1、第10章 目標程序運行時的存儲組織,學習目標： 掌握：參數(shù)傳遞的幾種方式 理解：靜態(tài)存儲分配、棧式動態(tài)存儲分配、堆式動態(tài)存儲分配的基本思想,目標程序運行時的存儲組織 存儲分配是在運行階段進行的； 但編譯程序在編譯階段要為其設計好存儲組織形式，并將這種組織形式通過生成的目標代碼體現(xiàn)出來； 運行階段，隨著目標代碼的運行，數(shù)據(jù)的存儲組織形式便得以實現(xiàn)。,目標程序運行時的存儲組織要解決的問題： 把靜態(tài)的源程序與程序運行時的動態(tài)活動聯(lián)系起來，即運行中的程序信息是如何進行存儲和訪問的。 在程序執(zhí)行過程中，程序中數(shù)據(jù)的存取是通過對應的存儲單元來進行的 存儲組織就是要在編譯階段為源程序中出現(xiàn)的用戶定義的變量與

2、常量、臨時工作單元、過程或函數(shù)調(diào)用時需要的連接單元與返回地址等分配其在運行階段的存儲空間,10.1 運行時的存儲空間結(jié)構(gòu) 10.2運行時的存儲空間分配 10.3參數(shù)傳遞,10.1 運行時的存儲空間結(jié)構(gòu),當程序運行時，存儲區(qū)的內(nèi)容包括： 目標代碼 目標代碼的大小在編譯時可以靜態(tài)確定，因此可以把它放在靜態(tài)確定的區(qū)域； 目標代碼運行時的數(shù)據(jù)空間 數(shù)據(jù)空間包括：用戶定義的各種類型的數(shù)據(jù)對象；臨時工作單元；輸入/輸出緩沖區(qū)等 數(shù)據(jù)空間有三種組織形式：靜態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)、棧區(qū)和堆區(qū),目標代碼區(qū)（code）； 靜態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)（static data）：用于存放編譯時能確定所占用空間的數(shù)據(jù)，如全局變量和靜態(tài)變量 堆棧區(qū)（

3、stack and heap）：用于存放編譯時不能確定所占用空間的數(shù)據(jù)，如可變數(shù)據(jù)以及管理過程活動的控制信息,運行時的存儲空間結(jié)構(gòu)如下：,自由空間,10.2 運行時的存儲空間分配,影響分配策略的因素： 源語言的結(jié)構(gòu)特點 源語言的數(shù)據(jù)類型 源語言中決定名字作用域的規(guī)則 編譯器具體實現(xiàn)時，采用如下三種分配策略之一或三種的混合形式。這三種方式是： 靜態(tài)存儲分配 棧式動態(tài)存儲分配 堆式動態(tài)存儲分配,10.2.1 靜態(tài)存儲分配,指在編譯時對數(shù)據(jù)對象分配固定的存儲位置，運行時始終不變。即一旦存儲空間的某個位置分配給了某個數(shù)據(jù)名，則在目標程序的整個運行過程中，此位置（地址）就屬于該數(shù)據(jù)名。 由靜態(tài)存儲分配產(chǎn)

4、生的數(shù)據(jù)區(qū)稱為靜態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)。 靜態(tài)存儲分配適用于不允許遞歸過程或遞歸調(diào)用，不允許可變體積的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的語言 靜態(tài)存儲分配的特點：簡單、易于實現(xiàn) 例：FORTRAN語言，它所有的數(shù)據(jù)都屬于這一類。,例：FORTRAN程序 主程序段 Program CNSUME 子程序段 Character function PRDUCE() ,10.2.2 動態(tài)存儲分配,指在運行階段動態(tài)地為源程序中的數(shù)據(jù)對象分配存儲位置 實行動態(tài)存儲分配的語言的特點： 允許遞歸過程 允許可變數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（可變數(shù)組或記錄等） 允許用戶自由申請和釋放空間 這種程序在編譯時無法確定運行時所需數(shù)據(jù)空間的大小，需待程序運行時動態(tài)確定 有兩種動態(tài)

5、存儲分配方式：棧式(stack)、堆式(heap)。,10.2.3 棧式動態(tài)存儲分配,在數(shù)據(jù)空間中開辟一個棧區(qū)，每當調(diào)用一個過程時，它所需要的數(shù)據(jù)空間就分配在棧頂，每當過程工作結(jié)束時就釋放這部分空間?？臻g的使用符合先借后還的原則。 特點：先借后還，管理簡單，空間使用效率高 棧式動態(tài)存儲分配適合于PASCAL、C等典型過程式語言。,Program main; 全局變量定義; Procedure R; End(R); Procedure Q; End(Q); 主程序執(zhí)行體 End.(main),若主程序調(diào)用Q，Q遞歸調(diào)用自己，在Q第二次進入運行后的存儲結(jié)構(gòu)為：,10.2.4 堆式動態(tài)存儲分配,在數(shù)

6、據(jù)空間中開辟一片連續(xù)的存儲區(qū)（通常叫做堆），每當需要時就從這片空間借用一塊，不用時再退還。借用與歸還未必服從“先借后還”的原則。 堆式動態(tài)存儲分配適合于用戶可以自由申請和歸還數(shù)據(jù)空間的語言，如C+。 特點：適用范圍廣，容易出現(xiàn)碎片。 如何充分利用空間是個難題。,作為存儲分配組織的一個原則，能在編譯時完成的存儲分配盡量采用靜態(tài)分配方案，避免目標程序中攜帶許多用于存儲分配的指令，以提高目標代碼的效率。,10.3 參數(shù)傳遞,過程(函數(shù))是結(jié)構(gòu)化程序設計的主要手段，同時也是節(jié)省程序代碼和擴充語言能力的主要途徑。 當一個過程調(diào)用其他過程時，調(diào)用與被調(diào)用之間的通信或者通過全局量，或者由參數(shù)傳遞。 掌握編譯

7、器使用的參數(shù)傳遞的方法很重要，它們直接影響程序運行的結(jié)果。,過程定義 procedure SWAP(n, m: real); var j: real; begin j:=n; n:=m; m:=j end;,參數(shù)傳遞的例子：,主程序 i:=5; ki:=6; SWAP(i, ki);過程調(diào)用 ,1. 參數(shù),參數(shù) 過程定義中的參數(shù)稱為形式參數(shù)，簡稱形參。 過程調(diào)用中的參數(shù)稱為實在參數(shù)，簡稱實參。 實參可以是變量、常量或較復雜的表達式，應與相應的形參在性質(zhì)上相容。 參數(shù)傳遞常用的三種途徑： 傳值 (call by value)，也稱值調(diào)用 傳地址 (call by reference)，也稱引用調(diào)

8、用 傳名 (call by name)，也稱“換名”,2. 傳值,將實參的值計算出來，然后把它傳給被調(diào)過程 傳值的實現(xiàn)： 1.在被調(diào)過程的數(shù)據(jù)空間中為每個形參開辟一個形式單元（用以存放相應的實參值）。 2.調(diào)用過程計算實參的值，并將其值放在對應的形式單元中。 3.被調(diào)用過程執(zhí)行時，每當訪問（引用或賦值）形參時都處理成對形式單元的直接訪問。 特點： 對形式參數(shù)的任何運算不影響調(diào)用過程中的實參的值,例 過程定義 procedure SWAP(n, m: real); var j: real; beginj:=n; n:=m; m:=j end; 主程序 i:=5; ki:=6; SWAP(i, k

9、i);過程調(diào)用,過程調(diào)用時，有 （假設i的地址為add_i）,執(zhí)行了語句”j:=n;n:=m;m:=j”后,結(jié)果：i=5，k5=6 不變，未交換,3. 傳地址,將指向?qū)崊⒋鎯ξ恢玫闹羔槀鹘o被調(diào)用過程 傳地址的實現(xiàn)： 1.在被調(diào)過程的數(shù)據(jù)空間中為每個形參開辟一個形式單元（用以存放相應實參的地址）。 2.調(diào)用過程將實參的地址放在對應的形式單元中。若實參是一個表達式（包括常數(shù)），例如a+b或2，先對表達式求值，并將值存入某一位置，然后將該位置的地址放在形式單元中 3.被調(diào)用過程執(zhí)行時，每當訪問（引用或賦值）形參時都處理成對形式單元的間接訪問。 特點： 對形式參數(shù)的運算影響調(diào)用過程中的實參的值,例 過

10、程定義 procedure SWAP(n, m: real); var j: real; beginj:=n; n:=m; m:=j end; 主程序 i:=5; ki:=6; SWAP(i, ki);過程調(diào)用,過程調(diào)用時，有 （假設i的地址為add_i）,執(zhí)行了語句”j:=n;n:=m;m:=j”后,結(jié)果：i=6，k5=5正確交換,4. 傳名,過程調(diào)用的作用相當于把被調(diào)用段的過程體抄到調(diào)用出現(xiàn)的位置，但把其中形式參數(shù)名換成相應的實在參數(shù)名。 傳名的實現(xiàn)： 1.在被調(diào)過程的數(shù)據(jù)空間中為每個形參開辟一個形式單元（用以存放相應實參子程序的入口地址）。 2.為每個實參設置一個計算實參地址和值的子程序（稱為參數(shù)子程序），并將其入口地址放在對應的形式單元中。 3.被調(diào)用過程執(zhí)行時，每當訪問（引用或賦值）形參時就按實參子程序的入口地址調(diào)用相應的參數(shù)子程序計算出當時實參的值（供引用）或地址（供賦值）。,例 過程定義 procedure SWAP(n, m: real); var j: real; beginj:=n; n:=m; m:=j end;,主程序 i:=5; ki:=6; SWAP(i, ki);過程調(diào)用 ,傳名的結(jié)果： 相當于把SWAP(