Lua AI ¸˜ L 5.0

(1)

A I

^MPLEMENTAC

¸ ˜

^{AO DE}

L

^UA

5.0

Roberto Ierusalimschy, PUC-Rio

Lua

t^he

lang^ua ge

(2)

O D

IFERENCIAL DE

L

^UA

Portabilidade

Unix, Windows, MS-DOS, Mac OS, BeeOS, OS/2, EPOC, Playstation II, etc.

Pequeno Tamanho

distribuic¸ ˜ao completa cabe confortavelmente em um diskete

Simplicidade: poucos (mas poderosos) mecanismos

e.g. tabelas

Efici ˆencia

apesar dos pontos anteriores

(3)

O D

IFERENCIAL VERSUS

V

^ERSAO

˜ 5.0

Portabilidade

melhor suporte para tipos n ˜ao convencionais

Pequeno Tamanho

maior

Simplicidade: poucos (mas poderosos) mecanismos

visibilidade l ´exica, co-rotinas

Efici ˆencia

mais r ´apida

(4)

C

^OMO

M

^ANTER

E

^FICIENCIA

ˆ ?

Pequeno tamanho restringe o uso de otimizac¸ ˜oes complexas

Simplicidade restringe o uso de construc¸ ˜oes espec´ıficas

Por outro lado, pequeno tamanho contribui para efici ˆencia

cash, paginac¸ ˜ao, etc.

Simplicidade permite nos concentrarmos em poucas otimizac¸ ˜oes

e.g. tabelas

(5)

A

^LGUMAS

M

ELHORIAS DE

L

^UA

4.0

^PARA

5.0

Visibilidade l ´exica

Nova m ´aquina virtual

Otimizac¸ ˜ao no uso de tabelas como arrays

(6)

V

ISIBILIDADE

L ´

^EXICA

Funç ões aninhadas podem acessar qualquer vari ável externa, seguindo regras usuais de escopo

function f (x)

local f1 = function (y) return x+y end return f1(10)

end

Problema: vari ável pode ser acessada ap ós t érmino da funç ão que a define

function f (x)

return function (y) return x+y end end

f1 = f(10); print(f1(20))

(7)

V

ISIBILIDADE

L ´

^EXICA

(

^CONT

.)

Visibilidade L ´exica d ´a enorme poder a uma linguagem . . .

vari ´aveis locais a um m ´odulo

base de programac¸ ˜ao funcional

opç ão para programaç ão OO

. . . mas implementaç ão é complicada . . .

no exemplo anterior, n ˜ao pode morar em pilha/registrador

. . . principalmente para um compilador de um passo

ao ver uma vari ável, compilador n ão sabe se ela ser á usada por alguma funç ão aninhada

(8)

I

^MPLEMENTAC

¸ ˜

^{AO DE}

V

ISIBILIDADE

L ´

^EXICA

Via indireç ão: funç ão aninhada se refere a vari ável externa via um n ó, que pode apontar para a pilha ou para o heap

x

top

nested function closure

pending vars.

stack

(9)

I

^MPLEMENTAC

¸ ˜

^{AO DE}

V

ISIBILIDADE

L ´

^EXICA

Quando vari ável sai de escopo, seu valor é movido da pilha para o heap, e o ponteiro no n ó é corrigido

x

top

pending vars.

stack

vari ´avel sai de escopo

x x

pending vars.

top

stack

(10)

M ´

^{AQUINAS DE}

P

^ILHA

Maioria das m ´aquinas virtuais usam modelo de m ´aquina de pilha

tradic¸ ˜ao iniciada com p-code, de Pascal

seguida por Java, Perl, etc.

Exemplo Lua 4.0:

while a<lim do a=a+1 end

3 GETLOCAL 0 ; a

4 GETLOCAL 1 ; lim

5 JMPGE 4 ; to 10

6 GETLOCAL 0 ; a

7 ADDI 1

8 SETLOCAL 0 ; a

9 JMP -7 ; to 3

(11)

O

^UTRO

M

^{ODELO PARA}

M ´

^AQUINA

V

^IRTUAL

M áquinas de pilha t êm instruç ões muito b ásicas

M áquinas interpretadas t êm alto custo extra por instruç ão

M áquinas de registradores podem ter instruç ões mais poderosas

ADD 0 0 [1] ; a=a+1

Custo de decodificar instruç ões mais complexas é compensado pelo menor n úmero de instruç ões

“registradores” s ão pr é-alocados na pilha, no in´ıcio de cada fun- ç ão.

n úmero ilimitado de registradores facilita geraç ão de c ódigo

(12)

F

ORMATOS DAS

I

^NSTRUC

¸ ˜

^{OES DA}

M ´

^AQUINA

V

^IRTUAL

O formato 1 ´e usado para todos os tipos de operadores

aritm ética, comparaç ões, indexaç ão, etc.

Permite at ´e 256 “registradores”

Terceiro operando ainda permite 768 constantes

Qualquer valor Lua, guardado em uma tabela de constantes (por func¸ ˜ao)

reg B reg A

op reg/const C

(13)

E

^{XEMPLOS DE}

I

^NSTRUC

¸ ˜

^OES

MUL 0 0 [2] ; a = 2*a

GETTABLE 2 1 ["x"] ; t.x

SETTABLE 0 1 ["y"] ; a = t.x CMP 0 ‘<’ [10] ; a<10 ?

assumindo que est ´a no registrador 0 e no 1

(14)

F

ORMATOS DAS

I

^NSTRUC

¸ ˜

^{OES DA}

M ´

^AQUINA

V

^IRTUAL

O formato 2 ´e usado para acesso a globais e constantes que n ˜ao cabem no formato 1

Isto é, em funç ões com mais de 768 constantes . . .

op reg A const Bc

(15)

F

ORMATOS DAS

I

^NSTRUC

¸ ˜

^{OES DA}

M ´

^AQUINA

V

^IRTUAL

O formato 3 ´e usado para jumps

jumps s ˜ao sempre relativos

op offset

(16)

E

XEMPLO MAIS

C

^OMPLETO

while a<lim do a=a+1 end

-- Lua 4.0

3 GETLOCAL 0 ; a 4 GETLOCAL 1 ; lim 5 JMPGE 4 ; to 10 6 GETLOCAL 0 ; a

7 ADDI 1

8 SETLOCAL 0 ; a

9 JMP -7 ; to 3

-- Lua 5.0

3 JMP 0 1 ; to 5

4 ADD 0 0 [1] ; a = a+1 5 CMP 0 2 1 ; a < b?

6 JMP 0 -3 ; to 4

(17)

T

^{ABELAS EM}

L

^UA

Unico mecanismo de estruturac¸ ˜ao de dados da linguagem´

simplicidade

Arrays associativos com chaves gen ´ericas

Permite implementaç ão f ácil e eficiente de diversas estruturas de dados usuais

arrays, records, conjuntos, listas, etc.

(18)

T

^ABELAS

(

^CONT

.)

Arrays s ˜ao simplesmente tabelas cujas chaves s ˜ao inteiros

a =

for i=1,N do a[i] = 0 end

Records s ˜ao tabelas com os nomes dos campos como chaves

ac¸ucar sint ´atico: a.x a["x"]

Conjuntos representam seus elementos como chaves de uma tabela

a[x] = 1 -- inserc¸˜ao

if a[x] then ... -- pertinˆencia

(19)

I

^MPLEMENTAC

¸ ˜

^AO

O

^{RIGINAL DE}

T

^ABELAS

Algoritmo de hash, com listas internas para tratamento de colis ˜ao Executa rehash quando tabela fica cheia:

0 nil

val

link value

key

insere chave 4

0 nil

val

link

4 nil

val

value key

Evita colis ões secund árias, movendo elementos durante inserç ão:

0 nil

val

link

4 nil

val

value key

insere chave 3

0 nil

val

link

val 4

3

value key

(20)

N

^OVA

E

STRUTURA DE

T

^ABELAS

Formada por duas partes, uma parte “hash” e uma parte “array”

Exemplo: n = 3; 100, 200, 300

100 200 300 nil

Header

n 3

nil

(21)

E

^STRUTURA

I

^{NTERNA DE}

T

^ABELAS

Problema: como distribuir os elementos entre as partes?

ou: qual o melhor tamanho para a parte array?

Arrays esparsos podem desperdic¸ar muito espac¸o

uma tabela com um ´unico elemento no ´ındice 1000 n ˜ao deve ter 1000 elementos

como a tabela anterior deve crescer ao adicionarmos o ´ındice 5?

100 200 300 nil

Header

n 3

nil

5 500

nil

Header

100 200 300 nil

n 3

nil

500 nil nil nil

(22)

C ´

^{ALCULO DE}

T

^{AMANHO DE}

T

^ABELAS

Algoritmo executado somente durante o rehash

Calcula tamanho da parte array seguindo as regras abaixo:

´e uma pot ˆencia de 2

a tabela cont ´em pelo menos ´ındices inteiros no intervalo

a tabela cont ´em pelo menos um ´ındice inteiro no intervalo

Algoritmo é ^"! ^# , onde ^! é o n úmero de elementos na tabela

(23)

C ´

^{ALCULO DE}

T

^{AMANHO DE}

T

^ABELAS

(

^CONT

.)

Id éia b ásica: criar um array onde ^$&% é o n úmero de chaves inteiras no intervalo ^' ^%)(

+*

'

%-,

array precisa ter apenas 32 elementos

Tarefa f ´acil, dado um algoritmo eficiente para calcular ^.0/2143 ⁶⁵

que ´e o ´ındice do maior bit 1 de

(24)

C ´

^{ALCULO DE}

T

^{AMANHO DE}

T

^ABELAS

(

^CONT

.)

Depois, basta percorrer o array procurando o melhor tamanho:

total = 0

for i=0,32 do

if a[i] > 0 then total += a[i]

if total >= 2ˆ(i-1) then bestsize = i

end end end

(25)

R

^ESULTADOS

P

^ARCIAIS

Visibilidade l ´exica: sem custo para quem n ˜ao usa

Nova m ´aquina virtual: at ´e 30% mais eficiente

Nova estrutura de tabelas: economia de mais de 50% de mem ória na representaç ão de arrays

sem prejuizo para representac¸ ˜ao de arrays esparsos