编译原理课程第15讲

第六章 运行时存储空间的组织和管理
编译程序在完成词法、语法和语义分析后，在生成目 标代码之前，需要把程序的静态正文和实现这个程序的运 行时的活动联系起来弄清楚将来在代码运行时刻，源代码 中的各种变量、常量等用户定义的量是如何存放的，如何 去访问它们。 在程序的执行过程中，程序中数据的存取是通过与 之对应的存储单元来进行的。在程序语言中，程序使用的 存储单元都是由标识符来表示的。它们对应的内存地址都 是由编译程序在编译时或由其生成的目标程序运行时进行 分配。所以对于编译程序来说存储组织与管理是一个复杂 而又十分重要的问题。
代 码 静态数据 堆
p的活动记录 main的活动记录
栈
6.1 局部存储分配策略
6.1.3 活动记录 一般的活动记录的布局 返 回 值 实在参数 控 制 链 访 问 链 机器状态 局部数据 临时数据
本过程返回给调用过程的值
调用过程传递给本过程的参数 指向调用过程的指针 用于引用存于其他活动记录的非局部数据 用于保存本过程调用前的机器状态 本过程内部定义的局部变量 临时变量，中间结果
6.2 全局存储分配策略
静态分配给语言带来限制
递归过程不被允许 数据对象的长度和它在内存中位置，必须是在编 译时可以知道的 数据结构不能动态建立
6.2 全局存储分配策略
6.2.3 栈式分配
栈式分配主要用于管理过程的活动记录。 局部变量的生存期是过程活动的时间。 控制进入该过程时，局部变量绑定到存储单元， 过程活动结束后，局部变量的空间释放。
衬垫空白区
c1c2
0 12 4
i
8
f 16
6.1 局部存储分配策略
6.1.5 程序块
语法如{声明 语句} 本身含有局部变量声明的语句，可以嵌 套 最接近的嵌套作用域规则
程序块B’中声明的作用域包括B 如果名字x没有在B中声明，那么B中x的出现 是在外围程序块B’的x声明的作用域中，且满 足
B’有x的声明 B’比其他任何包含x声明的程序块更接近被嵌套 的B { …int a; {….int b; B B1 a = 3; } B2 } {….int a }
6.1 局部存储分配策略
main() { / begin of B0 / int a = 0; int b = 0; { / begin of B1 / int b = 1; {/ begin of B2 / int a = 2; }/ end of B2 / {/ begin of B3 / int b = 3; }/ end of B3 / }/ end of B1 / }/ end of B0 / 声 明 int a = 0; int b = 0; int b = 1; int a = 2; int b = 3; 作 用 域 B0 B2 B0 B1 B1 B3 B2 B3
6.2 全局存储分配策略
6.2.3 栈式分配
深度优 先搜索
活动执行的顺序？
活动树:用树来描绘控制进入和离开活动的方式
活动树的特点
每个结点代表某过程的一个活 动 根结点代表主程序的活动 结点a是结点b的父结点，当且 仅当控制流从a的活动进入b的 活动 结点a 处于结点b 的左边，当 且仅当a的生存期先于b的生存 期
a0 b0 b1 a2, b3 重叠分配存储单元
6.2 全局存储分配策略
介绍程序运行时所需的各个活动记录在存储 空间的分配策略 描述过程的目标代码怎样访问绑定到局部名 字的存储单元 介绍三种分配策略 代 码
静态分配策略 堆式分配策略 栈式分配策略
静态数据
堆
栈
6.2 全局存储分配策略
6.2.1 运行时内存的划分 代 码 静态数据 堆
第一部分 存储区（内存）的划分
例题解答：
typedef struct char c1; long i; char c2; double f; }a; _a{
衬垫空白区 衬垫空白区
c1 01 4
i
c2 8 9 12
f 20
第一部分 存储区（内存）的划分
例题解答：
typedef struct char c1; char c2; long i; double f; }b; _b{
A=b
6.1.2 名字（变量）的作用域和绑定 名字到存储单元的绑定
A
5
b
4
环境把名字映射到左值（存储单元），而状态把 左值映射到右值（值）。 赋值改变状态，但不改变环境。 如果环境将名字x映射到存储单元s，我们就说x 被绑定到s。
环境 名字
A
状态 存储单元 值
5
6.1 局部存储分配策略
静态概念和动态概念的对应 静态概念 过程的定义 名字的声明 声明的作用域 动态对应 过程的活动 名字的绑定 绑定的生存期
6.1 (过程内部)局部存储分配策略
6.1.1 过程 过程定义、过程调用、形式参数、实在参数、 活动的生存期
过程定义
Procedure f(a:int, b:bool) {
过程调用
void main() { f(3,true); … }
int c;
… }
6.1 局部存储分配策略
6.1.2 名字的作用域和绑定 名字的作用域
保存值的 存储单元
即使一个名字在程序中只声明一次，该名字在程 序运行时也可能表示不同的数据对象。
int a; Function f(int b) { int c; … } } void main() { a = 0; f(3); f(5); 两次调用，函 数f中变量c对 应不同的数据 对象
6.1 局部存储分配策略
6.2 全局存储分配策略
运行栈：把控制栈中的信息拓广到包括过程活 动所需的所有局部信息（即活动记录） s a : array r i: integer s
r
6.2 全局存储分配策略
运行栈：把控制栈中的信息拓广到包括过程活 动所需的所有局部信息（即活动记录） s a : array q (2, 3) k: integer s
s r
q(2,3)
p(2,3) q(2,1) q(3,3)
6.2 全局存储分配策略
当前活跃着的过程活动可以保存在一个栈中 控制栈的内容：s, q (2, 3), p(2, 3)
s
r
q(2,3)
p(2,3) q(2,1) q(3,3)
6.2 全局存储分配策略
运行栈：把控制栈中的信息拓广到包括过程活 动所需的所有局部信息（即活动记录） s a : array s
6.1 局部存储分配策略
6.1.3 活动记录
过程的活动中用于存放所需 信息的存储空间, 称为活动 记录或帧
编译程序每次运行时，编译器从操作系统（OS） 获得一块存储区（内存）。其内容包括：
编译后的目标代码 (可执行程序 .exe) 数据对象 (各种静态变量和动态变量) 用于管理过程活动的控制栈 (活动记录)
6.1 局部存储分配策略
6.1.4 局部数据的安排
字节是可编址内存的最小单位。 一个过程所声明的局部变量，按这些变量声明时 出现的次序，在活动记录的局部数据区中依次分 配空间。 局部数据的地址可以用相对于某个位置（本过程 对应的活动记录的起始位置）的偏移来表示。 数据对象的存储安排深受目标机器寻址方式的影 响 ， 存 在 对 齐 问 题 。 例 如 ， 要 求 整 数 （ int ， long）的相对地址可以被4整除。由于对齐而引 起的无用空间称为衬垫空白区。
r
q(2,3)
6.2 全局存储分配策略
运行栈：把控制栈中的信息拓广到包括过程活 动所需的所有局部信息（即活动记录） s a : array q (2, 3) k: integer p(2, 3) k: integer
第一部分 存储区（内存）的划分
例题
在X86/Linux工作站上，以下两个结构的size分别是 20和16，为什么不一样？ typedef struct _a{ typedef struct _b{ char c1; char c1; long i; char c2; char c2; long i; double f; double f; }a; }b;
6.1 局部存储分配策略
main() { / begin of B0 / int a = 0; int b = 0; { / begin of B1 / int b = 1; {/ begin of B2 / int a = 2; }/ end of B2 / {/ begin of B3 / int b = 3; }/ end of B3 / }/ end of B1 / }/ end of B0 / 声 明 int a = 0; int b = 0; int b = 1; int a = 2; int b = 3; 作 用 域 B0 B2 B0 B1 B1 B3 B2 B3
第六章 运行时存储空间的组织和管理
过程的活动 过程的一次执行称为过程的一次活动 活动记录 过程的活动需要可执行代码和存放所需信息 的存储空间,后者称为活动记录 本章内容
讨论一个活动记录中的数据安排 程序执行过程中，所有活动记录的组织方式
第六章 运行时存储空间的组织和管理
过程P一次活动的生存期，指的是从执行该 过程体第一步操作到最后一步操作之间的 操作时间，包括执行P时调用其它过程花费 的时间。
静态分配的应用：
Fortran语言被设计成允许静态存储分配
C语言程序的外部变量和程序中出现的常量都可以静 态分配。 声明在函数外面
外部变量
声明在函数里面
静态局部变量 常量
像FORTRAN这样的语言，其程序是段结构的，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，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。 这样，整个程序所需数据空间的总量在编译时完全确定， 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中， 此位置（地址）就属于该数据名了。