編譯原理程序運(yùn)行時(shí)的存儲(chǔ)組織課件

編譯原理程序運(yùn)行時(shí)的存儲(chǔ)組織課件目錄編譯原理概述程序運(yùn)行時(shí)的存儲(chǔ)組織編譯器的存儲(chǔ)組織內(nèi)存分配策略垃圾回收機(jī)制編譯器優(yōu)化技術(shù)01編譯原理概述編譯原理是計(jì)算機(jī)科學(xué)中的一個(gè)分支，主要研究如何將高級(jí)語(yǔ)言編寫的源代碼轉(zhuǎn)換成機(jī)器語(yǔ)言或低級(jí)語(yǔ)言，以供計(jì)算機(jī)執(zhí)行。編譯原理的定義編譯原理在計(jì)算機(jī)科學(xué)中具有重要地位，它是連接高級(jí)語(yǔ)言和機(jī)器語(yǔ)言的橋梁，是計(jì)算機(jī)科學(xué)教育中的核心課程之一，對(duì)于理解計(jì)算機(jī)如何執(zhí)行程序、提高編程效率以及設(shè)計(jì)更好的編譯器具有重要意義。編譯原理的重要性編譯原理的定義與重要性語(yǔ)法分析根據(jù)語(yǔ)法規(guī)則，將詞法分析階段產(chǎn)生的單詞或符號(hào)組裝成抽象語(yǔ)法樹（AbstractSyntaxTree,AST）。中間代碼生成將AST轉(zhuǎn)換成中間代碼，便于優(yōu)化和生成目標(biāo)代碼。目標(biāo)代碼生成將中間代碼轉(zhuǎn)換成機(jī)器語(yǔ)言或低級(jí)語(yǔ)言，供計(jì)算機(jī)執(zhí)行。詞法分析將源代碼分解成一個(gè)個(gè)的單詞或符號(hào)，便于后續(xù)處理。語(yǔ)義分析檢查源代碼中的類型錯(cuò)誤和語(yǔ)義錯(cuò)誤，確保源代碼的正確性。代碼優(yōu)化對(duì)中間代碼進(jìn)行優(yōu)化，提高生成目標(biāo)代碼的效率。010203040506編譯原理的基本過(guò)程編譯器的分類與組成編譯器分類根據(jù)目標(biāo)平臺(tái)和源語(yǔ)言的不同，編譯器可以分為前端和后端。前端主要負(fù)責(zé)將源語(yǔ)言轉(zhuǎn)換成中間語(yǔ)言，后端主要負(fù)責(zé)將中間語(yǔ)言轉(zhuǎn)換成目標(biāo)語(yǔ)言。編譯器組成一個(gè)完整的編譯器通常包括詞法分析器、語(yǔ)法分析器、語(yǔ)義分析器、優(yōu)化器和目標(biāo)代碼生成器等部分。02程序運(yùn)行時(shí)的存儲(chǔ)組織寄存器是CPU內(nèi)部的存儲(chǔ)單元，用于存儲(chǔ)臨時(shí)變量和中間結(jié)果，具有高速存取的特點(diǎn)。寄存器高速緩存是位于CPU和主存之間的存儲(chǔ)層次，用于存儲(chǔ)經(jīng)常訪問(wèn)的數(shù)據(jù)，以提高訪問(wèn)速度。高速緩存主存是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的主要存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)。主存輔助存儲(chǔ)器包括硬盤、光盤、U盤等，用于存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)和程序。輔助存儲(chǔ)器內(nèi)存的層次結(jié)構(gòu)程序加載是指將程序從磁盤或其他輔助存儲(chǔ)器加載到主存中，以便CPU執(zhí)行。程序的鏈接是指將程序中的各種模塊（如庫(kù)函數(shù)、數(shù)據(jù)段等）鏈接在一起，形成一個(gè)完整的可執(zhí)行程序。程序的加載與鏈接程序的鏈接程序的加載堆是動(dòng)態(tài)分配的內(nèi)存區(qū)域，用于存儲(chǔ)程序運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)分配的內(nèi)存；而棧是靜態(tài)分配的內(nèi)存區(qū)域，用于存儲(chǔ)函數(shù)調(diào)用時(shí)的局部變量和返回地址。堆與棧的區(qū)別在程序運(yùn)行時(shí)，堆和棧是相互關(guān)聯(lián)的，它們共同構(gòu)成了程序運(yùn)行時(shí)的存儲(chǔ)空間。堆和棧的大小和位置通常由操作系統(tǒng)管理。堆與棧的聯(lián)系堆與棧的區(qū)別與聯(lián)系堆的生長(zhǎng)與收縮當(dāng)程序動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存時(shí)，堆的大小會(huì)相應(yīng)地增加或減少。當(dāng)內(nèi)存被釋放時(shí)，堆的大小會(huì)相應(yīng)地收縮；當(dāng)內(nèi)存被分配時(shí)，堆的大小會(huì)相應(yīng)地增長(zhǎng)。棧的生長(zhǎng)與收縮當(dāng)函數(shù)被調(diào)用時(shí)，棧的大小會(huì)增加；當(dāng)函數(shù)返回時(shí)，棧的大小會(huì)減少。在棧上分配的內(nèi)存通常會(huì)在函數(shù)返回時(shí)自動(dòng)釋放。堆棧的生長(zhǎng)與收縮03編譯器的存儲(chǔ)組織符號(hào)表的組織符號(hào)表是一種用于存儲(chǔ)程序中定義和引用的符號(hào)（如變量、函數(shù)名等）的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。它通常采用散列技術(shù)實(shí)現(xiàn)，以便快速查找和插入符號(hào)信息。符號(hào)表的作用符號(hào)表在編譯過(guò)程中起著重要的作用，它主要用于解決符號(hào)的命名沖突和重定義問(wèn)題，同時(shí)為后續(xù)的語(yǔ)義分析和代碼生成提供支持。符號(hào)表的組織與作用VS常量表用于存儲(chǔ)程序中的常量值，如整數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)、字符等。常量表通常采用靜態(tài)分配的方式，將常量存儲(chǔ)在內(nèi)存中的固定位置。常量表的作用常量表主要用于提供編譯過(guò)程中需要的常量值，以及在代碼生成階段提供常量替換的依據(jù)。常量表還用于優(yōu)化程序的性能，例如通過(guò)常量折疊和常量傳播等技術(shù)減少程序運(yùn)行時(shí)的計(jì)算量。常量表的組織常量表的組織與作用代碼段是用于存儲(chǔ)編譯生成的機(jī)器代碼或匯編代碼的區(qū)域。它通常采用連續(xù)的內(nèi)存空間進(jìn)行分配，以便于程序的加載和執(zhí)行。代碼段是程序執(zhí)行的核心部分，它包含了程序運(yùn)行所需的指令和操作碼。通過(guò)將源代碼編譯成機(jī)器代碼或匯編代碼，程序可以在計(jì)算機(jī)上正確地執(zhí)行。代碼段的組織代碼段的作用代碼段的組織與作用數(shù)據(jù)段的組織數(shù)據(jù)段用于存儲(chǔ)程序中的全局變量、靜態(tài)變量和常量數(shù)據(jù)。它通常采用靜態(tài)分配的方式，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在內(nèi)存中的固定位置。數(shù)據(jù)段的作用數(shù)據(jù)段為程序提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，使得程序在執(zhí)行過(guò)程中可以訪問(wèn)和修改這些數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)段還用于初始化全局變量和靜態(tài)變量，以確保它們具有正確的初始值。數(shù)據(jù)段的組織與作用04內(nèi)存分配策略分段式內(nèi)存分配分段式內(nèi)存分配是一種將程序劃分為若干個(gè)邏輯段，并為每個(gè)段分配一個(gè)連續(xù)的內(nèi)存空間的內(nèi)存管理方式。總結(jié)詞分段式內(nèi)存分配將程序劃分為若干個(gè)邏輯段，每個(gè)邏輯段包含代碼、數(shù)據(jù)、堆棧等。每個(gè)邏輯段在內(nèi)存中占用一個(gè)連續(xù)的內(nèi)存空間，不同段之間通過(guò)地址轉(zhuǎn)換進(jìn)行訪問(wèn)。這種分配方式可以方便地對(duì)程序進(jìn)行分段保護(hù)和共享。詳細(xì)描述總結(jié)詞分頁(yè)式內(nèi)存分配是一種將物理內(nèi)存劃分為若干個(gè)固定大小的頁(yè)，并為每個(gè)頁(yè)分配一個(gè)連續(xù)的內(nèi)存空間的內(nèi)存管理方式。要點(diǎn)一要點(diǎn)二詳細(xì)描述分頁(yè)式內(nèi)存分配將物理內(nèi)存劃分為固定大小的頁(yè)，每個(gè)頁(yè)包含代碼、數(shù)據(jù)、堆棧等。每個(gè)頁(yè)在內(nèi)存中占用一個(gè)連續(xù)的內(nèi)存空間，不同頁(yè)之間通過(guò)地址轉(zhuǎn)換進(jìn)行訪問(wèn)。這種分配方式可以提高內(nèi)存利用率和保護(hù)性，但會(huì)增加地址轉(zhuǎn)換的開銷。分頁(yè)式內(nèi)存分配總結(jié)詞段頁(yè)式內(nèi)存分配是一種結(jié)合分段和分頁(yè)的內(nèi)存管理方式，它將程序劃分為若干個(gè)邏輯段，并為每個(gè)段內(nèi)的頁(yè)分配一個(gè)連續(xù)的內(nèi)存空間。詳細(xì)描述段頁(yè)式內(nèi)存分配結(jié)合了分段和分頁(yè)的優(yōu)點(diǎn)，將程序劃分為若干個(gè)邏輯段，并為每個(gè)段內(nèi)的頁(yè)分配一個(gè)連續(xù)的內(nèi)存空間。這種分配方式可以提供更好的保護(hù)和共享能力，同時(shí)減少地址轉(zhuǎn)換的開銷。在實(shí)際應(yīng)用中，操作系統(tǒng)通常采用段頁(yè)式內(nèi)存分配方式來(lái)管理進(jìn)程的虛擬地址空間。段頁(yè)式內(nèi)存分配05垃圾回收機(jī)制標(biāo)記-清除算法從根節(jié)點(diǎn)開始，遞歸遍歷所有可達(dá)的對(duì)象，并標(biāo)記為存活。遍歷整個(gè)堆內(nèi)存，將未被標(biāo)記的對(duì)象回收。實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，適用于大多數(shù)對(duì)象生命周期較短的場(chǎng)景。會(huì)產(chǎn)生大量不連續(xù)的內(nèi)存碎片，降低內(nèi)存利用率。標(biāo)記階段清除階段優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)ABCD復(fù)制算法當(dāng)垃圾回收時(shí)，將存活的對(duì)象復(fù)制到另一個(gè)區(qū)域，然后清除當(dāng)前區(qū)域的所有對(duì)象。將內(nèi)存分為兩個(gè)區(qū)域，每次只使用其中一個(gè)區(qū)域。缺點(diǎn)：需要額外的空間來(lái)復(fù)制存活對(duì)象，且復(fù)制操作會(huì)增加程序運(yùn)行時(shí)間。優(yōu)點(diǎn)：可以消除內(nèi)存碎片問(wèn)題，提高內(nèi)存利用率。壓縮階段將存活對(duì)象壓縮到內(nèi)存的一端，并依次回收邊界外的內(nèi)存。優(yōu)點(diǎn)既可以消除內(nèi)存碎片問(wèn)題，又不需要額外的空間來(lái)復(fù)制存活對(duì)象。缺點(diǎn)需要移動(dòng)存活對(duì)象，增加了程序運(yùn)行時(shí)間。標(biāo)記-壓縮算法06編譯器優(yōu)化技術(shù)循環(huán)展開刪除程序中無(wú)法被執(zhí)行到的代碼，減少程序體積。死代碼刪除公共子表達(dá)式消除函數(shù)內(nèi)聯(lián)01020403將小函數(shù)直接嵌入到調(diào)用點(diǎn)，避免函數(shù)調(diào)用的開銷。將循環(huán)體展開，減少循環(huán)次數(shù)，提高程序運(yùn)行效率。消除重復(fù)計(jì)算的公共子表達(dá)式，減少計(jì)算次數(shù)。代碼優(yōu)化技術(shù)常量傳播將常量值直接替換為實(shí)際值，減少計(jì)算和內(nèi)存訪問(wèn)。變量共享共享變量數(shù)據(jù)，減少內(nèi)存占用和數(shù)據(jù)復(fù)制。緩存優(yōu)化利用緩存機(jī)制，提高數(shù)據(jù)訪問(wèn)速