哈工大编译原理第7篇
哈工大c语言课件7
–此话音落不久，诸葛亮果然病故于五丈原。
“事无巨细”，“事必躬亲”
–管理学的观点是极其排斥这种做法的，认为
工作必须分工，各司其职
–其中的思想，在程序设计里也适用
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7.3.3函数封装与防御性程序设计
函数封装（Encapsulation）使得外界对函数的影响 仅限于入口参数，而函数对外界的影响仅限于一个 返回值和数组、指针类型的参数
【例7.1】
传入负数实参 会怎样？
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Why?
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防御性程序设计（Defensive Programming）
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汉诺塔（Hanoi）问题
n=3
A
B
C
A→B，A→C，B→C， A→B，C→A，C→B，A→B
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汉诺塔（Hanoi）问题
n=3
A
B
n更大些 怎么办？
C
A→B，A→C，B→C， A→B，C→A，C→B，A→B
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汉诺塔（Hanoi）问题
函数是C语言中模块化编程的最小单位
– 可以把每个函数看作一个模块（ Module ）
如把编程比做制造一台机器，函数就好比其
零部件
–可将这些“零部件”单独设计、调试、测试好
，用时拿出来装配，再总体调试。
–这些“零部件”可以是自己设计制造/别人设
计制造/现成的标准产品
程序设计语言编译原理第三版第7章
N→ Є
D →id: T { enter(top(tblptr), , T.type, top(offset)); top(offset):= top(offset) +T.width } 24
§7.2
说明语句
2.含嵌套说明的翻译模式：
(1)语义规则中的操作: Mktable (previous): 创建一张新符号表,并返回指向新表的一个指针; Enter (table, name, type, offset):
(2)置相对地址为当前offset之值， (3)使offset加上该名字所表示的数据对象的域宽。
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§7.2 说明语句
3. 相应的翻译模式：
PD { offset:=0 } { enter (, T.type,offset);
DD;D
Did:T
offset:=offset+t.width } Tinteger
(0) (1) (2) (3) (4) (5)
(2) (3) (4)
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§7.１ 中间语言
4.间接三元式：便于代码优化处理
方法：间接码表+三元式表
按运算的先后顺序列出有关三元式在三元表中的位置 例: 语句X:=(A+B)*C;Y:=D↑(A+B)的间接三元式表示如下所示: 间接代码 三元式表 (1) (2) (3) (1) (4) (5)
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已归约串
PLACE
输入串
语义动作
# #X # X:= # X:= # X:= # X:= # X:=
X:= -B*(C+D)# X := -B*(C+D)# X_ -B*(C+D)# X__ B*(C+D)# -B X__B *(C+D)# -E X__B *(C+D)# { E.place:=p=<B>} E1 X_T1 *(C+D)# {E1.place:=newtemp=T1; 生成四元式(1) } … … … … # X:=E*(C X_T1__C +D)# # X:=E*(E1 X_T1__C +D)# { E1.place:=p=<C> } … … … …
哈工程编译原理课程设计
哈工程编译原理课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解编译原理的基本概念，掌握编译器的整体结构和编译过程中的各个阶段；2. 学会使用形式语言及有限自动机进行词法分析，掌握语法分析、语义分析的基本方法；3. 了解目标代码生成和代码优化技术，并能运用到实际编译过程中；4. 掌握至少一种编程语言（如C、C++等）的编译器设计与实现。
技能目标：1. 能够运用所学编译原理知识，独立设计和实现一个小型编程语言的编译器；2. 培养良好的编程习惯，提高代码质量和调试能力；3. 提升团队协作和沟通能力，学会与他人共同分析和解决编译过程中遇到的问题。
情感态度价值观目标：1. 培养对编译原理学科的兴趣和热情，激发探究精神；2. 树立正确的价值观，认识到编译技术在计算机科学领域的重要地位和作用；3. 培养严谨、求实的科学态度，勇于面对编译过程中的挑战，善于总结经验教训。
本课程针对哈尔滨工程大学计算机科学与技术专业高年级学生，结合课程性质、学生特点和教学要求，明确以上课程目标。
课程旨在帮助学生掌握编译原理的基本知识，提高实际编程能力，为今后从事计算机相关领域的研究和工作打下坚实基础。
同时，通过课程学习，培养学生团队协作精神，提升综合素质。
后续教学设计和评估将围绕以上具体学习成果展开。
二、教学内容1. 编译原理概述：介绍编译原理的基本概念、编译过程及编译器的结构；- 教材章节：第1章 编译原理概述- 内容：编译器的作用、编译过程、编译器的组成部分。
2. 词法分析：学习形式语言、有限自动机及其在词法分析中的应用；- 教材章节：第2章 词法分析- 内容：正则表达式、有限自动机、词法分析器的实现。
3. 语法分析：介绍语法分析的基本方法，包括自顶向下和自底向上分析；- 教材章节：第3章 语法分析- 内容：上下文无关文法、LL(1)分析、LR分析、语法分析器的实现。
4. 语义分析：学习语义分析的基本概念和实现方法；- 教材章节：第4章 语义分析- 内容：语义分析的任务、属性文法、语义分析器的实现。
编译原理知识点总结哈工程
编译原理知识点总结哈工程第一章概论1.什么是编译器？输入输出？编译器是将一种语言翻译为另一种语言的计算机程序。
输入：源语言( source language) 编写的程序输出：目标语言( target language ) 编写的程序。
2.汇编语言的优缺点优点：汇编语言大大提高了编程的速度和准确度缺点：编写起来也不容易,阅读和理解很难；而且汇编语言的编写严格依赖于特定的机器，所以为一台计算机编写的代码在应用于另一台计算机时必须完全重写。
3.什么是解释器？与编译器的区别？解释程序是如同编译器的一种语言翻译程序。
与编译器的区别：它立即执行源程序而不是生成在翻译完成之后才执行的目标代码。
4.乔姆斯基分类结构有几种文法？名称？相互关系？4种名称：0型无限制文法1型上下文相关文法2型上下文无关文法3型正则文法相互关系：其中的每一个都是其前者的专门化。
5.什么是扫描器？扫描器的功能是什么？扫描器就是语法分析程序。
功能：依据词法规则，分析由字符组成的源程序，把它分割为一个一个具有独立意义的最小语法单位，即单词。
6.什么是编辑器？IDE中编辑器的新功能编译器通常接受由任何生成标准文件(例如ASCII 文件)的编辑器编写的源程序。
IDE 中编辑器的新功能：尽管编辑器仍然生成标准文件，但会转向正被讨论的程序设计语言的格式或结构。
这样的编辑器称为基于结构的，且它早已包括了编译器的某些操作；因此，程序员就会在程序的编写时而不是在编译时就得知错误了。
从编辑器中也可调用编译器以及与它共用的程序，这样程序员无需离开编辑器就可执行程序。
7.什么是调试器，与编译器的关系调试程序是可在被编译了的程序中判定执行错误的程序。
运行一个带有调试程序的程序与直接执行不同，这是因为调试程序保存着所有的或大多数源代码信息(诸如行数、变量名和过程)。
它还可以在预先指定的位置(称为断点)暂停执行，并提供有关已调用的函数以及变量的当前值的信息。
为了执行这些函数，编译器必须为调试程序提供恰当的符号信息。
哈工大编译原理
哈工大编译原理基本原理1. 什么是编译原理？编译原理（Compiler Design）是计算机科学中的一个重要分支，研究的是将高级语言程序翻译成机器语言程序的过程和方法。
编译原理包括语法分析、语义分析、中间代码生成、代码优化和目标代码生成等阶段。
2. 编译器的基本工作流程编译器通常由以下几个阶段组成：2.1 词法分析词法分析阶段将源代码划分为一个个的单词（Token），并进行分类。
例如，对于C语言而言，单词可以是关键字（如if、for）、标识符（如变量名）、常量（如整数、字符）等。
2.2 语法分析语法分析阶段根据程序的上下文无关文法规则，将单词序列转换为抽象语法树（Abstract Syntax Tree，AST），以便进一步进行语义分析和中间代码生成。
常用的方法有自顶向下的递归下降分析和自底向上的LR(1)分析。
2.3 语义分析语义分析阶段主要检查源程序是否符合给定的语义规则，并对其进行语义翻译。
例如，检查变量是否被声明、函数调用是否正确等。
语义分析通常会生成符号表，用于记录程序中的变量、函数等信息。
2.4 中间代码生成中间代码是一种介于源代码和目标代码之间的抽象表示形式，通常使用三地址码或四元式表示。
中间代码生成阶段将抽象语法树转换为中间代码，以便进行后续的优化和目标代码生成。
2.5 代码优化代码优化阶段对中间代码进行优化，以提高程序的执行效率和资源利用率。
常见的优化技术包括常量传播、公共子表达式消除、循环展开等。
2.6 目标代码生成目标代码生成阶段将优化后的中间代码转换为特定机器上可执行的目标代码。
目标代码可以是汇编语言或机器语言，并且通常需要考虑底层硬件架构的特性和限制。
3. 哈工大编译原理相关的基本原理哈尔滨工业大学（Harbin Institute of Technology）在编译原理领域做出了很多重要贡献，以下列举了几个与哈工大相关的基本原理：3.1 LL(1)文法LL(1)文法是一种上下文无关文法，其中L表示从左到右扫描输入，第一个L表示从左侧推导，1表示每个非终结符的每个输入串只有一个产生式可以应用。
编译原理课程第7讲
循环优化
循环展开
将循环的次数减少，将循环体内部的 代码移出循环。
循环不变量代码外提
将循环不变量代码移出循环，避免重 复计算。
循环展开和合并
将多个循环合并为一个循环，减少循 环次数。
尾递归优化
将尾递归转换为循环，提高循环的效 率。
06
目标代码生成
目标代码生成概述
01
02
03
目标代码生成是编译过 程的核心环节，其任务 是将中间代码转换成特 定机器上的可执行代码
中间代码的作用
中间代码主要用于优化和 转换，以改善生成的目标 代码的性能和质量。
中间代码的形式
常见的中间代码形式包括 三地址代码、抽象语法树 （Abstract Syntax Tree, AST）等。
三地址代码的生成
三地址代码定义
三地址代码是一种中间代码形式， 由一系列的三元式（操作符、操 作数1、操作数2）组成，表示源 程序中的运算和数据传输。
课程目标
本课程旨在帮助学生掌握编译原理的基本概念、原理和方法 ，理解编译器的构造过程，培养学生的编程思维和解决问题 的能力。
编译器的概念与作用
编译器的概念
编译器是一种将源代码转换成目标代码的软件。源代码通常是高级语 言编写的，而目标代码则是机器可以直接执行的低级语言。
代码优化
编译器可以对源代码进行优化，以提高生成的目标代码的运行效率。
循环不变量计算
将循环中的某些计算移出循环，减少循环 内部的计算量。
循环展开与循环不变量计算的结 合
同时进行循环展开和循环不变量计算，进 一步提高目标代码的执行效率。
05
代码优化
代码优化概述
01
代码优化是编译器的一个重要环节，旨在提高生成代码的执行 效率。
编译原理 - 陈火旺版 - 第七章
3
后缀式
后缀式（逆波兰式）
表达式E的后缀形式E’的写法：
• 若E是变量或常量，则E’ = E • 若E=E1 op E2,则E’ =E1’ E2’ op • 若E=(E1)，则E’ = E1 表达式变为后缀形式的语义规则
E→E1 op E2 E→(E1) E→i {E.CODE := E1.CODE||E2.CODE||op } {E.CODE := E1.CODE} {E.CODE := i}
推广到表达式外的范围
• 例如 a:=b*c+b*d 后缀形式：abc*bd*+:=
5
图
抽象语法树
内部结点表示运算符，后代表示运算对象
无循环有向图（DAG）
与抽象语法树
• 相同之处：内部结点表示运算符，后代表示运算对象 • 不同之处：考虑到公共子表达式（不只一个父结点），更加紧 凑高效
四元组表示 (1) （－，C, D , T1) (2) (*, B, T1, T2) (3) (+, A, T2 , T3) (4) (↑, F, G , T4) (5) ( /, E, T4, T5) (6) (-, T3, T5 , T6)
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说明语句的翻译
说明语句
定义局部于该过程的数据对象（以标识符标识） 为数据对象分配空间，在符号表中登记数据对象的名 字，类型，分配的存储地址 有过程嵌套的，表示出嵌套关系
编译方法
中国人民大学信息学院 陈文萍
1
第7章 语义分析和中间代码生成
中间语言 一些语法成分的翻译
说明语句 赋值语句 布尔表达式 控制语句 过程调用
类型检查
2
语义分析概述
哈工大编译原理习题及答案
1.1何谓源程序、目标程序、翻译程序、编译程序和解释程序?它们之间可能有何种关系?1.2一个典型的编译系统通常由哪些部分组成?各部分的主要功能是什么?1.3选择一种你所熟悉的程序设计语言，试列出此语言中的全部关键字，并通过上机使用该语言以判明这些关键字是否为保留字。
1.4选取一种你所熟悉的语言，试对它进行分析，以找出此语言中的括号、关键字END以及逗号有多少种不同的用途。
1.5试用你常用的一种高级语言编写一短小的程序，上机进行编译和运行，记录下操作步骤和输出信息，如果可能，请卸出中间代码和目标代码。
第一章习题解答1.解：源程序是指以某种程序设计语言所编写的程序。
目标程序是指编译程序（或解释程序）将源程序处理加工而得的另一种语言（目标语言）的程序。
翻译程序是将某种语言翻译成另一种语言的程序的统称。
编译程序与解释程序均为翻译程序，但二者工作方法不同。
解释程序的特点是并不先将高级语言程序全部翻译成机器代码，而是每读入一条高级语言程序语句，就用解释程序将其翻译成一段机器指令并执行之，然后再读入下一条语句继续进行解释、执行，如此反复。
即边解释边执行，翻译所得的指令序列并不保存。
编译程序的特点是先将高级语言程序翻译成机器语言程序，将其保存到指定的空间中，在用户需要时再执行之。
即先翻译、后执行。
2.解：一般说来，编译程序主要由词法分析程序、语法分析程序、语义分析程序、中间代码生成程序、代码优化程序、目标代码生成程序、信息表管理程序、错误检查处理程序组成。
3.解：C语言的关键字有：auto break case char const continue default do double else enum externfloat for goto if int long register return short signed sizeof static struct switch typedef union unsigned void volatile while。
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t3 t2 t1 f e
a
j i y x 2 返回地址 老SP
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中间代码
* i j t1 * (sp ,5) (sp ,9) (sp ,62)
+ e t1 t2 + (sp ,53) (sp ,62) (sp ,63)
itor t2 – t3 itor (sp ,63) –
(sp ,64)
:= t3 – f := (sp ,64) –
(sp ,28)
确定活动记录中局部数据的地址：假设 sp标记一个活动记录的开始的位置， dx表 示x的地址相对于sp的偏移量。那么， x在 过程的目标代码中的地址可写成
dx（sp）
6
7.1 有关源程序中的一些问题 目的： 构造运行程序的策略和方法
1.1 过程 1.2 活动树 1.3 控制栈 1.4 说明的作用域 1.5 名字的绑定 1.6 参数传递 1.7 构造运行程序和源程序有关的
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一个过程p的一次活动的生存期:
在该过程体第一步到最后一步之间 的语句的执行时间。
其中包括执行过程p所调用的过程的 执行时间，以及这些过程所调用的过程 的执行时间，如此等等。
main
P
p
10
控制流的特点： 1、 每当控制流从过程p的活动进入到过程 q的活动中后，它将返回到过程p的同一次 活动中。
一些问题 7
1.1 过程 源程序由一组过程组成，不同的程序设计 语言，由过程构成源程序的方法不同。
构成源程序的两个过程行文，要么是嵌套 的，要么是平行的。
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1.2 活动树 程序执行期间的控制流：
1．程序执行的控制是顺序的； 2．过程的每一次执行都是从过程体 的开头开始，并最终把控制返回到紧接 着该过程被调用点的后面。
p(1,3)
q(2,3)
q(1,0)
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控制栈中的活动都是活跃的，当前控制 进入的活动在栈顶； 从栈顶活动到栈底 活动的活动序列是从活动树上当前结点通 向根的路径上的节点
结点序列： s,q（1，9），q（l，3），q（2，3）
从栈底活动到栈顶活动的活动序列表示了 活动的生存期的嵌套关系。
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结论：扩充控制栈可用来实现如Pascal语言 的栈式存储分配，进入一个活动，在栈顶 建立这个活动所使用的存储空间；这个活 动结束，从栈顶弹出其使用的存储空间。
上面的问题对运行时的存贮分配有很大 的影响，我们将在后面章节里，对以上问题 进行讨论并介绍与之相应的存贮分配策略
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7.2 存储组织
2.1 运行时刻内存的划分 运行时刻的存储空间必须划分成块，
用来存放: 1. 生成的目标代码; 2. 数据目标; 3. 用于保存过程活动踪迹的一个控制
栈。
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存储空间划分的各部分：
t3 t2 t1 f e
a
j i y x 2 返回地址 老SP
5
中间代码
* i j t1 * (sp ,20) (sp ,21) (sp ,29)
+ e t1 t2 + (sp ,27) (sp ,29) (sp ,30)
itor t2 – t3 itor (sp ,30) –
(sp ,31)
:= t3 – f := (sp ,31) –
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静态概念 过程定义 名字说明 说明的作用域
动态对应 过程活动 名字的绑定 活动的生存期
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1.6 参数传递
实在参数和形式参数结合的方法： 传值调用（call-by-value） 引用调用（call-by-reference） 复制恢复（copy-restore） 传名调用（call-by-name）
................ leave quicksort（1，3) enter quicksort（5，9）
................ leave quicksort（5，9） leave quicksort（1，9） 执行结束
这是递归调用
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递归：一个过程是递归的，如果同一过程 的一次新的活动可以在前面活动结束以前 开始。
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名字 x y i j a e f
符号表
形 类型 偏移量 形 real 3 形 real 4
int 5 int 9 array 13 real 53 real 61
活动记录布局=>
(sp,64) (sp,63) (sp,62) (sp,61) (sp,53)
(sp,13) (sp,9) (sp,5) (sp,4) (sp,3) (sp,2) (sp,1) (sp,0)
p(1,9)
p(1,3)
假设 I=2
s
q(1,9) q(1,3) q(1,0) p(2,3)
一棵活动树
假设
I=6 假设
I=4
q(5,9) 假设
I=8
假设
I=1 p(5,9)假设q(5,5) q(7,9)
q(2,3)
I=1
p(7,9) q(7,7) q(9,9)
q(2,1) q(3,3)
假设 I=8 15
可以说，函数environment把一个名字映 射为一个l-value（左-值）, 而函数state把 一个l-value（左-值）映射为一个r-value （右-值）。 如下图所示。
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environment
state
名字
存储单元
值
l-value
r-value
存储分配
程序运行
图：从名字到值的两个阶段映射
局部数据域是编译时刻在编译过程中
分配的。例如：
PROCEDURE sub(x,y:real); VAR i ,j:integer; a:ARRAY[1..5] OF real; e, f : real; BEGIN
f :=e+i*j;
END;
名字所需的存 贮空间的数量 是由它的类型 确定的
多字节对象存 放于连续的字 节中，以第一 个字节的地址 作为该对象的 地址
(sp ,61)
确定活动记录中局部数据的地址：假设 sp标记一个活动记录的开始的位置， dx表 示x的地址相对于sp的偏移量。那么， x在 过程的目标代码中的地址可写成
dx（sp）
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编译结束，知道每个过程的活动记录的长 度，将其填写到相应的过程表中， 运行时，调用哪个过程，就在运行栈顶， 推进那个过程的活动记录（栈箭头加上活 动记录长度）。
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1.4 说明的作用域
1 .说明把名字与名字的属性信息绑定在一 起。Int a[10];
2 . 说明的作用域是一个说明起作用的范 围 （源程序行文）。 如：局部变量、全 局变量
一个名字在源程序行文中可能有几处说 明，语言的作用域规则规定了：
在语句序列中引用的一个名字是在 何处说明的名字。
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3 . 编译时,处理说明语句时,把名字及其属 性信息填写进符号表(add(id.entry,id.vul));
对于pascal语言来说，运行过程中， 当调用一个过程时，在栈顶构筑它的活动 记录；当这个过程的活动执行完后，把它 从栈顶弹出。
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源语言不同，实现方法不同，组成活动记 录的域不同。常见语言的活动记录如后图 所示。
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top
临时变量
局 内情向量
部 数
局部变量
据 形式单元
保存机器状态
连 访问链
接 控制链
2、 如果a和b是两个过程活动，那么它们 的生存期要么是并列的,要么是嵌套的。
这种活动生存期的嵌套性质可以通过 在每一个过程中插入两个打印语句来加以 跟踪。
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program sort（input，output）；
var a ： array［0..10] of integer；
procedure readarray；
第七章 运行时刻环境
1
序 7.1 源语言中的一些问题 7.2 存储组织 7.3 运行时刻存储分配策略 7.4 非局部名字的访问 7.5 符号表
2
源 程
计算环境
序 计算
序 映射
运行时的环境 目标代码
源程序中的名字（常量，变量）目标机 存储空间。它受命于源程序的执行语义。
源程序由一组过程按某种规则组成。
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例2 栈和活动树的变化
栈 s Sr S q(1.9) S q(1.9) p(1,9) S q(1.9) q(1,3) S q(1.9) q(1,3) p(1,3) S q(1.9) q(1,3) q(1,0) S q(1.9) q(1,3) q(2,3)
s r q(1,9)
p(1,9) q(1,3)
目标代码 静态数据
栈
堆
1. 编译后知道目标 代码的大小。 2. Pascal, c , Fortran
3. 栈:Pascal,c 4. 堆: Pascal,c
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2.2 活动记录 把过程的一个活动所需要的信息组织
成一块连续的存储单元，称为活动记录。
一个活动所需要的信息的每个数据项 有相同的生存期，因此，组织成一个活动 记录是很自然的。
1.7 提出的问题
编译程序组织存储分配所采用策略 和方法主要取决于对源程序中下面的问 题的回答。 1．过程可以是递归的吗？ 2．当控制从过程的一次活动返回时，局 部名的值将发生什么 变化? 3．一个过程可以访问非局部名吗？
4．当调用过程时参数是怎样传递的？
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5．过程可以作为参数被传递吗？ 6．过程可以作为结果被返回吗？ 7. 可以在程序控制下进行动态存储分配 吗？ 8. 显式的存储重新分配（指撤除分配后 的分配）是必须的吗？
数 据
实在参数
返回值
sp
控制链:指向主调过程 的活动记录的首地址。
访问链：指向本活动要 访问的非局部数据所在 的活动记录.