第8章 运行时的存储管理

1. 第 8章
运行时的
存储管理
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2. 开设本章的目的
 一个用高级语言编写的程序要投入运
行，
一组可运行
涉及
的代码，这组代码 程序语言的编译系统
应与高级语言的程
序等价；
一个运行环 变量以及变
境，对程序中的变 涉及
量的存储分配和存
量做存储分配，提 储管理的问题。
供各种运行信息。
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3. § 8.1
存储组织
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4. 运行时内存的划分
 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
1. 生成的目标代码空间；
2. 目标代码运行时的数据空间
。
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5. 代码空间
这是经翻译后的目标代码的存储
区域，线性存放着目标指令序列。这是
固定长度的，即在编译时能确定的。
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6. 数据空间
每个程序都定义一定数量的各
种类型的变量和常量，必须为之分配
相应的存储空间。
 用户定义的各种类型的数据对象；
 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；
 组织输入、输出所需的缓冲区。
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7. 有些数据对 有些数据对象具有
象所占用的空间，在 可变体积和待编译
编译时能确定，其地 性质，无法再编译
址可以编译进目标代 时确定存储空间的
码； 位置。
静态存储分 动态存储分
配 配
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8. 数据空间的分配
名字 存储位置
值
对数据空间来说，程序实体
的属性 ( 变量类型决定存储长度，作
用域决定了变量在存储区的空间范
围等 ) 和语言的运行特性都决定了数
据空间的分配和管理应采用的方法
和策略。
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9. 代码段
静态数据区 静态数据段
用以存放编译时能确
定所占用空间的数据 运行栈
。
⇓
堆栈区用于
存放可变数据以及管 ⇑
理过程活动的控制信
息。 堆
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10.  静态存储分配
 动态存储分配
1. 栈式动态存储分配
2. 堆式动态存储分配
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11. 过程活动记录 (AR)
源程序由一组过程按某种规则组
成。过程的一次执行称作一次活动。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，这个区叫做一
个活动记录。
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12. 临时值，如计算表达式时的中间工作单元。
局部变量（数据）
保存运行过程前的状态
存取链（可选）对于非局部量的引用。
控制链（可选）
指向调用者的活动记录，释放栈。
实参（形式单元）
返回值（对函数）
（有时可使用寄存器存放返回值）
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13. § 8.2
静态
存储分配
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14. 静态存储分配
 对于某些变量，在编译时刻就可以由
编译程序为它们分配存储区。在运行
时刻，这些变量和存储区的结合（绑
定）不变。
 局部名字的值在过程活动停止后仍保
留下来。
 不能处理的情况：
在编译时刻不能确定大小的变量。
要支持递归过程实现。
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动态建立的数据结构。

15. 动态存储分配
 凡不满足静态分配条件的语言，自然
归入了动态分配类。
 如果一个程序语言允许递归过程、可
变数组或允许用户自由申请和释放空
间，那么就采用动态存储分配管理技
术。
 有两种动态存储分配方式：
1. 栈式 (stack) 动态存储分配
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2. 堆式 (heap) 动态存储分配

16. § 8.3
栈式
存储分配
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17. 基于控制栈的原理： 存储空间被组织
成栈，活动记录的推入和弹出分别对应
于活动的开始和结束。
 与静态分配不同的是，在每次活动中
把局部名字和新的存储单元绑定，在活
动结束时，活动记录从栈中弹出，因而
局部名字的存储空间也随之消失。
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18. 简单的栈式存储分配
 程序结构特点：没有分程序结构，过程
定义不嵌套，过程可递归调用，含可变
数组；
 采用栈式动态分配策略，运行时，每当
进入一个过程，则为该过程分配一段存
储区，当一个过程工作完毕返回时，它
所占用的存储区则可释放。
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19. main
全局变量的说明或数
组的说明； Main---->Q---->R
proc R
…… TOP -----> R 的活动记录
end R; SP------>
proc Q Q的活动记录
……
主程序全局
end Q;
数据区
主程序执行语句
end main
SP 指向现行过程活动记录的起
点 19

20. 嵌套过程语言的栈式分配
 （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。
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21. 带有嵌套过程的一个 Pascal 程
序
sort
readarray
exchange
quicksort
partition
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22.  关键技术：解决对非局部量的引用
（存取）。
 设法跟踪每个外层过程的最新活动记
录 AR 的位置。
 跟踪办法：
1. 用存取链。
2. 用 DISPLAY 表。
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23. 存取链
栈中的活动记录应反映源程序中
过程之间的嵌套关系。
为每一个活动记录增设一个称
为存取链的指针，如果在源程序中过程
p 直接嵌入在过程 q 中，那么 p 的一个
活动记录中的存取链指向 q 的最近的活
动记录中的存取链。从当前活动记录开
始，沿着这条链，能找到访问的非局部
名字。
程序运行过程中应维持这条链
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24. 嵌套层次显示表 display
 “ 嵌套层次 ” 是指过程定义的层数。主
程序的层数为 0 。向外逐层加 1 。
 每进入一个过程后，在建立它的活动
记录的同时建立一张 display 表。
 当前激活过程的层次为 K ，它的
Display 表含有 K+1 个单元，自顶向下
依次存放着现行层，直接外层 … 直至
最外层的每一过程的最新活动记录的
地址。 24

25. § 8.4
堆式
存储分配
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26. 堆式存储分配
 堆式分配的适合范围：
允许动态申请和释放存储空间，申请
和释放之间不一定遵循 “ 后申请先释放
” 的原则。
 堆式分配的基本思想：
存储区分为两种状态：使用中、空闲
中；
只有程序正式要求撤销某数据对象的
时候 , 才由存储空间回收程序释放该对
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