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第九章 运行时的存储空间

第九章 运行时的存储空间. 运行时存储空间的结构和分配 过程活动记录 AR 运行时变量的访问. 运行时的存储空间结构. 要保存的信息： 目标代码；数据；库函数代码； 过程活动的控制信息等 运行时的存储空间结构：. 最大地址. 堆区空间 栈区空间. 最小地址. 库代码空间. 静态区空间. 目标代码空间. 目标程序运行时的活动. 活动： 过程的一次执行。如果 a 和 b 是两个活动，则它们的生存期或者是不重叠的，或者是嵌套的。 活动树： 由活动构成的一个树，其中 1 ）树中的每个节点代表一个活动。 2 ）树的根节点是程序的主过程（函数）的活动。

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第九章 运行时的存储空间

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Presentation Transcript

  1. 第九章 运行时的存储空间 • 运行时存储空间的结构和分配 • 过程活动记录AR • 运行时变量的访问

  2. 运行时的存储空间结构 • 要保存的信息： 目标代码；数据；库函数代码； 过程活动的控制信息等 • 运行时的存储空间结构： 最大地址 堆区空间 栈区空间 最小地址 库代码空间 静态区空间 目标代码空间

  3. 目标程序运行时的活动 • 活动：过程的一次执行。如果a和b是两个活动，则它们的生存期或者是不重叠的，或者是嵌套的。 • 活动树：由活动构成的一个树，其中 1）树中的每个节点代表一个活动。 2）树的根节点是程序的主过程（函数）的活动。 3）在树中若b为a的儿子节点，则必有a活动调用了b活动。 4）在树中若a为b的左兄弟节点，则必有a活动先于b活动执行。

  4. 名字的作用域和邦定 • 作用域：一个声明起作用的程序部分称为该声明的作用域。一个名字在程序中只声明一次，该名字在程序运行时也可能代表不同的数据对象。 • 环境和状态：环境表示将名字映射到存储单元的函数，状态表示将存储单元映射到它所保存的值的函数 。 • 绑定：如果环境将名字x映射到存储单元s，我们就说x被绑定（binding）到s 。

  5. 过程活动记录 • 过程活动记录(AR):过程的一个现场记录 • 记录内容： 过程控制信息：先行活动记录的动态链指针、返回地址、层数和长度等 机器状态信息：寄存器状态等 全局变量信息:非局部变量的信息 局部变量值：形参变量、局部变量和临时变量

  6. 临时变量区 局部变量区 AR的结构： 本层变量和返回值 形参变量区 返回值 变量访问信息 变量访问环境 机器状态信息 机器状态 过程层数 控制状态信息 返回地址 动态链指针 sp

  7. 抽象地址分配 I. （ℓ，off）LabelDec（ℓ，off） （ℓ，off）ConstDec（ℓ，off） （ℓ，off）TypeDec（ℓ，off） （ℓ，off）Var id:T（ℓ，off+n） （ℓ，off）ProcDec（ℓ，off） （ℓ，off）FuncDec（ℓ，off） II.(ℓ，off）Proc p()（ℓ+1，off1+ℓ+2） (ℓ，off）Func f():T（ℓ+1，off1+ℓ+2） (ℓ，off）Proc P()（ℓ，off+2） (ℓ，off）Func F():T （ℓ，off+2） III. (ℓ，off）Var ID:T（ℓ，off+1） (ℓ，off）ID:T（ℓ，off+n） IV. (ℓ，off）Proc p(（ℓ+1，off0） (ℓ，off）Func f(（ℓ+1，off0） (ℓ，off）Proc P(（ℓ+1，off0） (ℓ，off）Fucn F(（ℓ+1，off0）

  8. 抽象地址分配例子 （ℓ，10）Label 100，200; （ℓ，10）Const pai=3.14; （ℓ，10）Type arr=array[1..10]of integer; （ℓ，10）Var x:integer; （ℓ，11） a:array[1..5]of integer; （ℓ，16）Function f（ （ℓ+1，4）Var x:real; （ℓ+1，5） a:arr; （ℓ+1，15）Var c:arr; （ℓ+1，16）Procedure G（）; （ℓ+1，18）Function F（）:real （ℓ+1，20） ）:real; （ℓ+1，20+ℓ+2 Begin ……end; （ℓ，16）

  9. 目标程序运行时的动作（1） 调用一个过/函时，建立新的活动记录；退出一个过/函时，删除它的当前活动记录。这些工作由目标程序来完成，分别分散在过程调用语句、过程入口和过程出口部分的目标代码中。 • 过/函调用语句所完成的工作 1）在新建立的活动记录里保存现役活动记录的始地址：0[top]:=sp; 2）在新建立的活动记录里记入先行Display表的始地址： • 实在过程语句情形：3[top]:=sp+ Noff。 • 形式过程语句情形：3[top]:=(第二形参单元)。其中第二形参单元是给形参过程名分配的第二个单元。 3）把实参信息传送到新活动记录区的形参单元中； 4）转向相应过程的目标程序。 5）如果是函数调用，则把函数值读到某寄存器中。

  10. 目标程序运行时的动作（2） • 过/函入口完成的工作 1）在新建立的活动记录里保存返回地址：1[top]:=返回地址 2）在要建立的新活动记录里生成DISPLAY表：从3[top]所指的先行DISPLAY表自底向上抄录ℓ个单元的内容（ℓ是被调用过程的层数），再添上新的sp值。 3）使新建的活动记录成为现役活动记录： sp:=top;top:=top+Moff • 过/函出口完成的工作 1）删除本层活动记录，使动态外层的活动记录成为现役活动记录： top:=sp;sp:=0[sp] 2）按1[top]中的返回地址返回。

  11. 参数传递（1） • 值调用 1）把形参当作所在过程的局部名看待，形参的存储单元在该过程的活动记录中。 2）调用过程计算实参，并把右值放入形参的存储单元中。 • 引用调用 1）如果实参是有左值的名字或表达式，则把该左值放入形参的存储单元。如果实参是a + b或2这样没有左值的表达式，则把它的值计算到新的存储单元，然后传递这个单元的地址。 2）在被调用过程的目标代码中，任何对形参的引用都是通过传给该过程的指针来间接引用实参的。

  12. 参数传递（2） • 值-结果调用 1）在控制流到被调用过程之前，由调用过程计算实参，然后将实参的右值和左值同时传给被调用过程。 2）在被调用过程中，像值调用那样使用实参的右值。 3）在被调用过程中，当控制返回调用过程时，根据传递来的实参的左值，将形参当前的值复写到实参存储单元。 • 换名调用 1）把过程当作宏来对待，也就是在调用点，用被调用过程的体来替换调用者的调用，但是形参用对应的实参文字来代替。这种文字替换方式称为宏展开或内联展开。 2）被调用过程的局部名与调用过程的名字保持区别。可以认为在宏展开前，被调用过程的每个局部名字系统地被重新命名成可区别的名字。 3）为保持实参的完整性，实参可以由括号包围

  13. 静态存储分配 • 存储对象的存储位置在程序的整个生命 周期是固定的。 • 分配对象： 全程变量 常量 信息表 • 分配方法： 块地址法：(DataArea,Offset) 变址模式：(Register,Offset)

  14. 栈式存储分配 • 存在递归调用 • 存储对象： 过程中被声明的形参、局部变量 临时变量 • 分配方法： 对每个被调用过程分配一段存储空间，sp存放当前 过程空间的开始地址；对变量X：（Level，off), 则其存放地址为off[sp]。 过程结束时自动释放空间； • 不能存储： 值的生命周期长于过程的变量； 动态申请空间的变量；

  15. 过程层数 假定主程序的层数为0，称为第0层过程。如果过程 Q是在层数为i的过程P内定义，并且P是包围Q的最小过程，那么，Q的层数就为i+1。 • 调用链 ：过程名序列 若M是主程序名，则（M）是一个调用链； 若(M,…,R)是调用链，且在R中有S的调用，则(M, …, R, S)也是调用链。记为 CallChain(S)= (M, …,R, S) • 动态链： 如果有调用链CallChain(S)=(M,…,R, S)， 则它对应的动态链为： DynamicChain=[AR(M),…,AR(R),AR(S)]

  16. 声明链 （M）是过程声明链；若（M，…，P）是声明链，且P中有过程Q的声明，则（M，…，P，Q）也是过程声明链。记作 DeclaChain（Q）= （M，…，P，Q） • 活跃活动记录 过程S在动态链中可有多个AR，但只有最新的AR(S)是可访问的，称其为S活跃活动记录，记为LAR(S)。 • 变量访问环境 Q的声明链中的每个过程的活跃活动记录构成的链称为Q的当前变量访问环境，记为： VarVisitEnv(LAR(Q))=[LAR(M),…, LAR(P), LAR(Q)]

  17. 变量访问环境的实现方法 • Display表方法 全局表法 局部表法 • 静态链方法 • 寄存器方法

  18. 局部Display表方法 • 对于每个AR求出其变量访问环境，并把它以 地址表的形式(Display表）保存在AR中。因 为每个AR都自带Display表，称这种方法为局 部化Display表方法。 • 如果层数为N的过程P的变量访问环境为： VarVisitEnv(AR(P))=[ARi1,…,ARi,n+1], arij表示ARij的始地址，则 [ari1,…,ari,n+1]是AR(P)的Display表.

  19. …… [ar0,ar1,…,arN-1,newsp] Display表 …… newsp 动态链指针 …… Display表 [ar0,ar1,…,arN-1,…] …… 动态链指针 sp Display表的求法 • NewAR.Display= CurrentAR.Display的前N项newsp

  20. AR(S) X单元 AR(M) AR(Q) AR(R) Z单元 Y单元 newsp Display 表 ar1 ar0 ar1 ar2 ar0 Off- Display sp 例：有过程M,Q,R,S，其中level(M)=0;level(Q)=1;level(R)=1;level(S)=2，各AR的Display表分别如下：

  21. 局部Display表时变量的访问 • 对一个变量X(L, off)，地址为： 当L= CurrentAR.level时： addr(X)=[sp+D]+off 否则: addr(X)=CurrentAR.Display[L]+ off 即[sp+D+L]+off

  22. 静态链方法 • 原Display表部分变成一个单元，称为静态链 单元，存放静态链指针。 • 静态链指针的确定： 若NewAR.level= CurrentAR.level+1-k，则 NewAR.StaticChainPointer=Indir(sp,k) 其中Indir(sp,k)表示sp的k次间接内容。 AR(M) CurrentAR NewAR AR2 AR1 ar2 ar0 ar3 ar4 ar1 sp

  23. 使用静态链时变量的访问 • 变量X(L,off)的地址： 若L= CurrentAR.Level,则addr(X)= [sp+D]+ off 若L= CurrentAR.Level-k,则 addr(X)= Indir(sp,k)+D+ off

  24. 全局Display表和寄存器方法 • 设置一个总的Display表，其长度为最大嵌 套层数（系统确定），其中Display[i]存放 第i层最新AR的指针。D[i]表示。 • 当层数为j的过程Q被调用时： 将旧的D[j]的内容保存到NewAR(Q)中： NewAR(Q).RessumeAddr = D[j]; 改写D[j]的内容：D[j]=NewAR(Q)的地址； 当退出Q时：恢复原来D[j]的内容： D[j] = CurrentAR.ResumeAddr • 变量X(L,off)的地址：addr(X)= D[L]+off

  25. 全局Display表方法的实现 sp proc P; proc Q; begin R end proc R; proc S; begin T end proc T; begin end begin S end begin Q end 全局Display表

  26. 堆区的存储分配 • 可随时分配和释放空间 • 存储对象： 动态申请空间的变量的值 • 释放空间方法： 显式释放： 隐式释放：单指针释放 计数释放法 标记释放法 • 分配空间方法： 最佳符合法；首次优先法；循环首次优先法

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