第7章運(yùn)行時(shí)的存儲(chǔ)組織與分配要求明確靜態(tài)存儲(chǔ)分配和動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)分配的含義明確活動(dòng)記錄的含義及組成掌握C/C++和JAVA的存儲(chǔ)分配策略掌握PL/0的存儲(chǔ)分配策略教學(xué)目標(biāo)S.PO.P語義分析、生成中間代碼生成目標(biāo)程序代碼優(yōu)化語法分析程序詞法分析程序錯(cuò)誤處理符號(hào)表管理編譯程序在編譯階段要為源程序中出現(xiàn)的變量、常量等組織好在運(yùn)行階段的存儲(chǔ)空間將這種組織形式通過生成的目標(biāo)代碼體現(xiàn)出來為運(yùn)行階段實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)奠定基礎(chǔ)7.1存儲(chǔ)組織概述7.2靜態(tài)存儲(chǔ)分配7.3棧式動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)分配7.4堆式動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)分配7.5PL/0編譯程序目標(biāo)代碼解釋執(zhí)行時(shí)的存儲(chǔ)分配教學(xué)內(nèi)容7.1存儲(chǔ)組織概述運(yùn)行時(shí)存儲(chǔ)空間的劃分代碼空間數(shù)據(jù)空間目標(biāo)代碼空間靜態(tài)數(shù)據(jù)空間棧自由空間

堆過程的活動(dòng)和活動(dòng)記錄一個(gè)過程的活動(dòng)：該過程的一次執(zhí)行。即每次執(zhí)行一個(gè)過程體，就產(chǎn)生該過程的一個(gè)活動(dòng)?；顒?dòng)記錄：為了管理過程在一次執(zhí)行中所需要的信息，使用一段連續(xù)的存儲(chǔ)區(qū)活動(dòng)記錄的結(jié)構(gòu)7.2靜態(tài)存儲(chǔ)分配

在編譯階段由編譯程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)空間的管理，為源程序中的變量分配存儲(chǔ)單元。（如看電影）條件在編譯時(shí)能夠確定變量在運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)空間大小運(yùn)行時(shí)不改變FORTRAN程序的靜態(tài)分配動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)分配

在目標(biāo)程序運(yùn)行階段由目標(biāo)程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)空間的組織與管理，為源程序中的變量分配存儲(chǔ)單元特點(diǎn)

在目標(biāo)程序運(yùn)行時(shí)進(jìn)行分配編譯時(shí)為運(yùn)行階段設(shè)計(jì)好存儲(chǔ)組織形式，即為每個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)安排好它在數(shù)據(jù)區(qū)中的相對(duì)位置C語言引用sizeof進(jìn)行計(jì)算時(shí)，是在編譯階段完成的，還是在運(yùn)行階段完成的？（如開大會(huì)）7.3棧式動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)分配變量生存期具有嵌套特性，即后進(jìn)先出的特性（如遞歸）進(jìn)入時(shí)：在棧頂為其分配一個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)退出時(shí)：撤消過程數(shù)據(jù)區(qū)練習(xí)下面程序的運(yùn)行結(jié)果是什么？如果把第6行的(i+1)*fact()改成fact()*(i+1)的話，則程序的運(yùn)行結(jié)果是有什么變化？試分析為什么會(huì)有這兩種不同的結(jié)果。intfact(){staticinti=5;if(i==0)return1;else{i--;return((i+1)*fact());//第6行

}}main(){printf("factorof5!=%d\n",fact());}7.4堆式動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)分配變量生存期具有隨機(jī)交叉特性，即非后進(jìn)先出的特性（如程序運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)申請(qǐng)存儲(chǔ)空間）給運(yùn)行的程序劃分一個(gè)大的存儲(chǔ)區(qū)(稱為堆)每當(dāng)需要時(shí)可從堆中分得一塊用完之后再退還給堆C/C++三種不同內(nèi)存分配策略比較程序運(yùn)行前，有些編程語言(C++)編寫的程序會(huì)直接向操作系統(tǒng)請(qǐng)求內(nèi)存，但Java并不支持那么做這樣做的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是保證了程序的平臺(tái)無關(guān)性Java是由

JVM完成申請(qǐng)內(nèi)存的操作當(dāng)程序準(zhǔn)備執(zhí)行時(shí)，由JVM向操作系統(tǒng)請(qǐng)求一定的內(nèi)存空間，稱為初始內(nèi)存空間程序執(zhí)行過程中所需的內(nèi)存都由Java虛擬機(jī)從這片內(nèi)存空間中劃分。Java內(nèi)存分配策略程序運(yùn)行前：Java內(nèi)存分配策略程序運(yùn)行中：Java內(nèi)存分配策略（1）方法區(qū)：類的結(jié)構(gòu)、靜態(tài)成員（2）堆：對(duì)象屬性的值（3）棧：變量（包括基本類型和引用類型）Java內(nèi)存分配策略方法區(qū)堆棧（1）方法區(qū)：類結(jié)構(gòu)（屬性和方法）、靜態(tài)成員（2）堆：對(duì)象屬性的值（3）棧：變量（基本類型變量和引用類型變量）與C/C++不同，Java中所有對(duì)象的存儲(chǔ)空間都是在堆中分配的，但是這個(gè)對(duì)象的引用卻是在棧中分配也就是說在建立一個(gè)對(duì)象時(shí)從兩個(gè)地方都分配內(nèi)存，在堆中分配的內(nèi)存實(shí)際建立這個(gè)對(duì)象，而在棧中分配的內(nèi)存只是一個(gè)指向這個(gè)堆對(duì)象的引用生成了2部分的內(nèi)存區(qū)域:1）stu1這個(gè)引用變量，是方法內(nèi)的變量，放到棧里2)真正Student類的實(shí)例對(duì)象，放到堆里方法結(jié)束后,對(duì)應(yīng)棧中的變量馬上回收，但是堆中的對(duì)象要等到GC來回收例如：Studentstu1=newStudent();自動(dòng)垃圾回收器

GarbageCollector(GC)

清除內(nèi)存垃圾保障堆的內(nèi)存分配和其他語言中棧的內(nèi)存分配一樣快

在棧(也有可能在靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū))找到一個(gè)對(duì)象的引用，GC將它從堆的一個(gè)塊中移到另外塊中，并將它們一個(gè)挨一個(gè)的排列起來,模擬出了一個(gè)棧的結(jié)構(gòu)，但不是先進(jìn)后出的分配，而是可以任意分配的總結(jié)：JAVA三種不同內(nèi)存分配策略比較（1）方法區(qū)：存放類的結(jié)構(gòu)（包括類的屬性和方法）及靜態(tài)成員（2）堆：存放所有類的實(shí)例（即對(duì)象屬性的值）及數(shù)組（3）棧：存放變量（包括基本類型和引用類型），JVM為每個(gè)新創(chuàng)建的線程都分配一個(gè)棧，棧以幀（活動(dòng)記錄）為單位保存線程的狀態(tài)，當(dāng)線程激活一個(gè)Java方法，JVM就會(huì)在棧里新壓入一個(gè)幀，存放局部變量、方法出口等，方法結(jié)束后從棧里彈出一個(gè)幀。.NET框架VB應(yīng)用程序VisualC#應(yīng)用程序VisualC++應(yīng)用程序.NET架構(gòu)代碼.NET框架類庫(kù)WindowsXMLWebserviceADO.NETCLR源代碼編譯成MSIL代碼編程服務(wù)JIT編譯器

生成本機(jī)代碼數(shù)據(jù)類型CLR的產(chǎn)生WindowsDNA有很多開發(fā)語言每種語言都有自己的運(yùn)行庫(kù)是否有：“可以被多種語言共用”的通用環(huán)境有，這就是CLR！托管代碼與非托管代碼托管代碼（ManagedCode）以CLR為目標(biāo)的代碼非托管代碼以“操作系統(tǒng)”為目標(biāo)即時(shí)編譯微軟中間語言MicrosoftIntermediateLanguage，MSIL即時(shí)編譯Just-in-timeCompilation,JITCLR就相當(dāng)于Java語言的虛擬機(jī)MSIL編譯和執(zhí)行源代碼語言編譯編譯在安裝或函數(shù)/方法第一次被調(diào)用時(shí)執(zhí)行即時(shí)編譯（JITCompiler）二進(jìn)制代碼（NativeCode）中間代碼元數(shù)據(jù)（Metadata）.NET內(nèi)存分配機(jī)制（托管和非托管）CLR執(zhí)行模型VB源代碼CompilerC++C#CompilerCompilerAssemblyILCodeAssemblyILCodeAssemblyILCode操作系統(tǒng)服務(wù)公共語言運(yùn)行時(shí)即時(shí)編譯器JITCompiler二進(jìn)制代碼管理代碼ManagedcodeUnmanagedComponent.NET托管資源內(nèi)存分配機(jī)制靜態(tài)分配棧式動(dòng)態(tài)分配堆式動(dòng)態(tài)分配取決于該變量的數(shù)據(jù)類型.NET數(shù)據(jù)類型.NET托管資源內(nèi)存分配機(jī)制如果該值類型的實(shí)例作為類型中的方法(Method)中的局部變量，則該實(shí)例被創(chuàng)建在線程棧上；如果該值類型的實(shí)例作為類型的成員，則該實(shí)例作為引用類型(引用類型在GC堆或者LOH上創(chuàng)建)的實(shí)例的一部分，被創(chuàng)建在GC堆上。

值類型public

class

Test1

{

private

int

i;

//上面(2)中的情況,生成Test的實(shí)例的同時(shí)，int類型的實(shí)例i被創(chuàng)建在GC堆上

public

Test1()

{

byte

b

=0;

//(1)中的情況，byte類型的實(shí)例b被創(chuàng)建在執(zhí)行這段代碼的線程棧上

}

}

值類型分配示例.NET托管資源內(nèi)存分配機(jī)制如果該引用類型的實(shí)例的Size<85000Byte，則該實(shí)例被創(chuàng)建在GC(GarbageCollection)堆上(當(dāng)CLR在分配和回收對(duì)象時(shí)，GC可能會(huì)對(duì)GC堆進(jìn)行壓縮)；如果該引用類型的實(shí)例的Size>=85000byte，則該實(shí)例被創(chuàng)建在LOH(LargeObjectHeap)上(LOH不會(huì)被壓縮)。

引用類型public

class

Test2

{

private

int[]

intArr;

public

Test2()

{

private

Object

o

=

new

Object();

//引用o存在線程棧上，它指向GC堆上的Object實(shí)例

intArr

=

new

int[21250];

//符合(2)中的Size條件，int數(shù)組的實(shí)例被創(chuàng)建在LOH上

}

}

引用類型分配示例7.5

PL/0目標(biāo)代碼解釋執(zhí)行時(shí)的存儲(chǔ)分配code程序存儲(chǔ)器s數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器i指令寄存器b基本地址寄存器t地址寄存器p程序地址寄存器pcode解釋器的結(jié)構(gòu)保存目標(biāo)代碼執(zhí)行時(shí)的數(shù)據(jù)棧（1）程序存儲(chǔ)器codestructinstruction{enumfctf;intl;inta;};structinstructioncode[CXMAX+1];（2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器sints[STACKSIZE];在調(diào)用一個(gè)過程時(shí)，先要在數(shù)據(jù)棧頂為過程及其變量分配一些位置。所有操作運(yùn)算都在棧頂找到它的操作數(shù)，并以計(jì)算結(jié)果代之。棧頂數(shù)據(jù)元素在數(shù)據(jù)棧的位置通過地址寄存器t標(biāo)記。

（3）程序地址寄存器pintp=0;p是code數(shù)組的索引地址，用來存放下一條要解釋執(zhí)行指令在程序存儲(chǔ)器code里的位置。在解釋執(zhí)行時(shí)才用到，初值為0，即第1條要解釋執(zhí)行的指令存放在code[0]。（4）地址寄存器tintt=0;地址寄存器t是s數(shù)組的索引地址，由于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器被當(dāng)作數(shù)據(jù)棧使用，它用來存放數(shù)據(jù)棧s的棧頂位置。在解釋執(zhí)行時(shí)才用到，初值為0，在解釋執(zhí)行前，數(shù)據(jù)棧是空棧。。（5）指令寄存器istructinstructioni;用來存放正在解釋執(zhí)行的一條目標(biāo)代碼指令。在解釋程序里，每次通過i=code[p]；和p=p+1；這兩條賦值語句，完成從程序存儲(chǔ)器code中取指令，以及使程序地址寄存器p指向下一條指令位置的任務(wù)。（6）基本地址寄存器bintb=1;在解釋執(zhí)行時(shí)用到，初值為1，它等于正在執(zhí)行的過程段在數(shù)據(jù)棧的起始地址?；顒?dòng)記錄連接數(shù)據(jù)（也稱聯(lián)系單元）局部數(shù)據(jù)區(qū)靜態(tài)鏈動(dòng)態(tài)鏈返回地址三個(gè)聯(lián)系單元：SL：靜態(tài)鏈，指向定義該過程的直接外層過程的活動(dòng)記錄的基地址，以確保變量的正確存取。DL：動(dòng)態(tài)鏈，指向調(diào)用該過程前正在運(yùn)行的那個(gè)過程的活動(dòng)記錄的基地址，以確保能返回到調(diào)用過程段。RA：返回地址，保存該被調(diào)過程返回后的地址，即當(dāng)時(shí)程序的地址寄存器p的值，也就是調(diào)用過程指令的下一條指令的地址，用來確保返回到正確的指令地址。以下兩條指令協(xié)助cal完成過程調(diào)用和返回ini0a

過程目標(biāo)程序的入口，開辟數(shù)據(jù)段。a為局部變量個(gè)數(shù)+3。開辟數(shù)據(jù)段的結(jié)果是改變棧頂寄存器t的值，即t=t+a。在block中調(diào)用statement之