运行时的存储组织和分配

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1、第7章目标程序运行时的存储组织存储组织运行时的分配策略从逻辑上看，在代码生成前，编译程序必须进行目标程序运行环境的设计和数据空间的分配。一般来讲，假如编译程序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。概述数据空间应包括：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

2、间也能在编译时确定，其地址可以编译进目标代码中。但有些数据对象具有可变体积和待编译性质，而无法在编译时确定存储空间的位置。因此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。1.存储组织目标代码区code静态数据区Stackheap如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（staticdata）用以存放编译时能确定所占用空间的数据，堆栈区（stackandheap）用于可变数据以及管理过程活动的控制信息。编译程序分配目标程序运行时

3、的数据空间的基本依据是程序语言设计时对程序运行中存储空间的使用和管理办法的规定。所谓数据空间的分配，本质上看，是将程序中的每个名字与一个存储位置关联起来，该存储位置用以容纳名字的值。我们知道，即便有些名字在程序中只声明了一次，但该名字可能对应运行时不同的运行空间位置以容纳每次执行时的值。因此，源语言的结构特点、源语言数据类型、源语言中决定名字作用域的规则等因素影响存储空间的管理和组织的复杂程序，决定数据空间分配的基本策略。2.数据空间的使用和管理方法分成三种：静态存储分配栈式动态存储分配堆式动态存储分

4、配存储分配方案策略静态存储分配动态存储分配——栈式、堆式术语静态：如果一个名字的性质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。可变（动态）数组：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（动态）数组。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，那么则称这种分配策略为静态存储分配。如像FOR

5、TRAN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（除公共块和等价语句说明的名字以外），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。…主子1子2子nFORTRAN程序构成特点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，从而每个数据名的地址就可静态进行分配。栈

6、式动态存储分配：这种分配策略是将整个程序的数据空间设计为一个栈。它适用于PASCAL，C，ALGOL之类语言的实现，每当调用一个过程时，它所需的数据空间就分配在栈顶，每当过程工作结束时就释放这部分空间。过程所需的数据空间包括两部分，一部分是生存期在本过程这次活动中的数据对象，如局部变量、参数单元、临时变量等等；另一部分则是用以管理过程活动的记录信息，即当一次过程调用出现时，调用该过程的那个过程的活动即被中断，当前机器的状态信息，诸如程序计数器（返地址）、寄存器的值等，也都必须保留在栈中。当控制从调用返

7、回时，便根据栈中记录的信息恢复机器状态，使该过程的活动重新开始。堆式动态存储分配:如果一个程序语言提供用户自由地申请数据空间和退还数据空间的机制（如C++中的new，delete，PASCAL的new，便是这种机制）或者不仅有过程而且有进程的程序结构，即空间的使用未必服从“先申请后释放，后申请先释放”的原则，那么栈式的状态分配方案就不适用了。这种情况下通常使用一种称为堆式的动态存储分配方案。假设程序运行时有一个大的存储空间，每当需要时就从这片空间中借用一块，不用时再退还。栈式存储分配的实现前面提到，使

8、用栈式存储分析策略意味着，运行时每当进入一个过程，就在栈顶为该过程分配所需的数据空间，当一个过程工作完毕返回时，它的栈顶的数据空间也即释放。下面讨论栈式存储分配的实现。术语－过程的活动记录AR（ActivationRecord）过程的活动记录是一段连续的存储区，用以存放过程的一次执行所需要的信息为说明方便，假定程序是由过程组成，过程区分为源文本，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。