 178
15.5.9 GNARL.Selective Wait . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
15.5.10GNARL.Task Count . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
15.6 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
16 Protected Objects 181
16.1 TheLock . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
16.2 Run-TimeSubprograms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
16.2.1 GNARL.Protected Entry Call . . . . . . . . . . . . . . . 182
16.2.2 GNARL.PO Do Or Queue . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
16.2.3 GNARL.Service Entries . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
16.3 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
x CONTENTS
17 Time andClocks 187
17.1 DelayandDelayUntilStatements . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
17.2 TimedEntryCall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
17.3 TimedSelectiveAccept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
17.4 Run-TimeSubprograms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
17.4.1 GNARL.Timed Delay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
17.5 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
18 Exceptions 193
18.1 DataStructures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
18.1.1 Exception Id . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
18.1.2 TheExceptionsTable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
18.2 Run-TimeSubprograms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
18.2.1 GNARL.Raise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
18.3 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
19 Interrupts 197
19.1 POSIX Signals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
19.1.1 ReservedSignals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
19.2 DataStructures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
19.2.1 InterruptsManager: BasicApproach . . . . . . . . . . . . 202
19.2.2 Server Tasks: BasicApproach . . . . . . . . . . . . . . . 203
19.2.3 Interrupt-ManagerandServer-TasksIntegration . . . . . . 203
19.3 Run-TimeSubprograms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
19.3.1 GNARL.Install Handlers . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
19.3.2 GNARL.Attach Handlers . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
19.4 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208