编译第10章

10.3 栈式存储管理
一、允许过程(函数)递归调用的数据存储管理 1、语言特点 允许过程(函数)的递归调用，但不允许定义嵌套的 过程(函数)，也不许使用可变数组。如C语言。 2、栈式存储分配 每进入一个过程，就有相应的数据区建立在栈顶。 当程序开始运行前，用于建造数据区的栈是空栈。当 开始进入主程序执行语句前，便在栈中建立全局变量 和主程序数据区。在主程序中若有调用过程的语句时 ，便在栈顶累筑该过程的活动记录。在进入过程后执 行过程的可执行语句前再把局部数组累筑于栈顶，若 还有调用过程的语句就重复上述过程。
C语言的活动记录
TOP
临时工作单元
内情向量
x
简单变量 形式单元 形参个数 返回地址
2
1
0
老SP
注： 1)活动记录的建立是按照调用次序而累筑，而非排 列次序； 2)栈顶活动记录数据区有两个指针SP和TOP，SP 指向现行数据区起点，TOP指向顶点； 3)从数据区中引出指向主程序数据区的箭头表示外 部变量引用关系；
3. 参数个数和形式单元 4. DISPAY表。 5. 过程所辖的各分程序的局部数据单元。 对于每个分程序来说，它们包括： （1)分程序的TOP值。当进入分程序时它 含现行栈顶地址，以后，用来定义栈的 新高度（分程序的TOP值）； （2)分程序的局部变量， 数组内情向量和 临时工作单元。
Procedure A(m,n); integer m,n; B1:begin real z; array B[m:n]; B2:begin real d, e; L3: end; B4:begin array C[1:m]; B5:begin real e; L6: 5 end; end; L8:end;
2 1 4
分程序结构的存储分配方案
• 处理分程序结构存储分配方案的一种简单办法 是，把分程序看成 “无名无参过 程”，它在哪 里定义就在哪里被调用。因此，可以把处理过程 的存储办法应用到处理分程序中。但这种做法是 极为低效的。 • 一则，每逢进入 一个分程序，就照样建立连接 数据和DISPLAY表,这是不必要的。 二则 ，当 从内层分程序向外层转移时，可能同时要结束若 干个分程序。
4)C语言的活动记录所含区段是：连接数据(包含老 SP值(即前一活动记录的首地址；或称施调过程的 数据区首地址)和返回地址(即调用语句的下一条指 令的地址))、参数(形参)个数、形式单元(存放实参 值或地址)、过程的局部变量(简单变量)、数组内情 变量和临时工作单元。 5)过程中的局部变量(简单变量)在内存地址可表示 为变址形式x[SP]，其中SP为当前数据区首地址， 用作变址值，x称为相对位移量。
TOP----> 临时工作单元 局部简单变量 TOP R的数组区
局部数组的内情向量
保存运 行过程前的状态 （返回地址，寄存器值……） SP
R的活动记录
Q的活动记录 主程序全局
实参（形式单元）和参数个数
SP-----> 控制链（老SP） 无嵌套定义的过程活动记录内容
数据区
分配了数组区之后的运行栈
二、嵌套过程语言的栈式分配方案
注：3)若使用栈式存储管理策略，则运行时 ，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。 4)有些程序设计语言允许用户随时动态申请 和释放存储空间，而且申请和释放之间不 遵循先申请后释放或后申请先释放原则， 此时需要使用堆式存储管理。 5)若使用堆式存储管理策略，则让运行程序 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。
10.3 参数传递
• 传值（值调用） 特点是对形式参数的任何运算不影响实参的值。 例如：过程 swap(x,y:integer); swap(a,b）；其结果： a,b调用前的值不改 变。 • 传地址（变量参数） 例如：过程 swap(var x,y:integer); swap(a,b）；（ a,b为调用时的实参 ） 调用结果a,b的值被改变。
Global Static Local dynamic
10.2 数据空间的三种不同使用方法和管理 1、静态存储分配 在编译时就可以完全为数据项目分配 存储单元，称为静态存储分配。 注：若一个程序设计语言不允许递归 调用，而且不含有可变数组，则可使用 静态存储分配策略。
2、动态存储分配 在运行时才能进行数据存储单元分配，称 为动态存储分配。 注：1)若某程序设计语言允许过程递归调用 ，而且允许使用可变数组，那么在编译时就 不可能完全为其数据项目分配存储单元，必 须采取动态存储分配策略。 2)动态分配数据单元时一般使用栈，即，栈 式存储管理。
（2）
• 主程序--->P--->Q--->R
R 的 display sp 活动记录 d[1] Q 的 d[0] 活动记录 P 的 活动记录 主程序的 活动记录
（4） top
top Q display sp d[2]
d[1] d[0]
的 活动记录 P 的 活动记录 主程序的 活动记录
（3）
三、分程序结构
例如有如下程序： MAIN () {…… Q( ); } P( ) {……} Q( ) { …… P( ); …… }
当P过程进入运行 后，栈顶数据区 有两个指针：
– SP指向现行过 程数据区起点； – TOP指向顶点
TOP
P过程数据区
SP
从数据区中引出指 向主程序数据区 的箭头表示外部 变量引用关系。
• 按照过程处理办法，意味着必须一层一层 地通过“返回” 来恢复所要到达的那个分 程序的数据区，但不能直接到达。 例如：如果有一个从第5层分程序转出到达 第1层分程序的标号L，虽然在第5层分程 序工作时知道L所属的层数，我们极易从 DISPLAY中获得第1层分程序的活动记录 基址（SP），但是怎么知道第1层分程序 进入时的TOP呢？唯一的办法是从 5,4,3 和2各层顺序退出。但这种办法是很浪费时 间的。
2 1 4
K D 6 5 4 3 2 1 0
变 量e 变 量e和d B5 的 T O P 数 组C的 内 情 向 量 B4 的 T O P B2 的 TOP 数 组B的 内 情 向 量 变 量 z B1 的 T O P DISPLAY 形 式 单 元 m,n 参 数 个 数：2 调 用 时 的 栈 顶 地 址（老 T O P） 全 局DISPLAY 地 址 返 回 地 址 老SP 过 程 的 T O P，指 向 活 动 记 录 之 顶
目标代码区
静态数据区 Stack
heap
运行环境和存储分配设计分析
逻辑阶段：在目标代码生成前，作准备 实质： 关联（Binding）
将源程序的文本 源文件中的名字N 程序运行动作的实现 运行时的存储S
决定运行管理复杂程度的因素——源语言本身 1. 允许的数据类型的多少 2．语言中允许的数据项是 静态确定 动态确定 3．程序结构 决定名字的作用域的规则和结构 A．段结构 B．过程定义不嵌套，只允许过程递归调用 C．分程序结构 分程序嵌套 过程定义嵌套 4存储类别的多少
程序结构图
R 主
P
Q
call R
call Q call P call R
用Display表的方案
(1)主程序--->(2)P--->(3)Q--->(4)R
top
top display d[0]
主程序的 sp 活动记录
display d[1]
d[0]
（1）
P 的 sp 活动记录 主程序的 活动记录
每个过程被当作是0层分程序。而过程体 分程序（假定是一个分程序）当作是它 ： 所管辖的第1层分程序。 这样，每个过程的活动记录所含的内容有： 1.过程的TOP值，它指向过程活动记录的 栈顶位置。 2.连接数据，共四项： （1)老SP值； （2)返回地址； (3)全局DISPAY地址； （4)调用时的栈顶单元地址，老TOP。
为了解决上述问题，可采取两种措施。 • 第一，对每个过程或分程序都建立有自 己的栈顶指示器TOP，代替原来仅有过 程的栈顶指示器, 每个TOP的值保存在各 自活动记录中。这样，上述的第二个问 题便可解决。 • 第二，不把分程序看作“无参过程”， 每个分程序享用包围它的那个最近过程 的DISPLAY。每个分程序都隶属于某个 确定的过程，分程序的层次是相对于它 所属的那个过程进行编号的。
10.1
概述
• 代码生成前如何安排目标程序运行环境 的设计和数据空间的分配。 • 数据的存储单元 变量、常量单元，临时工作单元，返 回地址，缓冲区。 注：编译程序必须为目标程序的运行分配 数据的存储单元，若无存放数据信息的 单元，则目标程序将无法运行。
通常存储区布局可为：目标区， 静态数据区，栈区和堆区
第十章 目标程序运行时的存储组织
１、理解基本概念：静态存储分配，动 态存储分配，栈式存储分配，堆式存 储分配，活动记录； 2、理解运行阶段存储组织的基本思想与 分配方案， 栈式存储分配的实现， 参数传递中值传递、地址传递方式；
目录
10.1 概述 10.2 数据空间的三种不同使用方法 和管理方法 10.3 参数传递
1. 用控制链
• 在过程活动记录中增设存取链，指向包 含该过程的直接外层过程的最新活动记 录的起始位置。见P223
2、用Display表 Display表---嵌套层次显示表 当前激活过程的层次为K，它的Display 表含有K+1个单元，依次存放着现行 层，直接外层…直至最外层的每一过程 的最新活动记录的基地址。
Q过程数据区
主程序数据 区
C数据区结构

3、 活动记录AR（Activation Record)：一个过程 的一次执行所需要的信息使用一个连续的存储区 来管理，这个区（块）叫做一个活动记录。
一般活动记录要记录： l 临时值，如计算表达式时的中间工作单元。 l 局部变量 （数据） l 保存运行过程前的状态 （返回地址，寄存器值……） l 存取链（可选） 对于非局部量的引用。 l 控制链（可选） 指向调用者的活动记录，释放栈。 l 实参（形式单元） l 返回值（对函数） （有时可使用寄存器存放返回值）