编译原理第19讲(第十章)

目标代码区 静态数据区
Stack
heap
概述
代码生成前如何安排目标机资源 运行时组织的几个问题 数据表示-如何在目标机中表示每个源语言类型的值 表达式求值-如何组织表达式的计算 存储分配-如何组织不同作用域变量的存储 过程实现-如何以例程实现过程，函数，参数传递
决定运行管理复杂程度的因素—源语言本身
静态存储分配举例
FORTRAN语言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)。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。
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(Fortran) 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 静态：如果一个名字的性质
4．存储类别的多少
Global Static Local dynamic
通过说明语句或隐或显规则 而定义，则称这种性质是 “静态”确定的。 动态：如果名字的性质只有 在程序运行时才能知道，则 称这种性质为“动态”确定 的。
10.2 数据表示各种数据对象的存储分配
简单变量： char: 1 byte integers: 2 or 4 bytes floats: 4 to 16 bytes booleans: 1 bit (but usually 1 byte)
存储分配
动态存储分配
如果一个程序设计语言允许递归过程、可变 数组或允许用户自由申请和释放空间，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需待程序运行时 动态地确定。
动态存储分配举例
•若一个数组所需的存储空间的大小在编译时就已知 道，则称它为确定数组，否则称为可变数组。 procedure A(m,n:integer); begin real z; array B[m:n]; begin ··· end; end; B[m:n] 为可变数组，B的上下界是过程A的实参， A被调用时才能确定。 •使用malloc
例子1
(1) program sort(input, output); //sort的过程头 (2) var a: array [0..10] of integer; (3) x: integer; (4) procedure readarray; //sort内嵌套定义的readarray的过程头 (5) var i: integer; (6) begin…a…end{readarray}; //readarray的过程体 (7) procedure exchange(i,j: integer); //sort内嵌套定义的exchange的过程头 (8) begin (9) x∶=a[i]; a[i]∶=a[j]; a[j]∶=x; //exchange的过程体 (10) end{exchange}; (11) procedure quicksort(m,n: integer); //sort内嵌套定义的quicksort的过程头 (12) var k,v: integer; (13) function partition(y,z:integer):integer; //quicksort内嵌套定义的partition的函数头 (14) var i.j:integer; (15) begin //partition的函数体 (16) …a… (17) …v… (18) exchange(i,j); (19) end{partition}; (20) begin…end{quicksort}; //quicksort的过程体 (21) begin…end{sort} //sort的例程体
演示函数调用退出时sp和top的变化
Main---->Q----> R
TOP-----> R的数组区
Main--->Q---->Q
Q的数组区 Q的活动记录 Q的数组区 Q的活动记录 主程序全局 数据区
SP------>
R的活动记录 Q的数组区 Q的活动记录 主程序全局 数据区
TOP----> 临时工作单元 局部简单变量 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……） 实参（形式单元）和参数个数 SP-----> 控制链（老 SP）
10.3.2嵌套过程语言的栈式分配方案
主要特点： （语言）一个过程可以引用包围它的任一外层过程所 定义的标识符（如变量，数组或过程等）。 （实现）一个过程执行时可以引用它的任一外层过程 的最新活动记录中的某些数据。 我们所熟悉的PASCAL语言程序结构的特点是允许 过程嵌套定义，一个过程可以引用包围它的任一外层过 程所定义的标识（如变量，数组或过程等）。它的存储 分配也看成是采用栈式动态分配策略，只是它的过程活 动记录中应增设一些内容，用以解决对非局部变量的引 用问题。 （回忆简单栈式存储分配：局部量＋全局量）
目标机支持的概念 bits bytes words Registers Stack address Routine(sub routine)
概述
在代码生成前，编译程序必须进行目标程序运行环 境的配置和数据空间的分配。 一般来讲，假如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。而有些数据对象具有可变体积和待分配 性质，无法在编译时确定存储空间的位置。
术语--过程活动记录AR
为说明方便，假定源程序是由过程组成，运行时称 作过程的激活。 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AR或 frame帧
一般这个区AR要记录： （运行栈的存储分配） 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 形参 （形式单元） l 返回值（RA 对函数，有时可使用寄存器存放返回值） l 存取链（SL 可选，对于非局部量的引用。） l 控制链（DL 可选，指向调用者的活动记录，释放栈。）
目标代码的解释执行(运行栈S)
M调用过程P
t
. . P
RA DL SL
b t
b
M
10.3.1简单的栈式分配方案
程序结构特点:过程定义不嵌套，过程可递归调用，含
可变数组; 例: main 全局变量的说明 • proc R • …… • end R; • proc Q • …… • end Q; • 主程序执行语句 end main
readarray
{ var i: integer; …对a的访问…
}
exchange
{ } …对a的访问…
quicksort
{ var k,v: integer;
partition
{ } } end var i.j:integer; …对a的访问…
例子1（问题）
过程readarray,exchange和partition中引用的a均不是它们的 局部变量，而是过程sort的局部变量。假如过程sort激活(调用)了 过程quicksort,这时存储栈中的情形示意如图，其中在quicksort过 程活动记录中有一(或一些)存储单元(用斜线描绘)用以记录过程 quicksort可以引用sort中定义的变量a和x。也就是说，为了解决对 非局部量的存取问题，必须设法跟踪每个外层过程的最新活动记录 的位置。
概述
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，如下图就是一种典型划分，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(static data)用以 存放编译时能确定所占用空间的数据；堆栈区(stack and heap)用于 可变数据以及管理过程活动的控制信息。
数据对象的属性 name 名字/名称 type 类型 location 内存地址 value 值 component 成分
指针：unsigned integers 一维数组：一块连续的存储区 多维数组：一块连续的存储区，按行存放 结构（记录）：把所有域（field)存放在一块连续的存储区 对象：类的实例变量象结构的域一样存放在一块连续的存 储区，但方法（成员函数）不存在该对象里 指令：
第十章 目标程序运行时的组织 10.1 10.2 10.3 10.4 10.5 概述 数据表示ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ目标程序运行时的栈式存储组织 参数传递 堆式存储概述
10.1概述-代码生成解决语义gap
高级语言支持的概念 Type value expression Variable procedure Function parameters
静态存储分配举例
(1) PROGRAM CNSUME (2) CHARACTER * 50 BUF //程序体所拥有的静态量BUF (3) INTEGER NEXT //程序体所拥有的静态量NEXT (4) CHARACTER C, PRDUCE //程序体所拥有的静态量C (5) DATA NEXT /1/, BUF / ‘ ’ / (6) 6 C=PRDUCE() (7) BUF(NEXT:NEXT)=C (8) NEXT=NEXT+1 (9) IF(C .EN. ‘ ’ )GOTO 6 (10) WRITE ( * ,‘ (A)’ )BUF (11) END (12) CHARACTER FUNCTION PRDUCE() (13) CHARACTER * 80 BUFFER (14) INTEGER NEXT (15) SAVE BUFFER, NEXT //PRDUCE函数体所拥有的静态量BUFFER, NEXT (16) DATA NEXT /81/ (17) IF (NEXT .GT.80)THEN (18) READ ( * ,‘ (A)’ )BUFFER (19) NEXT=1 (20) END IF (21) PRDUCE=BUFFER(NEXT:NEXT) 在Fortran 90 之前的Fortran 版本 (22) NEXT=NEXT+1 都没有递归.有递归则不能进行静态 (23) END
10.3目标程序运行时的存储组织
存储分配策略： 静态存储分配 动态存储分配——栈式 和 堆式 注：可以混合使用

简单的栈式分配方案 嵌套过程的栈式分配方案 分程序结构的存储分配方案 堆式存储
静态存储分配
这种存储分配非常简单，如果在编译时能确 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，称这种分配策略 为静态存储分配。
例子1（简略图）
//sort的例程体的简略视图 begin var a: array [0..10] of integer;x: integer; ……… 只要一个函数在调用点前出 现过，则可以对该函数进行 调用。 sort可以调用r,e,q（在哪里？） quicksort中可以调用partition （在哪里？ ） partition中可以调r，e，q 但是在s,r,e中都不能调用p， 因为它是q私有的。 因此一个函数被激活的时候， 它的外层都处于激活状态， 也就是说在栈中有活动记录。 因此不会出现p被调用时， 找不到quicksort的活动记录。 （p只可能在q中被调用）