運(yùn)行時(shí)的存儲(chǔ)組織與分配

1、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.P,O.P,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

2、.5 PL/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,,過程的活動(dòng)和活動(dòng)記錄,,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）,,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)

3、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,（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。,int fact( )

4、{ static int i=5; if(i==0) return 1; else { i--; return((i+1)*fact( )); //第6行 }}main( ){ printf("factor of 5!=%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）

5、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

6、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)

7、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：Student stu1=new Student( );,自動(dòng)垃圾回收器,Garba

8、ge Collector(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

9、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,,Visual C# 應(yīng)用程序,,Visual C++ 應(yīng)用程序,,.NET 架構(gòu)代碼,.NET 框架,類庫,,Windows,,,XML Web service,ADO.N

10、ET,CLR,,,,,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,Windows DNA有很多開發(fā)語言每種語言都有自己的運(yùn)行庫 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（Managed Code）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 Microsoft Intermediate

11、 Language，MSIL即時(shí)編譯Just-in-time Compilation, JITCLR就相當(dāng)于Java語言的虛擬機(jī),編譯和執(zhí)行,源代碼,,編譯,在安裝或函數(shù)/方法第一次被調(diào)用時(shí),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,Compiler,C++,C#,Compiler,Compiler,AssemblyIL Code,AssemblyIL Co

12、de,AssemblyIL Code,操作系統(tǒng)服務(wù),公共語言運(yùn)行時(shí),,,,即時(shí)編譯器JIT Compiler,二進(jìn)制代碼,管理代碼Managedcode,,,,,UnmanagedComponent,,,.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

13、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

14、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

15、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LOH(Large Object Heap)上(LOH不會(huì)被壓縮)。,引用類型,public class Test2   {  

16、;     private int[] intArr;       public Test2()       {           

17、;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(

18、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,,,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codestruct instruction{ enum

19、 fct f ; int l; int a;};struct instruction code[CXMAX+1];,（2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器sint s[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pint p=0;p是code數(shù)組的索引地址，用來存放下一

20、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tint t=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istruct instruction i;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

21、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bint b=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。,活動(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：

22、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ini 0 a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stateme

23、nt之前調(diào)用gen(ini,0,dx);opr 0 0過程目標(biāo)程序的出口，釋放數(shù)據(jù)段。恢復(fù)調(diào)用該過程前正在運(yùn)行的過程的數(shù)據(jù)段基地址寄存器的值和棧頂寄存器的值，并將返回地址送到地址寄存器p中，以使調(diào)用前的程序從斷點(diǎn)開始繼續(xù)執(zhí)行。 在block中調(diào)用statement之后調(diào)用gen(opr,0,0);,小結(jié),重點(diǎn)掌握：靜態(tài)存儲(chǔ)分配（Fortran）和動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)分配（C、Pascal）的含義活動(dòng)記錄的含義及組成掌握C/C++和JA