运行时存储空间的组织和管理教材

第六章第六章 运行时存储空间的组织和管理运行时存储空间的组织和管理 术语术语 过程的过程的活动活动过程的一次执行称为过程的一次活动过程的一次执行称为过程的一次活动 活动记录活动记录过程的活动需要可执行代码和存放所需信息的存过程的活动需要可执行代码和存放所需信息的存储空间储空间, ,后者称为活动记录后者称为活动记录本章内容本章内容 讨论一个活动记录中的数据布局讨论一个活动记录中的数据布局 程序执行过程中，所有活动记录的组织方式程序执行过程中，所有活动记录的组织方式 第六章第六章 运行时存储空间的组织和管理运行时存储空间的组织和管理 影响存储分配策略的语言特征影响存储分配策略的语言特征 过程能否递归过程能否递归 当控制从过程的活动返回时，局部变量的值是否当控制从过程的活动返回时，局部变量的值是否要保留要保留 过程能否访问非局部变量过程能否访问非局部变量 过程调用的参数传递方式过程调用的参数传递方式 过程能否作为参数被传递过程能否作为参数被传递 过程能否作为结果值传递过程能否作为结果值传递 存储块能否在程序控制下动态地分配存储块能否在程序控制下动态地分配 存储块是否必须显式地释放存储块是否必须显式地释放6.1 局部存储分配局部存储分配6.1.1 过程过程语言概念：语言概念：过程定义、过程定义、过程过程调用、形式参数、实在参调用、形式参数、实在参数、数、活动的活动的生存期生存期6.1 局部存储分配局部存储分配6.1.2 名字的作用域和绑定名字的作用域和绑定1、名字的作用域、名字的作用域 一个声明起作用的程序部分称为该声明的一个声明起作用的程序部分称为该声明的作作用域用域 即使一个名字在程序中只声明一次，该名字即使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表示不同的数据对象在程序运行时也可能表示不同的数据对象6.1 局部存储分配局部存储分配2、环境和状态、环境和状态 环境把名字映射到左值，而状态把左值映射环境把名字映射到左值，而状态把左值映射到右值（即到右值（即名字到值有两步映射名字到值有两步映射） 赋值改变状态，但不改变环境赋值改变状态，但不改变环境 过程调用改变环境过程调用改变环境 如果环境将名字如果环境将名字x映射到存储单元映射到存储单元s，则说则说x被被绑定绑定到到s名字名字存储单元存储单元状态状态值值环境环境6.1 局部存储分配局部存储分配3、静态概念和动态概念的对应、静态概念和动态概念的对应静静 态态 概概 念念 动动 态态 对对 应应 过程的定义过程的定义 过程的活动过程的活动 6.1 局部存储分配局部存储分配3、静态概念和动态概念的对应、静态概念和动态概念的对应静静 态态 概概 念念 动动 态态 对对 应应 过程的定义过程的定义 过程的活动过程的活动 名字的声明名字的声明 名字的绑定名字的绑定 6.1 局部存储分配局部存储分配3、静态概念和动态概念的对应、静态概念和动态概念的对应静静 态态 概概 念念 动动 态态 对对 应应 过程的定义过程的定义 过程的活动过程的活动 名字的声明名字的声明 名字的绑定名字的绑定 声明的作用域声明的作用域 绑定的生存期绑定的生存期 6.1 局部存储分配局部存储分配6.1.3 活动记录活动记录活动记录的常见布局活动记录的常见布局返返 回回 值值临临 时时 数数 据据参参 数数控控 制制 链链访访 问问 链链机机 器器 状状 态态局局 部部 数数 据据6.1 局部存储分配局部存储分配6.1.4 局部数据的布局局部数据的布局 字节是可编址内存的最小单位字节是可编址内存的最小单位 变量所需的存储空间可以根据其类型而静态变量所需的存储空间可以根据其类型而静态确定确定 一个过程所声明的局部变量，按这些变量声一个过程所声明的局部变量，按这些变量声明时出现的次序，在局部数据域中依次分配明时出现的次序，在局部数据域中依次分配空间空间 局部数据的地址可以用相对于某个位置的地局部数据的地址可以用相对于某个位置的地址来表示址来表示 数据对象的存储布局还有一个对齐问题数据对象的存储布局还有一个对齐问题6.1 局部存储分配局部存储分配 例例 在在SPARC/Solaris工作站上下面两个结构体工作站上下面两个结构体的的size分别是分别是24和和16，为什么不一样？，为什么不一样？typedef struct _atypedef struct _bchar c1; char c1;long i; char c2;char c2; long i;double f; double f;a; b;对齐：对齐：char : 1, long : 4, double : 86.1 局部存储分配局部存储分配 例例 在在SPARC/Solaris工作站上下面两个结构体工作站上下面两个结构体的的size分别是分别是24和和16，为什么不一样？，为什么不一样？typedef struct _atypedef struct _bchar c1;0 char c1;0long i;4 char c2; 1char c2;8 long i; 4double f; 16 double f; 8a; b;对齐：对齐：char : 1, long : 4, double : 86.1 局部存储分配局部存储分配 例例 在在X86/Linux机器的结果和机器的结果和SPARC/Solaris工工作站不一样，是作站不一样，是20和和16。typedef struct _atypedef struct _bchar c1;0 char c1;0long i;4 char c2; 1char c2;8 long i; 4double f; 12 double f; 8a; b;对齐：对齐：char : 1, long : 4, double : 46.1 局部存储分配局部存储分配6.1.5 程序块程序块 本身含有局部变量声明的语句本身含有局部变量声明的语句 可以嵌套可以嵌套 最接近的嵌套最接近的嵌套作用域规则作用域规则 并列程序块不会同时活跃并列程序块不会同时活跃 并列程序块的变量可以重叠分配并列程序块的变量可以重叠分配6.1 局部存储分配局部存储分配main() / 例例 / / begin of B0 / int a = 0; int b = 0; / begin of B1 / int b = 1; / begin of B2 / int a = 2; / end of B2 / / begin of B3 / int b = 3; / end of B3 / / end of B1 / end of B0 /声声 明明 作作 用用 域域 int a = 0; B0 B2 int b = 0; B0 B1 int b = 1; B1 B3 int a = 2;B2int b = 3; B3 a0b0b1a2, b3重叠分配存储单元重叠分配存储单元 6.2 全局栈式存储分配全局栈式存储分配本节介绍本节介绍 介绍程序运行时所需的各个活动记录在存储介绍程序运行时所需的各个活动记录在存储空间的分配策略空间的分配策略 描述过程的目标代码怎样访问绑定到局部名描述过程的目标代码怎样访问绑定到局部名字的存储单元字的存储单元 介绍三种分配策略介绍三种分配策略 静态分配策略静态分配策略 栈式分配策略栈式分配策略 堆式分配策略堆式分配策略6.2 全局栈式存储分配全局栈式存储分配6.2.1 运行时内存的划分运行时内存的划分代代 码码静静 态态 数数 据据堆堆栈栈6.2 全局栈式存储分配全局栈式存储分配1、静态分配、静态分配 名字在程序被编译时绑定到存储单元，不需名字在程序被编译时绑定到存储单元，不需要运行时的任何支持要运行时的任何支持 绑定的生存期是程序的整个运行期间绑定的生存期是程序的整个运行期间6.2 全局栈式存储分配全局栈式存储分配2、静态分配给语言带来限制、静态分配给语言带来限制 递归过程不被允许递归过程不被允许 数据对象的长度和它在内存中位置的限制，数据对象的长度和它在内存中位置的限制，必须是在编译时可以知道的必须是在编译时可以知道的 数据结构不能动态建立数据结构不能动态建立6.2 全局栈式存储分配全局栈式存储分配 例例 C程序的外部变量、静态局部变量以及程程序的外部变量、静态局部变量以及程序中出现的常量都可以静态分配序中出现的常量都可以静态分配 声明在函数外面声明在函数外面 外部变量外部变量 静态分配静态分配 静态外部变量静态外部变量 静态分配静态分配 声明在函数里面声明在函数里面 静态局部变量静态局部变量 也是静态分配也是静态分配 自动变量自动变量 不能静态分配不能静态分配6.2 全局栈式存储分配全局栈式存储分配6.2.2 活动树和运行栈活动树和运行栈1、活动树、活动树 用树来描绘控制进入和离开活动的方式用树来描绘控制进入和离开活动的方式mq(1,9)rp(1,9)q(1,3)q(1,0)p(1,3)q(2,3)q(2,1)q(3,3)p(2,3)q(5,9)q(5,5)p(5,9)q(7,9)q(7,7)q(9,9)p(7,9)6.2 全局栈式存储分配全局栈式存储分配 活动树的特点活动树的特点 每个结点代表某过程的一个活动每个结点代表某过程的一个活动 根结点代表主程序的活动根结点代表主程序的活动 结点结点a是结点是结点b的父结点，当且仅当控制流从的父结点，当且仅当控制流从a的的活动进入活动进入b的活动的活动 结点结点a处于结点处于结点b的左边，当且仅当的左边，当且仅当a的生存期先的生存期先于于b的生存期的生存期6.2 全局栈式存储分配全局栈式存储分配 当前活跃着的过程活动可以保存在一个栈中当前活跃着的过程活动可以保存在一个栈中 例例 控制栈的内容：控制栈的内容：m, q (1, 9), q (1, 3), q (2, 3) mq(1,9)rp(1,9)q(1,3)q(1,0)p(1,3)q(2,3)q(2,1)q(3,3)p(2,3)q(5,9)q(5,5)p(5,9)q(7,9)q(7,7)q(9,9)p(7,9)6.2 全局栈式存储分配全局栈式存储分配2、运行栈：、运行栈：把控制栈中的信息拓广到包括过程把控制栈中的信息拓广到包括过程活动所需的所有局部信息（即活动记录）活动所需的所有局部信息（即活动记录） 6.2 全局栈式存储分配全局栈式存储分配2、运行栈：、运行栈：把控制栈中的信息拓广到包括过程把控制栈中的信息拓广到包括过程活动所需的所有局部信息（即活动记录）活动所需的所有局部信息（即活动记录） ma : arraym6.2 全局栈式存储分配全局栈式存储分配2、运行栈：、运行栈：把控制栈中的信息拓广到包括过程把控制栈中的信息拓广到包括过程活动所需的所有局部信息（即活动记录）活动所需的所有局部信息（即活动记录） mi: integerra : arraymr6.2 全局栈式存储分配全局栈式存储分配2、运行栈：、运行栈：把控制栈中的信息拓广到包括过程把控制栈中的信息拓广到包括过程活动所需的所有局部信息（即活动记录）活动所需的所有局部信息（即活动记录） mk: integerq (1, 9)a : arraymq(1,9)r6.2 全局栈式存储分配全局栈式存储分配2、运行栈：、运行栈：把控制栈中的信息拓广到包括过程把控制栈中的信息拓广到包括过程活动所需的所有局部信息（即活动记录）活动所需的所有局部信息（即活动记录） mk: integerq (1, 9)a : arrayq (1, 3)k: integermq(1,9)rp(1,9) q(1,3)q(1,0)p(1,3)6.2 全局栈式存储分配全局栈式存储分配6.2.3 调用序列调用序列 过程调用和过程返回都需要执行一些代码来过程调用和过程返回都需要执行一些代码来管理活动记录栈，保存或恢复机器状态等管理活动记录栈，保存或恢复机器状态等 过程调用序列过程调用序列过程调用时执行的分配活动记录，把信息填入它的过程调用时执行的分配活动记录，把信息填入它的域中的代码域中的代码 过程返回序列过程返回序列过程返回时执行的恢复机器状态，释放活动记录，过程返回时执行的恢复机器状态，释放活动记录，使调用过程能够继续执行的代码使调用过程能够继续执行的代码 调用序列和返回序列调用序列和返回序列常常都分成两部分，分常常都分成两部分，分处于调用过程和被调用过程中处于调用过程和被调用过程中6.2 全局栈式存储分配全局栈式存储分配 即使是同一种语言，过程调用序列、返回序即使是同一种语言，过程调用序列、返回序列和活动记录中各域的排放次序，也会因实列和活动记录中各域的排放次序，也会因实现而异现而异 设计这些序列和活动记录设计这些序列和活动记录的一些原则的一些原则 以活动记录中间的某个以活动记录中间的某个位置作为基地址位置作为基地址 长度能较早确定的域放在长度能较早确定的域放在活动记录的中间活动记录的中间返返 回回 值值临临 时时 数数 据据参参 数数控控 制制 链链访访 问问 链链机机 器器 状状 态态局局 部部 数数 据据6.2 全局栈式存储分配全局栈式存储分配 即使是同一种语言，过程调用序列、返回序即使是同一种语言，过程调用序列、返回序列和活动记录中各域的排放次序，也会因实列和活动记录中各域的排放次序，也会因实现而异现而异 设计这些序列和活动记录设计这些序列和活动记录的一些原则的一些原则 一般把临时数据域放在一般把临时数据域放在局部数据域的后面局部数据域的后面 把参数域和可能有的返回把参数域和可能有的返回值域放在紧靠调用者活动值域放在紧靠调用者活动记录的地方记录的地方返返 回回 值值临临 时时 数数 据据参参 数数控控 制制 链链访访 问问 链链机机 器器 状状 态态局局 部部 数数 据据6.2 全局栈式存储分配全局栈式存储分配 即使是同一种语言，过程调用序列、返回序即使是同一种语言，过程调用序列、返回序列和活动记录中各域的排放次序，也会因实列和活动记录中各域的排放次序，也会因实现而异现而异 设计这些序列和活动记录设计这些序列和活动记录的一些原则的一些原则 用同样的代码来执行各个用同样的代码来执行各个活动的保存和恢复活动的保存和恢复返返 回回 值值临临 时时 数数 据据参参 数数控控 制制 链链访访 问问 链链机机 器器 状状 态态局局 部部 数数 据据6.2 全局栈式存储分配全局栈式存储分配1、过程、过程p调用过程调用过程q的调用序列的调用序列返回值和参数返回值和参数top_sp base_sp 临时数据局部数据临时数据局部数据控制链控制链 和保存的机器状态和保存的机器状态 6.2 全局栈式存储分配全局栈式存储分配1、过程、过程p调用过程调用过程q的调用序列的调用序列(1) p计算实参，依计算实参，依次放入栈顶，并在次放入栈顶，并在栈顶留出放返回值栈顶留出放返回值的空间。的空间。top_sp的的值在此过程中被改值在此过程中被改变变返回值和参数返回值和参数top_sp base_sp 临时数据局部数据临时数据局部数据控制链控制链 和保存的机器状态和保存的机器状态 返回值和参数返回值和参数6.2 全局栈式存储分配全局栈式存储分配1、过程、过程p调用过程调用过程q的调用序列的调用序列(2) p把返回地址和把返回地址和当前当前base_sp的值的值存入存入q的活动记录的活动记录中，建立中，建立q的访问的访问链，增加链，增加base_sp的值的值返回值和参数返回值和参数top_sp base_sp 临时数据局部数据临时数据局部数据控制链控制链 和保存的机器状态和保存的机器状态 返回值和参数返回值和参数控制链和返回地址控制链和返回地址6.2 全局栈式存储分配全局栈式存储分配1、过程、过程p调用过程调用过程q的调用序列的调用序列(3) q保存寄存器的保存寄存器的值和其它机器状态值和其它机器状态信息信息返回值和参数返回值和参数top_sp base_sp 临时数据局部数据临时数据局部数据控制链控制链 和保存的机器状态和保存的机器状态 返回值和参数返回值和参数控制链控制链 和保存的机器状态和保存的机器状态6.2 全局栈式存储分配全局栈式存储分配1、过程、过程p调用过程调用过程q的调用序列的调用序列(4) q根据局部数据根据局部数据域和临时数据域的域和临时数据域的大小增加大小增加top_sp的的值，初始化它的局值，初始化它的局部数据，并开始执部数据，并开始执行过程体行过程体临时数据局部数据临时数据局部数据返回值和参数返回值和参数返回值和参数返回值和参数 控制链控制链 和保存的机器状态和保存的机器状态top_sp base_sp 临时数据局部数据临时数据局部数据控制链控制链 和保存的机器状态和保存的机器状态 6.2 全局栈式存储分配全局栈式存储分配调用者调用者p和被调用者和被调用者q之间的任务划分之间的任务划分被调用者被调用者q的责任的责任调用者调用者p的责任的责任调用者调用者p的的活动记录活动记录被被调用者调用者q的活动记录的活动记录临时数据局部数据临时数据局部数据返回值和参数返回值和参数返回值和参数返回值和参数 控制链控制链 和保存的机器状态和保存的机器状态top_sp base_sp 栈栈增增长长方方向向临时数据局部数据临时数据局部数据控制链控制链 和保存的机器状态和保存的机器状态 6.2 全局栈式存储分配全局栈式存储分配2、过程、过程p调用过程调用过程q的返回序列的返回序列临时数据局部数据临时数据局部数据返回值和参数返回值和参数返回值和参数返回值和参数 控制链控制链 和保存的机器状态和保存的机器状态top_sp base_sp 栈栈增增长长方方向向临时数据局部数据临时数据局部数据控制链控制链 和保存的机器状态和保存的机器状态 6.2 全局栈式存储分配全局栈式存储分配2、过程、过程p调用过程调用过程q的返回序列的返回序列临时数据局部数据临时数据局部数据返回值返回值和参数和参数返回值和参数返回值和参数 控制链控制链 和保存的机器状态和保存的机器状态top_sp base_sp 栈栈增增长长方方向向临时数据局部数据临时数据局部数据控制链控制链 和保存的机器状态和保存的机器状态 (1) q把返回值置入把返回值置入邻近邻近p的活动记录的活动记录的地方的地方 参数个数可变场参数个数可变场合难以确定存放返合难以确定存放返回值的位置，因此回值的位置，因此通常用寄存器传递通常用寄存器传递返回值返回值6.2 全局栈式存储分配全局栈式存储分配2、过程、过程p调用过程调用过程q的返回序列的返回序列(2) q对应调用序列对应调用序列的步骤的步骤(4)，减小，减小top_sp的值的值返回值和参数返回值和参数top_sp base_sp 临时数据局部数据临时数据局部数据控制链控制链 和保存的机器状态和保存的机器状态 返回值和参数返回值和参数控制链控制链 和保存的机器状态和保存的机器状态6.2 全局栈式存储分配全局栈式存储分配2、过程、过程p调用过程调用过程q的返回序列的返回序列(3) q恢复寄存器恢复寄存器(包包括括base_sp)和机器和机器状态，返回状态，返回p返回值和参数返回值和参数top_sp base_sp 临时数据局部数据临时数据局部数据控制链控制链 和保存的机器状态和保存的机器状态 返回值和参数返回值和参数6.2 全局栈式存储分配全局栈式存储分配2、过程、过程p调用过程调用过程q的返回序列的返回序列返回值和参数返回值和参数top_sp base_sp 临时数据局部数据临时数据局部数据控制链控制链 和保存的机器状态和保存的机器状态 (4) p根据参数个数根据参数个数与类型和返回值类与类型和返回值类型调整型调整top_sp，然然后取出返回值后取出返回值6.2 全局栈式存储分配全局栈式存储分配3、过程的参数个数可变的情况、过程的参数个数可变的情况临时数据局部数据临时数据局部数据参参 数数参参 数数 控制链控制链 和保存的机器状态和保存的机器状态top_sp base_sp 栈栈增增长长方方向向临时数据局部数据临时数据局部数据控制链控制链 和保存的机器状态和保存的机器状态 (1) 函数返回值改函数返回值改成用寄存器传递成用寄存器传递6.2 全局栈式存储分配全局栈式存储分配3、过程的参数个数可变的情况、过程的参数个数可变的情况临时数据局部数据临时数据局部数据参数参数1, , 参数参数n参数参数1, ,参数参数m 控制链控制链 和保存的机器状态和保存的机器状态top_sp base_sp 栈栈增增长长方方向向临时数据局部数据临时数据局部数据控制链控制链 和保存的机器状态和保存的机器状态 (2) 编译器产生将编译器产生将实参表达式逆序计实参表达式逆序计算并将结果进栈的算并将结果进栈的代码代码 自上而下依次自上而下依次是参数是参数1, , 参数参数n6.2 全局栈式存储分配全局栈式存储分配3、过程的参数个数可变的情况、过程的参数个数可变的情况临时数据局部数据临时数据局部数据参数参数1, , 参数参数n参数参数1, ,参数参数m 控制链控制链 和保存的机器状态和保存的机器状态top_sp base_sp 栈栈增增长长方方向向临时数据局部数据临时数据局部数据控制链控制链 和保存的机器状态和保存的机器状态 (3) 被调用函数能被调用函数能准确地知道第一个准确地知道第一个参数的位置参数的位置6.2 全局栈式存储分配全局栈式存储分配3、过程的参数个数可变的情况、过程的参数个数可变的情况临时数据局部数据临时数据局部数据参数参数1, , 参数参数n参数参数1, ,参数参数m 控制链控制链 和保存的机器状态和保存的机器状态top_sp base_sp 栈栈增增长长方方向向临时数据局部数据临时数据局部数据控制链控制链 和保存的机器状态和保存的机器状态 (4) 被调用函数根被调用函数根据第一个参数到栈据第一个参数到栈中取第二、第三个中取第二、第三个参数等等参数等等6.2 全局栈式存储分配全局栈式存储分配6.2.4 栈上可变长数据栈上可变长数据活动记录的长度在编译时不能确定的情况活动记录的长度在编译时不能确定的情况 例：局部数组的大小要等到过程激活时才能例：局部数组的大小要等到过程激活时才能确定确定备注：备注： Java语言的实现是将它们分配在堆上语言的实现是将它们分配在堆上6.2 全局栈式存储分配全局栈式存储分配访问动态分配的数组访问动态分配的数组控制链控制链数组数组A的指针的指针数组数组B的指针的指针top_sp base_sp . . . . . . .栈栈(1) 编译时，编译时，在活动记录中在活动记录中为这样的数组为这样的数组分别存放数组分别存放数组指针的单元指针的单元6.2 全局栈式存储分配全局栈式存储分配访问动态分配的数组访问动态分配的数组(2) 运行时，运行时，这些指针指向这些指针指向分配在栈顶的分配在栈顶的存储空间存储空间控制链控制链数组数组A的指针的指针数组数组B的指针的指针top_sp base_sp . . . . . . .栈栈数组数组A数组数组B6.2 全局栈式存储分配全局栈式存储分配访问动态分配的数组访问动态分配的数组(3) 运行时，运行时，对数组对数组A和和B的访问都要通的访问都要通过相应指针来过相应指针来间接访问间接访问控制链控制链数组数组A的指针的指针数组数组B的指针的指针top_sp base_sp . . . . . . .栈栈数组数组A数组数组B6.2 全局栈式存储分配全局栈式存储分配访问动态分配的数组访问动态分配的数组q的数组的数组q的活动记录的活动记录p的数组的数组p的活动记录的活动记录控制链控制链top_sp base_sp 数组数组A的指针的指针数组数组B的指针的指针数组数组A数组数组B控制链控制链. . . . . . .栈栈6.2 全局栈式存储分配全局栈式存储分配6.2.5 悬空引用悬空引用悬空引用：悬空引用：引用某个已被释放的存储单元引用某个已被释放的存储单元6.2 全局栈式存储分配全局栈式存储分配6.2.5 悬空引用悬空引用悬空引用：悬空引用：引用某个已被释放的存储单元引用某个已被释放的存储单元main()|int dangle ( ) |int q;|int j = 20; q = dangle ( );|return &j;|6.3 非局部名字的访问非局部名字的访问本节介绍本节介绍 无过程嵌套的静态作用域（无过程嵌套的静态作用域（C语言）语言） 有过程嵌套的静态作用域有过程嵌套的静态作用域（Pascal语言）语言） 动态作用域动态作用域（Lisp语言）语言）6.3 非局部名字的访问非局部名字的访问6.3.1 无过程嵌套的静态作用域无过程嵌套的静态作用域 过程体中的非局部引用可以直接使用静态确过程体中的非局部引用可以直接使用静态确定的地址定的地址 局部变量在栈顶的活动记录中，可以通过局部变量在栈顶的活动记录中，可以通过base_sp指针来访问指针来访问 无须深入栈中取数据，无须访问链无须深入栈中取数据，无须访问链 过程可以作为参数来传递，也可以作为结果过程可以作为参数来传递，也可以作为结果来返回来返回6.3 非局部名字的访问非局部名字的访问6.3.2 有过程嵌套的静态作用域有过程嵌套的静态作用域sortreadarrayexchangequicksortpartition6.3 非局部名字的访问非局部名字的访问6.3.2 有过程嵌套的静态作用域有过程嵌套的静态作用域 过程过程嵌套深度嵌套深度sort1readarray2exchange2quicksort2partition3 变量的嵌套深度：它的声明所在过程的嵌套变量的嵌套深度：它的声明所在过程的嵌套深度作为该名字的嵌套深度深度作为该名字的嵌套深度6.3 非局部名字的访问非局部名字的访问 访问链访问链 用来寻找非局部用来寻找非局部名字的存储单元名字的存储单元sa, xq (1, 9)k, v访问链访问链sa, xq (1, 3)k, v访问链访问链q (1, 9)k, v访问链访问链sa, xq (1, 3)k, v访问链访问链q (1, 9)k, v访问链访问链p (1, 3)i, j访问链访问链e (1, 3)访问链访问链sa, xq (1, 3)k, v访问链访问链q (1, 9)k, v访问链访问链p (1, 3)i, j访问链访问链6.3 非局部名字的访问非局部名字的访问 访问非局部名字的存储单元访问非局部名字的存储单元 假定过程假定过程p的嵌套深度为的嵌套深度为np，它引用嵌套深度为它引用嵌套深度为na的变量的变量a，na np。如何访问如何访问a的存储单元的存储单元sort1readarray2exchange2quicksort2partition36.3 非局部名字的访问非局部名字的访问 访问非局部名字的存储单元访问非局部名字的存储单元 假定过程假定过程p的嵌套深度为的嵌套深度为np，它引用嵌套深度为它引用嵌套深度为na的变量的变量a，na np。如何访问如何访问a的存储单元的存储单元 从栈顶的活动记录开始，追踪访问链从栈顶的活动记录开始，追踪访问链np na次次 到达到达a的声明所在过程的活动记录的声明所在过程的活动记录 访问链的追踪用间接操作就可完成访问链的追踪用间接操作就可完成sort1readarray2exchange2quicksort2partition36.3 非局部名字的访问非局部名字的访问 访问非局部名字的存储单元访问非局部名字的存储单元 sort readarray exchange quicksort partitionsa, xq (1, 9)k, v访问链访问链sa, xq (1, 3)k, v访问链访问链q (1, 9)k, v访问链访问链sa, xq (1, 3)k, v访问链访问链q (1, 9)k, v访问链访问链p (1, 3)i, j访问链访问链e (1, 3)访问链访问链sa, xq (1, 3)k, v访问链访问链q (1, 9)k, v访问链访问链p (1, 3)i, j访问链访问链6.3 非局部名字的访问非局部名字的访问 过程过程p对变量对变量a访问时，访问时，a的地址由下面的二元的地址由下面的二元组表示：组表示：（np na，a在活动记录中的偏移）在活动记录中的偏移）6.3 非局部名字的访问非局部名字的访问 建立访问链建立访问链 假定嵌套深度为假定嵌套深度为np的过程的过程p调用嵌套深度为调用嵌套深度为nx的过的过程程x(1) np nx的情况的情况sort1readarray2exchange2quicksort2partition3 这时这时x肯定肯定就声明在就声明在p中中6.3 非局部名字的访问非局部名字的访问 建立访问链建立访问链 假定嵌套深度为假定嵌套深度为np的过程的过程p调用嵌套深度为调用嵌套深度为nx的过的过程程x(1) np nx的情况的情况 被调用过程的访问链必须指向调用过程的活动记被调用过程的访问链必须指向调用过程的活动记录的访问链录的访问链6.3 非局部名字的访问非局部名字的访问 访问非局部名字的存储单元访问非局部名字的存储单元 sort readarray exchange quicksort partitionsa, xq (1, 9)k, v访问链访问链sa, xq (1, 3)k, v访问链访问链q (1, 9)k, v访问链访问链sa, xq (1, 3)k, v访问链访问链q (1, 9)k, v访问链访问链p (1, 3)i, j访问链访问链e (1, 3)访问链访问链sa, xq (1, 3)k, v访问链访问链q (1, 9)k, v访问链访问链p (1, 3)i, j访问链访问链6.3 非局部名字的访问非局部名字的访问 建立访问链建立访问链 假定嵌套深度为假定嵌套深度为np的过程的过程p调用嵌套深度为调用嵌套深度为nx的过的过程程x(2) np nx的情况的情况sort1readarray2exchange2quicksort2partition3 这时这时p和和x的的嵌套深度分别嵌套深度分别为为1，2，nx 1的外围过的外围过程肯定相同程肯定相同6.3 非局部名字的访问非局部名字的访问 建立访问链建立访问链 假定嵌套深度为假定嵌套深度为np的过程的过程p调用嵌套深度为调用嵌套深度为nx的过的过程程x(2) np nx的情况的情况 追踪访问链追踪访问链np nx + 1次，到达了静态包围次，到达了静态包围x和和p的的且离它们最近的那个过程的最新活动记录且离它们最近的那个过程的最新活动记录 所到达的活动记录就是所到达的活动记录就是x的活动记录中的访问链的活动记录中的访问链应该指向的那个活动记录应该指向的那个活动记录6.3 非局部名字的访问非局部名字的访问 访问非局部名字的存储单元访问非局部名字的存储单元 sort readarray exchange quicksort partitionsa, xq (1, 9)k, v访问链访问链sa, xq (1, 3)k, v访问链访问链q (1, 9)k, v访问链访问链sa, xq (1, 3)k, v访问链访问链q (1, 9)k, v访问链访问链p (1, 3)i, j访问链访问链e (1, 3)访问链访问链sa, xq (1, 3)k, v访问链访问链q (1, 9)k, v访问链访问链p (1, 3)i, j访问链访问链6.3 非局部名字的访问非局部名字的访问program param(input, output);（过程作为参数）过程作为参数）procedure b(function h(n: integer): integer); begin writeln(h(2) end b;procedure c; var m: integer; function f(n: integer): integer; begin f := m+n end f; begin m := 0; b(f) end c; begin cend.过程作为参数传递时，怎样在该过程作为参数传递时，怎样在该过程被激活时建立它的访问链过程被激活时建立它的访问链 从从b的访问链难以建立的访问链难以建立f的访问链的访问链6.3 非局部名字的访问非局部名字的访问program param(input, output);（过程作为参数）过程作为参数）procedure b(function h( begin writeln(h(2) end ;procedure c; var m: integer; function f(n: integer) begin f := m+n end f; begin m := 0; b(f) end c; begin cend.访访 问问 链链访访 问问 链链paramcmb f的起始地址连的起始地址连同它的访问链一起同它的访问链一起传递传递6.3 非局部名字的访问非局部名字的访问program ret (input, output);（过程作为返回值）过程作为返回值） var f: function (integer): integer;function a: function (integer): integer; var m: integer; function addm (n: integer): integer; begin return m+n end; begin m:= 0; return addm end; procedure b (g: function (integer): integer); begin writeln (g(2) end; begin f := a; b(f) end.aretbaddm 执行执行addm时，时，a的活动记录已不存的活动记录已不存在，取不到在，取不到m的值的值6.3 非局部名字的访问非局部名字的访问 C语言的函数声明不能嵌套，函数不论在什么语言的函数声明不能嵌套，函数不论在什么情况下激活，要访问的数据分成两种情况情况下激活，要访问的数据分成两种情况 非静态局部变量（包括形式参数），它们分配在非静态局部变量（包括形式参数），它们分配在活动记录栈顶的那个活动记录中活动记录栈顶的那个活动记录中 外部变量（包括定义在其它源文件之中的外部变外部变量（包括定义在其它源文件之中的外部变量）和静态的局部变量，它们都分配在静态数据量）和静态的局部变量，它们都分配在静态数据区区6.3 非局部名字的访问非局部名字的访问6.3.3 动态作用域动态作用域 被调用过程的非局部名字被调用过程的非局部名字a和它在调用过程中和它在调用过程中引用的是同样的存储单元引用的是同样的存储单元 新的绑定仅为被调用过程的局部名字建立，新的绑定仅为被调用过程的局部名字建立，这些名字在被调用过程的活动记录中占用的这些名字在被调用过程的活动记录中占用的存储单元存储单元6.3 非局部名字的访问非局部名字的访问program dynamic(input, output); var r: real; procedure show; begin write(r: 5: 3) end; procedure small; var r: real; begin r := 0.125; show end; begin r := 0.25; show; small; writeln; show; small; writeln end.dynamicshowsmallsmallshowshowshow6.3 非局部名字的访问非局部名字的访问program dynamic(input, output); var r: real; procedure show; begin write(r: 5: 3) end; procedure small; var r: real; begin r := 0.125; show end; begin静态作用域静态作用域 r := 0.25;0.250 0.250 show; small; writeln;0.250 0.250 show; small; writeln end.dynamicshowsmallsmallshowshowshow6.3 非局部名字的访问非局部名字的访问program dynamic(input, output); var r: real; procedure show; begin write(r: 5: 3) end; procedure small; var r: real; begin r := 0.125; show end; begin动动态作用域态作用域 r := 0.25;0.250 0.125 show; small; writeln;0.250 0.125 show; small; writeln end.dynamicshowsmallsmallshowshowshow6.3 非局部名字的访问非局部名字的访问实现动态作用域的方法实现动态作用域的方法 深访问深访问 用控制链搜索运行栈，寻找包含该非局部名字用控制链搜索运行栈，寻找包含该非局部名字的第一个活动记录的第一个活动记录 浅访问浅访问 为每个名字在为每个名字在静态分配的存储空间静态分配的存储空间中保存它的当中保存它的当前值前值 当当过程过程p的新活动出现时，的新活动出现时，p的局部名字的局部名字n使用在使用在静态数据区分配给静态数据区分配给n的存储单元。的存储单元。n的先前值保存的先前值保存在在p的的活动记录活动记录中，当中，当p的活动结束时再恢复的活动结束时再恢复6.3 非局部名字的访问非局部名字的访问program dynamic(input, output); var r: real; procedure show; begin write(r: 5: 3) end; procedure small; var r: real; begin r := 0.125; show end; begin (绿色表示已执行部分绿色表示已执行部分) r := 0.25; show; small; writeln; show; small; writeln end.dynamicshowsmallsmallshowshowshow?r 静态区静态区使用值的地方使用值的地方 栈区栈区暂存值的地方暂存值的地方dynamicr?6.3 非局部名字的访问非局部名字的访问program dynamic(input, output); var r: real; procedure show; begin write(r: 5: 3) end; procedure small; var r: real; begin r := 0.125; show end; begin (绿色表示已执行部分绿色表示已执行部分) r := 0.25; show; small; writeln; show; small; writeln end.dynamicshowsmallsmallshowshowshow0.25rdynamicr? 静态区静态区使用值的地方使用值的地方 栈区栈区暂存值的地方暂存值的地方6.3 非局部名字的访问非局部名字的访问program dynamic(input, output); var r: real; procedure show; begin write(r: 5: 3) end; procedure small; var r: real; begin r := 0.125; show end; begin (绿色表示已执行部分绿色表示已执行部分) r := 0.25; show; small; writeln; show; small; writeln end.dynamicshowsmallsmallshowshowshow0.25rdynamicr?show 静态区静态区使用值的地方使用值的地方 栈区栈区暂存值的地方暂存值的地方6.3 非局部名字的访问非局部名字的访问program dynamic(input, output); var r: real; procedure show; begin write(r: 5: 3) end; procedure small; var r: real; begin r := 0.125; show end; begin (绿色表示已执行部分绿色表示已执行部分) r := 0.25; show; small; writeln; show; small; writeln end.dynamicshowsmallsmallshowshowshow0.25rdynamicr?smallr0.25 静态区静态区使用值的地方使用值的地方 栈区栈区暂存值的地方暂存值的地方6.3 非局部名字的访问非局部名字的访问program dynamic(input, output); var r: real; procedure show; begin write(r: 5: 3) end; procedure small; var r: real; begin r := 0.125; show end; begin (绿色表示已执行部分绿色表示已执行部分) r := 0.25; show; small; writeln; show; small; writeln end.dynamicshowsmallsmallshowshowshow0.125rdynamicr?smallr0.25 静态区静态区使用值的地方使用值的地方 栈区栈区暂存值的地方暂存值的地方6.3 非局部名字的访问非局部名字的访问program dynamic(input, output); var r: real; procedure show; begin write(r: 5: 3) end; procedure small; var r: real; begin r := 0.125; show end; begin (绿色表示已执行部分绿色表示已执行部分) r := 0.25; show; small; writeln; show; small; writeln end.dynamicshowsmallsmallshowshowshow0.25rdynamicr? 静态区静态区使用值的地方使用值的地方 栈区栈区暂存值的地方暂存值的地方6.4 参参 数数 传传 递递6.4.1 值调用值调用 实参的右值传给被调用过程实参的右值传给被调用过程 值调用可以如下实现值调用可以如下实现 把形参当作所在过程的局部名看待，形参的存储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单元在该过程的活动记录中 调用过程计算实参，并把其右值放入形参的存储调用过程计算实参，并把其右值放入形参的存储单元中单元中6.4 参参 数数 传传 递递6.4.2 引用调用引用调用 实参的左值传给被调用过程实参的左值传给被调用过程 引用调用可以如下实现：引用调用可以如下实现： 把形参当作所在过程的局部名看待，形参的存储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单元在该过程的活动记录中 调用过程计算实参，调用过程计算实参，把实参的左值放入形参的存把实参的左值放入形参的存储单元储单元 在被调用过程的目标代码中，任何对形参的引用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都是通过传给该过程的指针来间接引用实参6.4 参参 数数 传传 递递6.4.3 换名调用换名调用从概念上说，每次调用时，用实参表达式对从概念上说，每次调用时，用实参表达式对形参进行正文替换，然后再执行形参进行正文替换，然后再执行procedure swap(var x, y: integer);var temp: integer; begin temp := x; x := y; y := temp end6.4 参参 数数 传传 递递6.4.3 换名调用换名调用从概念上说，每次调用时，用实参表达式对从概念上说，每次调用时，用实参表达式对形参进行正文替换，然后再执行形参进行正文替换，然后再执行procedure swap(var x, y: integer);var temp: integer;例如：例如：调用调用swap(i, ai) begin temp := x; x := y; y := temp end6.4 参参 数数 传传 递递6.4.3 换名调用换名调用从概念上说，每次调用时，用实参表达式对从概念上说，每次调用时，用实参表达式对形参进行正文替换，然后再执行形参进行正文替换，然后再执行procedure swap(var x, y: integer);var temp: integer;例如：例如：调用调用swap(i, ai) begin 替换结果：替换结果： temp := i; temp := x; i := ai; x := y; ai := temp y := temp end6.4 参参 数数 传传 递递6.4.3 换名调用换名调用从概念上说，每次调用时，用实参表达式对从概念上说，每次调用时，用实参表达式对形参进行正文替换，然后再执行形参进行正文替换，然后再执行procedure swap(var x, y: integer);var temp: integer;例如：例如：调用调用swap(i, ai) begin 替换结果：替换结果： temp := i; temp := x; i := ai; x := y; ai := temp y := temp 交换两个数据的程序交换两个数据的程序 end并非总是正确并非总是正确本本 章章 要要 点点 影响存储分配策略的语言特征影响存储分配策略的语言特征 各种存储分配策略，主要了解静态分配和动各种存储分配策略，主要了解静态分配和动态栈式分配态栈式分配 活动记录中各种数据域的作用和布局活动记录中各种数据域的作用和布局 非局部数据访问的实现方法非局部数据访问的实现方法 各种参数传递方式及其实现各种参数传递方式及其实现 堆管理堆管理