О. А. Плисс, К. Д. Волошин УСТРАНЕНИЕ ЛОКАЛЬНЫХ GOTO

Введение

Некоторые из языков программирования придерживаются доктрины радикального устранения неструктурных операторов [1], в том числе и операторов безусловных локальных переходов (GOTO). При конвертации программ в такие языки возникает проблема моделирования неструктурных операторов посредством структурных. При этом обычно требуется сохранить структуру программы возможно более близкой к исходной.

К сожалению, операторы GOTO способны интерферировать с содержащимися в исходной программе структурными конструкциями (блоками, условными и циклическими операторами, операторами выбора по метке). Логика работы таких операторов оказывается нарушенной, их невозможно сохранить в прежнем виде.

Нашей целью является устранение всех операторов GOTO и сохранение максимально возможного числа структурных операторов.

Для простоты будем предполагать, что все структурные операторы входного языка могут быть прямо транслированы в соответствующие структурные операторы выходного языка. Например, в качестве входного языка можно рассматривать Си [2], а в качестве выходного - Java [3]. Тем не менее предлагаемый алгоритм с минимальными вариациями применим для большинства современных языков, в том числе не столь синтаксически близких.

Сущность алгоритма

В каждый момент времени алгоритм имеет дело ровно с одной программной единицей (подпрограммой, процедурой, функцией).

Прежде всего нужно определить, какие из структурных операторов интерферируют с локальными GOTO. Затем эти операторы должны быть сведены к низкоуровневым операторам условных и безусловных переходов. Наконец, низкоуровневые операторы моделируются посредством структурных операторов.

© О. А. Плисс, К. Д. Волошин, 2000

Выявление поврежденных структурных операторов

Структура управления интерферирует с оператором перехода, если при переходе поток управления начинается вне данной структуры, а заканчивается внутри одного из вложенных в нее блоков. Будем называть такие структуры управления поврежденными.

Для обнаружения поврежденных структур можно воспользоваться следующим алгоритмом. Предварительно каждую структурную конструкцию необходимо снабдить парой флагов - Path и Damaged. Сначала все такие флаги сброшены. Кроме этого каждая такая конструкция должна содержать информацию о минимальной конструкции, ее объемлющей.

Исполнение алгоритма состоит в поочередном анализе процедур исходной программы. В рамках каждой процедуры перебираются все операторы перехода GOTO. Для каждого такого оператора строится путь наверх по минимальным объемлющим структурам до самой внешней. У всех структур из этого пути устанавливается флаг Path.

Далее рассматривается целевая метка текущего оператора GOTO. Для нее также строится путь наверх, но лишь до первой структуры с установленным флагом Path (эта структура частью пути не считается). Все структуры из этого пути помечаются как Damaged.

После этого сбрасываются ранее установленные флаги Path и рассматривается следующий оператор GOTO.

В результате проведения такого анализа поврежденными окажутся те и только те структуры, у которых флаг Damaged установлен.

Например, в следующей программе комментариями /*Damaged*/ отмечены поврежденные структурные операторы, а на поясняющем рисунке показаны пути наверх от оператора GOTO и от соответствующей ему метки перехода (рис. 1).

while( ... ) /* Damaged */ {

if( ... ) /* Damaged */

Label :

switch( ... )

case goto Label;

Рис. 1. Выявление поврежденных операторов.

Редукция поврежденных структурных операторов

Поврежденные структурные операторы необходимо свести к низкоуровневым операторам переходов. Низкоуровневые операторы переходов состоят из безусловных (GOTO) и условных (COND) операторов переходов. При этом подразумевается, что логика работы условногооператорапереходаСОШ(Условие, Метка)эквивалентна

1Р(Условие) GOTO Метка.

В качестве примера рассмотрим сведение к низкоуровневым переходам оператора цикла FOR:

for(inta=1;a<6;a++ ) { ... }

В результате сведения получим

inta=1; LoopStart :

if(!(a<6)) goto LoopEnd;

goto LoopStart; LoopEnd :

Аналогично редуцируются и остальные виды структурных конструкций. В результате такой деятельности каждая пара ("goto <Label>;", "<Label>:") в программе станет удовлетворять следующему условию:

Пусть метка встречается среди набора операторов (в том числе и структурных) в некотором блоке. Тогда соответствующий оператор перехода либо сам окажется в том же наборе операторов, либо будет текстуально содержаться в одном из структурных операторов этого набора.

Моделирование низкоуровневых переходов посредством структурных операторов

Для каждого из операторов GOTO нужно определить его область действия. Будем считать, что областью действия данного оператора является наименьший объемлющий блок, текстуально содержащий сам оператор перехода и описание соответствующей метки.

В пределах каждой из областей действия все метки переходов нумеруются (будем считать, что те из них, которые не используются в операторах переходов, устранены). При этом один из номеров должен быть зарезервирован для обозначения незаданного адреса перехода.

Заметим, что между двумя такими метками может находиться только линейный фрагмент программы, т. е. фрагмент, не содержащий в себе структур управления либо содержащий их целиком. Все не удовлетворяющие этому условию структуры управления были редуцированы на этапе устранения поврежденных структур.

Переходы моделируются с помощью оператора выбора по метке, вложенного в объемлющий оператор цикла. В качестве меток используются номера получателей переходов, в качестве ветвей - соответствующие линейные фрагменты программы. При этом