编译原理 第九章 目标程序运行时的存贮组织

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1、第九章目标程序运行时的存贮组织从逻辑上看，在代码生成前，编译程序必须进行目标程序运行环境的设计和数据空间的分配。一般来讲，假如编译程序从操作系统中得到一块存储区以使目标程序在其上运行，该存储区需容纳生成的目标代码和目标代码运行时的数据空间。数据空间应包括：用户定义的各种类型的数据对象（变量和常数）所需的存储空间，作为保留中间结果和传递参数的临时工作单元，调用过程时所需的连接单元，以及组织输入/输出所需的缓冲区。目标代码所占用空间的大小，在编译时能确定，有些数据对象所占用的空间也能在编译时确定，其地址可以编译进目标代码中。但有些数据对象具有可变体积

2、和待编译性质，而无法在编译时确定存储空间的位置。因此运行时的存储区常常划分成：目标区、静态数据区、栈区和堆区，如图9-1就是一种典型划分，代码（code）区用以存放目标代码，这是固定长度的，即编译时能确定的。静态数据区（staticdata）用以存放编译时能确定所占用空间的数据，堆栈区（stackandheap）用于可变数据以及管理过程活动的控制信息。codestaticdatastack↓↑heap图9-1目标程序运行时存储区的典型划分编译程序分配目标程序运行时的数据空间的基本依据是程序语言设计时对程序运行中存储空间的使用和管理办法的规定。所谓

3、数据空间的分配，本质上看，是将程序中的每个名字与一个存储位置关联起来，该存储位置用以容纳名字的值。我们知道，即便有些名字在程序中只声明了一次，但该名字可能对应运行时不同的运行空间位置以容纳每次执行时的值。因此，源语言的结构特点、源语言数据类型、源语言中决定名字作用域的规则等因素影响存储空间的管理和组织的复杂程序，决定数据空间分配的基本策略。本章重点：存储空间的使用管理方法、栈式动态存储分配的实现第一节数据空间的三种不同使用方法和管理方法数据空间的使用和管理方法分成三种：静态存储分配、栈式动态存储分配和堆式动态存储分配。1、静态存储分配如果在编译时

4、能确定目标程序运行中所需的全部数据空间的大小，编译时安排好目标程序运行时的全部数据空间，确定每个数据对象的存储位置，那么则称这种分配策略为静态存储分配。如像FORTRAN这样的语言，其程序是段结构的，如图9-1-1所示，即由主程序段和若干子程序段组成。各程序段中定义的名字一般是彼此独立的（除公共块和等价语句说明的名字以外），也即各段的数据对象名的作用域在各段中，同一个名字在不同的程序段表示不同的存储单元，不会在不同段间互相引用、赋值。另外它的每个数据名所需的存储空间大小都是常量（即不许含可变体积的数据，如可变数组），且所有数据名的性质是完全确定的

5、。这样，整个程序所需数据空间的总量在编译时完全确定，从而每个数据名的地址就可静态进行分配。换句话说，一旦存储空间的某个位置分配给了某个数据名（关联起来）之后，在目标程序的整个运行过程，此位置（地址）就属于该数据名了。…主子1子2子n图9-1-1FORTRAN程序构成特点2、动态存储分配如果一个程序设计语言允许递归过程，可变数组或可变数据结构，那么，就需要采用动态存储管理技术。因为对于这种程序在编译时无法知道它在运行时需要多大的存储空间，它所需要的数据空间的大小待程序运行时动态地确定。有两种动态存储分配方式：栈式（stack）和堆式（heap）。3

6、、栈式动态存储分配这种分配策略是将整个程序的数据空间设计为一个栈。它适用于PASCAL，C，ALGOL之类语言的实现，每当调用一个过程时，它所需的数据空间就分配在栈顶，每当过程工作结束时就释放这部分空间，过程所需的数据空间包括两部分，一部分是生存期在本过程这次活动中的数据对象，如局部变量、参数单元、临时变量等等；另一部分则是用以管理过程活动的记录信息，即当一次过程调用出现时，调用该过程的那个过程的活动即被中断，当前机器的状态信息，诸如程序计数器（返地址）、寄存器的值等，也都必须保留在栈中。当控制从调用返回时，便根据栈中记录的信息恢复机器状态，使该

7、过程的活动重新开始。至于在这种分配策略下，如何实现动态地分配和释放一个过程的数据空间，如何实现对非局部变量的引用、参数传递以及可变数据结构（如可变数组）的空间分配办法等等，将在后面给予讨论。4、堆式动态存储分配如果一个程序语言提供用户自由地申请数据空间和退还数据空间的机制（如C++中的new,delete,PASCAL的new，便是这种机制）或者不仅有过程而且有进程的程序结构，即空间的使用未必服从“先申请后释放，后申请先释放”的原则，那么栈式的状态分配方案就不适用了。这种情况下通常使用一种称为堆式的动态存储分配方案。假设程序运行时有一个大的存储空

8、间，每当需要时就从这片空间中借用一块，不用时再退还，由于借还的时间先后不一，经一段运行之后，程序运行空间将被分划成许多块块，有些占用，有