运行时的存储组织与分配.pptx

1 1编编 译译 原原 理理2024年4月22日S.PO.P语义分析、生成中间代码语义分析、生成中间代码生成目标程序生成目标程序代码优化代码优化语法分析程序语法分析程序词法分析程序词法分析程序错错误误处处理理符符号号表表管管理理编译程序在编译阶段要为源程序中出现的变量、常量等组编译程序在编译阶段要为源程序中出现的变量、常量等组织好在织好在运行阶段的存储空间运行阶段的存储空间将这种组织形式通过生成的将这种组织形式通过生成的目标代码目标代码体现出来体现出来为运行阶段实现存储为运行阶段实现存储奠定基础奠定基础第1页/共21页2 2编编 译译 原原 理理2024年4月22日7.1 7.1 存储组织概述存储组织概述7.2 7.2 静态存储分配静态存储分配7.3 7.3 栈式动态存储分配栈式动态存储分配7.4 7.4 堆式动态存储分配堆式动态存储分配7.5 PL/07.5 PL/0编译程序目标代码解释执行时的存储分配编译程序目标代码解释执行时的存储分配 教学内容教学内容第2页/共21页3 3编编 译译 原原 理理2024年4月22日7.17.1存储组织概述存储组织概述运行时存储空间的划分运行时存储空间的划分代码空间代码空间数据空间数据空间目标代码空间目标代码空间静态数据空间静态数据空间栈栈自由空间自由空间 堆堆第3页/共21页4 4编编 译译 原原 理理2024年4月22日过程的活动和活动记录过程的活动和活动记录 一个过程的一个过程的活动：活动：该过程的一次执行。该过程的一次执行。即每次执行一个过程体，就产生该过程的即每次执行一个过程体，就产生该过程的一个活动。一个活动。活动记录活动记录：为了管理过程在一次执行中所：为了管理过程在一次执行中所需要的信息，使用一段连续的存储区需要的信息，使用一段连续的存储区 第4页/共21页5 5编编 译译 原原 理理2024年4月22日活动记录的结构活动记录的结构 第5页/共21页6 6编编 译译 原原 理理2024年4月22日7.27.2静态存储分配静态存储分配 在在编译阶段编译阶段由由编译程序编译程序实现对存储空间的实现对存储空间的管理，为源程序中的变量分配存储单元。管理，为源程序中的变量分配存储单元。（如看电影）（如看电影）条件条件在在编译时能够确定编译时能够确定变量在运行时的数据空间大小变量在运行时的数据空间大小运行时不改变运行时不改变第6页/共21页7 7编编 译译 原原 理理2024年4月22日FORTRAN程序的静态分配程序的静态分配 第7页/共21页8 8编编 译译 原原 理理2024年4月22日动态存储分配动态存储分配 在目标程序在目标程序运行阶段运行阶段由由目标程序目标程序实现对存实现对存储空间的组织与管理，为源程序中的变量分储空间的组织与管理，为源程序中的变量分配存储单元配存储单元特点特点 在目标程序在目标程序运行时进行分配运行时进行分配 编译时为运行阶段编译时为运行阶段设计好存储组织形式设计好存储组织形式，即为每个，即为每个数据项安排好它在数据区中的数据项安排好它在数据区中的相对位置相对位置C语言引用语言引用sizeof进行计算时，是在编译阶段完成进行计算时，是在编译阶段完成的，还是在运行阶段完成的？的，还是在运行阶段完成的？（如开大会）（如开大会）第8页/共21页9 9编编 译译 原原 理理2024年4月22日7.37.3栈式动态存储分配栈式动态存储分配 变量生存期具有嵌套特性，即变量生存期具有嵌套特性，即后进先出后进先出的特性（如递归）的特性（如递归）进入时：进入时：在栈顶为其分配一个数据区在栈顶为其分配一个数据区退出时退出时：撤消过程数据区：撤消过程数据区第9页/共21页1010编编 译译 原原 理理2024年4月22日练习练习下面程序的运行结果是什么？如果把第下面程序的运行结果是什么？如果把第6行的行的(i+1)*fact()改改成成fact()*(i+1)的话，则程序的运行结果是有什么变化？试分析的话，则程序的运行结果是有什么变化？试分析为什么会有这两种不同的结果。为什么会有这两种不同的结果。int fact()static int i=5;if(i=0)return 1;else i-;return(i+1)*fact();/第第6行行 main()printf(factor of 5!=%dn,fact();第10页/共21页1111编编 译译 原原 理理2024年4月22日7.47.4堆式动态存储分配堆式动态存储分配 变量生存期具有变量生存期具有随机交叉随机交叉特性，即非后进先出的特性（如程序特性，即非后进先出的特性（如程序运行时动态申请存储空间）运行时动态申请存储空间）给运行的程序划分一个大的存储区给运行的程序划分一个大的存储区(称为称为堆堆)每当每当需要时可从堆中分得一块需要时可从堆中分得一块用完之后再退还给堆用完之后再退还给堆第11页/共21页1212编编 译译 原原 理理2024年4月22日7.57.5PL/0PL/0目标代码解释执行时的存储分配目标代码解释执行时的存储分配 codecode程序存储器程序存储器s s数据存储器数据存储器i i指令寄存器指令寄存器b b基本地址寄存器基本地址寄存器t t地址寄存器地址寄存器p p程序地址寄存器程序地址寄存器pcodepcode解释器的结构解释器的结构保存目标代码保存目标代码执行时的数据栈执行时的数据栈第12页/共21页1313编编 译译 原原 理理2024年4月22日（1）程序存储器）程序存储器codestruct instruction enum fct f;int l;int a;struct instruction codeCXMAX+1;（2）数据存储器）数据存储器sint sSTACKSIZE;在在调调用用一一个个过过程程时时，先先要要在在数数据据栈栈顶顶为为过过程程及及其其变变量量分分配配一一些些位位置置。所所有有操操作作运运算算都都在在栈栈顶顶找找到到它它的的操操作作数数，并并以以计计算算结结果果代之。栈顶数据元素在数据栈的位置通过代之。栈顶数据元素在数据栈的位置通过地址寄存器地址寄存器t标记。标记。第13页/共21页1414编编 译译 原原 理理2024年4月22日（3）程序地址寄存器）程序地址寄存器pint p=0;p是是code数数组组的的索索引引地地址址，用用来来存存放放下下一一条条要要解解释释执执行行指指令令在在程程序序存存储储器器code里里的的位位置置。在在解解释释执执行行时时才才用用到到，初初值值为为0，即即第第1条要解释执行的指令存放在条要解释执行的指令存放在code0。（4）地址寄存器）地址寄存器tint t=0;地地址址寄寄存存器器t是是s数数组组的的索索引引地地址址，由由于于数数据据存存储储器器被被当当作作数数据据栈栈使使用用，它它用用来来存存放放数数据据栈栈s的的栈栈顶顶位位置置。在在解解释释执执行行时时才才用用到到，初值为初值为0，在解释执行前，数据栈是空栈。，在解释执行前，数据栈是空栈。第14页/共21页1515编编 译译 原原 理理2024年4月22日（5）指令寄存器）指令寄存器istruct instruction i;用用来来存存放放正正在在解解释释执执行行的的一一条条目目标标代代码码指指令令。在在解解释释程程序序里里，每每次次通通过过i=codep；和和p=p+1；这这两两条条赋赋值值语语句句，完完成成从从程程序序存存储储器器code中中取取指指令令，以以及及使使程程序序地地址址寄寄存存器器p指指向向下下一一条条指指令位置的任务。令位置的任务。（6）基本地址寄存器）基本地址寄存器bint b=1;在在解解释释执执行行时时用用到到，初初值值为为1，它它等等于于正正在在执执行行的的过过程程段段在在数数据栈的起始地址据栈的起始地址。第15页/共21页1616编编 译译 原原 理理2024年4月22日活动记录活动记录连接数据（也称联系单元）连接数据（也称联系单元）局部数据区局部数据区 静态链静态链动态链动态链返回地址返回地址第16页/共21页1717编编 译译 原原 理理2024年4月22日三个联系单元三个联系单元：SLSL：静态链，指向：静态链，指向定义定义该过程的直接外层过程的该过程的直接外层过程的活动记录的基地址，以确保变量的活动记录的基地址，以确保变量的正确存取正确存取。DLDL：动态链，指向：动态链，指向调用调用该过程前正在运行的那个该过程前正在运行的那个过程的活动记录的基地址，以确保能过程的活动记录的基地址，以确保能返回到调用返回到调用过程段过程段。RARA：返回地址，保存该：返回地址，保存该被调过程返回后的地址被调过程返回后的地址，即当时程序的地址寄存器即当时程序的地址寄存器p p的值，也就是调用过程的值，也就是调用过程指令的下一条指令的地址，用来确保返回到正确指令的下一条指令的地址，用来确保返回到正确的指令地址。的指令地址。第17页/共21页1818编编 译译 原原 理理2024年4月22日第18页/共21页1919编编 译译 原原 理理2024年4月22日以下两条指令协助以下两条指令协助calcal完成过程调用和返回完成过程调用和返回ini 0 aini 0 a过程目标程序的入口，开辟数据段。过程目标程序的入口，开辟数据段。a a为局部变量为局部变量个数个数+3+3。开辟数据段的结果是改变栈顶寄存器。开辟数据段的结果是改变栈顶寄存器t t的的值，即值，即t=t+at=t+a。在在blockblock中调用中调用statementstatement之前调用之前调用gen(ini,0,dx);gen(ini,0,dx);opr 0 0opr 0 0过程目标程序的出口，释放数据段。恢复调用该过过程目标程序的出口，释放数据段。恢复调用该过程前正在运行的过程的数据段基地址寄存器的值和程前正在运行的过程的数据段基地址寄存器的值和栈顶寄存器的值，并将返回地址送到地址寄存器栈顶寄存器的值，并将返回地址送到地址寄存器p p中，以使调用前的程序从断点开始继续执行。中，以使调用前的程序从断点开始继续执行。在在blockblock中调用中调用statementstatement之后调用之后调用gen(opr,0,0);gen(opr,0,0);第19页/共21页2020编编 译译 原原 理理2024年4月22日小结小结重点掌握：重点掌握：静态静态存储分配（存储分配（FortranFortran）和）和动态动态存储分存储分配（配（C C、PascalPascal）的含义）的含义活动记录活动记录的含义及组成的含义及组成掌握掌握PL/0PL/0的存储分配策略的存储分配策略了解：了解：静态、动态存储分配的策略静态、动态存储分配的策略第20页/共21页2121编编 译译 原原 理理2024年4月22日习题习题1(1)1(1)(4)(4)、2 2、3 3、7 7思考题思考题第21页/共21页