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编译原理复习---运行存储分配

article 2024/12/23 6:55:58

适用于电子科技大学编译原理期末考试复习。

1. 运行存储分配策略

编译器在工作过程中，必须为源程序中出现的一些数据对象分配运行时的存储空间。

对于那些在编译时刻就可以确定大小的数据对象，可以在编译时刻就为它们分配存储空间，这样的分配策略称为静态存储分配。

编译时刻分配的存储空间，如何保证在运行起来之后不会与其他程序产生冲突呢(不在编译原理的范畴之内，感兴趣可作了解)？->Linux笔记---进程：进程地址空间-CSDN博客

反之，如果不能在编译时完全确定数据对象的大小，就要采用动态存储分配的策略。即在编译时仅产生各种必要的信息，而在运行时刻，再动态地分配数据对象的存储空间。

动态存储分配包括：栈式存储分配、堆式存储分配。

2. 活动记录

使用过程(或函数、方法)作为用户自定义动作的单元的语言，其编译器通常以过程为单位分配存储空间。过程体的每次执行称为该过程的一个活动(aclivanion)。

过程每执行一次，就为它分配一块连续存储区，用来管理过程一次执行所需的信息，这块连续存储区称为活动记录(activation record)。

一个活动记录通常具有以下几个部分：

临时变量域：用于存放目标程序临时变量的值，例如在计算表达式时产生的中间结果。

局部数据域：用于存放过程本次执行中的局部数据。

机器状态域：用于保存在调用一个过程之前有关机器状态的信息，包括各种寄存器的当前值和返回地址等。

访问链：为访问其它活动记录中所存放的非局部数据提供链地址（在某些语言中需要用到，如PASCAL语言）。

控制链：用以指向主调过程的活动记录。

返回值域：被调用过程用来为主调过程存放返回值的域。

实在参数：用于存放主调过程为被调用过程所提供的实在参数信息（在活动记录中，列出了实在参数的存放空间，但有时参数是通过机器寄存器来传递的，以提高效率）。

排序按照活动记录中各部分的相对地址由低到高的顺序。

3. 变量的存储分配

这是PPT独占的内容，其他地方都没看到。

局部数据 x 的地址：

D表示活动记录的首地址

offset(x)： x 在活动记录中的偏移

D+offset(x) 为 x 的地址

局部数据的类型：

静态变量：D 和 offset(x) 在编译时都能确定下来。

半静态变量：offset(x) 在编译时能确定下来，D 在运行时能确定下来。

半动态变量：D和offset(x) 在编译时都不能确定下来，但运行能确定。

动态变量：offset(x) 在编译、运行时都不能确定下来，即 x 的大小在运行时不固定，可动态改变。

仅支持静态变量的语言采用的存储分配方式为静态存储分配。

4. 静态存储分配

在静态存储分配中，编译器为每个过程确定其活动记录在目标程序中的位置。

这样，过程中每个名字的存储位置就确定了，这些名字的存储地址可以被编译到目标代码中。过程每次执行时，它的名字都绑定到同样的存储单元。

适合静态存储分配的语言(即仅支持静态变量)必须满足以下条件：

数组上下界必须是常数

不允许过程的递归调用

不允许动态建立数据实体

静态存储分配的限制很大，PPT上也没有讨论其具体的分配策略，这里就不再多说。

5. 动态存储分配

栈式存储分配：运行时，每进入一个过程，就在栈顶为该过程分配一块数据区，一旦退出该过程，它所占的空间也退还给系统。

堆式存储分配：有些语言允许用户随时动态地申请和释放存储空间，这种策略是让运行程序持有一个大的存区（堆），在申请时从堆中取一块，释放时将一块存储区退还给堆。

我们主要讨论栈式存储分配，即当一个过程被调用时，该过程的活动记录被压入栈；当过程结束时，该活动记录被弹出栈。

下面这些随便看看，理解以下就行。

6. 非局部数据的访问

这里的讨论要分为两种情况：不支持过程嵌套声明的语言和支持过程嵌套声明的语言。

6.1 不支持过程嵌套声明的语言

例如C语言，非重点。

过程中使用的数据，要么是自身定义的局部数据，要么是在所有过程之外定义的全局数据。

6.2 支持过程嵌套声明的语言

过程嵌套声明是指在过程中定义过程，例如lambda表达式：

#include <iostream>

// 外部函数
void outerFunction() {
    int outerVar = 10;

    // 在外部函数内部定义的内部函数
    auto innerFunction = [&]() {
        // 内部函数可以访问外部函数的变量
        std::cout << "Inner function: outerVar = " << outerVar << std::endl;
    };

    innerFunction();
}

int main() {
    outerFunction();
    return 0;
}