Selbstmodifizierender Code

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Mit der Bezeichnung Selbstmodifizierender Code (engl: Self Modifying Code) wird ein Abschnitt eines Computerprogramms bezeichnet, das zur Lösung der Programmaufgabe Teile des eigenen Programmcodes während der Ausführung gezielt verändert. Unter der Bezeichnung "freier Rechenplan" hatte schon Konrad Zuse selbstmodifizierenden Code als Möglichkeit in die von ihm entworfene Programmiersprache Plankalkül aufgenommen.

Das Programm muss dabei in der Lage sein, im Maschinencode bestimmte Befehle durch sinnvolle andere Maschinenbefehle zu ersetzen. Selbstmodifizierender Code kann da verwendet werden, wo es möglich ist, mehrere, nur an wenigen Stellen unterschiedliche, Programmteile zu einem einzigen zusammenzufassen.

Die Methode, Code sich selbst modifizieren zu lassen, stammt hauptsächlich aus einer Zeit, in der Ressourcen (CPU-Zeit, Speicher) noch sehr knappe Güter waren - es wurde also oftmals eine Optimierung des Laufzeitverhaltens oder Speicherverbrauchs angestrebt. Beides ist mittlerweile nur noch äußerst selten notwendig (z.b. beim "Retro computing", wenn also auf sehr alten Systemen programmiert wird). Ein anderer Grund zur Selbstmodifikation waren Kopierschutzverfahren. In Anbetracht der historischen Motivationen zum Schreiben von selbstmodifizierendem Code sollte das Vorhandensein von solchem Code nicht alleine nach modernen Maßstäben zur Bemessung von Codequalität bewertet werden, sondern auch immer die (historischen und/oder technischen) Umstände berücksichtigt werden.

Die Veränderung des Programmcodes ist nur in einer Von-Neumann-Architektur möglich, wo Programm und Daten den selben Adressraum teilen. In Prozessoren mit Harvard-Architektur ist das Modifizieren von Programmcode während der Laufzeit nicht vorgesehen, und da ein normales Programm keinen Compiler enthält, muss die Modifikation direkt in Maschinensprache ausgeführt werden. Aus diesen beiden Gründen ist eine Portierung von selbstmodifizierendem Code auf einen beliebigen Prozessor fast nicht möglich.

Der selbstmodifizierende Code eines Programms hat nichts mit Lernen oder der Verbesserung eines Programmes zu tun. Selbstmodifizierende Programme, die die Hochsprache des Programms modifizieren, sind in der Zukunft möglicherweise hilfreich, die Maschinenintelligenz zu steigern.

[Bearbeiten] Beispiele

- In einem Videotennis-Spiel kann im Programmteil, das den Ball steuert, ein Inkrement-Befehl durch einen Dekrement-Befehl ersetzt werden, wenn er an die Wand prallt, dadurch wird die Bewegungsrichtung umgekehrt.

- Die Bytes, die die Koordinaten des Balles beinhalten, können so im Speicher abgelegt werden, dass sie gleichzeitig als direkte Parameter eines Kommandos interpretiert werden. Man stelle sich beispielsweise einen Befehl vor, der dazu führt dass der Ball an einer bestimmten Stelle angezeigt wird. Statt nun die beiden Argumente "X-Position" und "Y-Position" indirekt als Variablen anzusprechen, können sie direkt so im Speicher abgelegt sein, dass sie Teil des Befehls "Stelle Ball dar" sind.

Kombination der beiden Beispiele als Pseudo-Programm:

wenn Ball an vertikale Wand geprallt ist und im Programmcode "inkrementiere x-Koordinate" steht, dann schreibe an die entsprechende Speicherstelle den Befehl für "dekrementiere x-Koordinate" und überspringe den nächsten Befehl

wenn Ball an vertikale Wand geprallt ist und im Programmcode "dekrementiere x-Koordinate" steht, dann schreibe an die entsprechende Speicherstelle den Befehl für "inkrementiere x-Koordinate"

wenn Ball an horizontale Wand geprallt ist und im Programmcode "inkrementiere y-Koordinate" steht, dann schreibe an die entsprechende Speicherstelle den Befehl für "dekrementiere y-Koordinate" und überspringe den nächsten Befehl

wenn Ball an horizontale Wand geprallt ist und im Programmcode "dekrementiere y-Koordinate" steht, dann schreibe an die entsprechende Speicherstelle den Befehl für "inkrementiere y-Koordinate"

inkrementiere x-Koordinate des Balldarstellungsbefehls

inkrementiere y-Koordinate des Balldarstellungsbefehls

Stelle den Ball dar an Position 1, 1 und fange von vorne an

Sowohl die beiden Befehle zum Inkrementieren als auch die Koordinaten "1,1" stellen in diesem Beispiel lediglich Anfangswerte dar, die vom Programm selbst modifiziert werden.

[Bearbeiten] Vorteile

1. Bei bestimmten Aufgabenstellungen kann ein sehr kompaktes Programm konstruiert werden.
2. Die gefundene Programmlösung kann elegant erscheinen.
3. Das Programm kann vor Reverse Engineering besser geschützt werden.

[Bearbeiten] Nachteile

1. Die Erstellung von selbstmodifizierendem Code wird von Compilern nicht unterstützt.
2. Der Programmcode ist schwierig oder gar nicht portierbar.
3. Der Maschinencode ist schwierig nachzuvollziehen.