编译原理程序运行时的存储组织课件

编译原理程序运行时的存储组织课件目录编译原理概述程序运行时的存储组织编译器的存储组织内存分配策略垃圾回收机制编译器优化技术01编译原理概述编译原理是计算机科学中的一个分支，主要研究如何将高级语言编写的源代码转换成机器语言或低级语言，以供计算机执行。编译原理的定义编译原理在计算机科学中具有重要地位，它是连接高级语言和机器语言的桥梁，是计算机科学教育中的核心课程之一，对于理解计算机如何执行程序、提高编程效率以及设计更好的编译器具有重要意义。编译原理的重要性编译原理的定义与重要性语法分析根据语法规则，将词法分析阶段产生的单词或符号组装成抽象语法树（AbstractSyntaxTree,AST）。中间代码生成将AST转换成中间代码，便于优化和生成目标代码。目标代码生成将中间代码转换成机器语言或低级语言，供计算机执行。词法分析将源代码分解成一个个的单词或符号，便于后续处理。语义分析检查源代码中的类型错误和语义错误，确保源代码的正确性。代码优化对中间代码进行优化，提高生成目标代码的效率。010203040506编译原理的基本过程编译器的分类与组成编译器分类根据目标平台和源语言的不同，编译器可以分为前端和后端。前端主要负责将源语言转换成中间语言，后端主要负责将中间语言转换成目标语言。编译器组成一个完整的编译器通常包括词法分析器、语法分析器、语义分析器、优化器和目标代码生成器等部分。02程序运行时的存储组织寄存器是CPU内部的存储单元，用于存储临时变量和中间结果，具有高速存取的特点。寄存器高速缓存是位于CPU和主存之间的存储层次，用于存储经常访问的数据，以提高访问速度。高速缓存主存是计算机系统中的主要存储器，用于存储程序和数据。主存辅助存储器包括硬盘、光盘、U盘等，用于存储大量数据和程序。辅助存储器内存的层次结构程序加载是指将程序从磁盘或其他辅助存储器加载到主存中，以便CPU执行。程序的链接是指将程序中的各种模块（如库函数、数据段等）链接在一起，形成一个完整的可执行程序。程序的加载与链接程序的链接程序的加载堆是动态分配的内存区域，用于存储程序运行时动态分配的内存；而栈是静态分配的内存区域，用于存储函数调用时的局部变量和返回地址。堆与栈的区别在程序运行时，堆和栈是相互关联的，它们共同构成了程序运行时的存储空间。堆和栈的大小和位置通常由操作系统管理。堆与栈的联系堆与栈的区别与联系堆的生长与收缩当程序动态分配内存时，堆的大小会相应地增加或减少。当内存被释放时，堆的大小会相应地收缩；当内存被分配时，堆的大小会相应地增长。栈的生长与收缩当函数被调用时，栈的大小会增加；当函数返回时，栈的大小会减少。在栈上分配的内存通常会在函数返回时自动释放。堆栈的生长与收缩03编译器的存储组织符号表的组织符号表是一种用于存储程序中定义和引用的符号（如变量、函数名等）的数据结构。它通常采用散列技术实现，以便快速查找和插入符号信息。符号表的作用符号表在编译过程中起着重要的作用，它主要用于解决符号的命名冲突和重定义问题，同时为后续的语义分析和代码生成提供支持。符号表的组织与作用VS常量表用于存储程序中的常量值，如整数、浮点数、字符等。常量表通常采用静态分配的方式，将常量存储在内存中的固定位置。常量表的作用常量表主要用于提供编译过程中需要的常量值，以及在代码生成阶段提供常量替换的依据。常量表还用于优化程序的性能，例如通过常量折叠和常量传播等技术减少程序运行时的计算量。常量表的组织常量表的组织与作用代码段是用于存储编译生成的机器代码或汇编代码的区域。它通常采用连续的内存空间进行分配，以便于程序的加载和执行。代码段是程序执行的核心部分，它包含了程序运行所需的指令和操作码。通过将源代码编译成机器代码或汇编代码，程序可以在计算机上正确地执行。代码段的组织代码段的作用代码段的组织与作用数据段的组织数据段用于存储程序中的全局变量、静态变量和常量数据。它通常采用静态分配的方式，将数据存储在内存中的固定位置。数据段的作用数据段为程序提供数据存储空间，使得程序在执行过程中可以访问和修改这些数据。数据段还用于初始化全局变量和静态变量，以确保它们具有正确的初始值。数据段的组织与作用04内存分配策略分段式内存分配分段式内存分配是一种将程序划分为若干个逻辑段，并为每个段分配一个连续的内存空间的内存管理方式。总结词分段式内存分配将程序划分为若干个逻辑段，每个逻辑段包含代码、数据、堆栈等。每个逻辑段在内存中占用一个连续的内存空间，不同段之间通过地址转换进行访问。这种分配方式可以方便地对程序进行分段保护和共享。详细描述总结词分页式内存分配是一种将物理内存划分为若干个固定大小的页，并为每个页分配一个连续的内存空间的内存管理方式。要点一要点二详细描述分页式内存分配将物理内存划分为固定大小的页，每个页包含代码、数据、堆栈等。每个页在内存中占用一个连续的内存空间，不同页之间通过地址转换进行访问。这种分配方式可以提高内存利用率和保护性，但会增加地址转换的开销。分页式内存分配总结词段页式内存分配是一种结合分段和分页的内存管理方式，它将程序划分为若干个逻辑段，并为每个段内的页分配一个连续的内存空间。详细描述段页式内存分配结合了分段和分页的优点，将程序划分为若干个逻辑段，并为每个段内的页分配一个连续的内存空间。这种分配方式可以提供更好的保护和共享能力，同时减少地址转换的开销。在实际应用中，操作系统通常采用段页式内存分配方式来管理进程的虚拟地址空间。段页式内存分配05垃圾回收机制标记-清除算法从根节点开始，递归遍历所有可达的对象，并标记为存活。遍历整个堆内存，将未被标记的对象回收。实现简单，适用于大多数对象生命周期较短的场景。会产生大量不连续的内存碎片，降低内存利用率。标记阶段清除阶段优点缺点ABCD复制算法当垃圾回收时，将存活的对象复制到另一个区域，然后清除当前区域的所有对象。将内存分为两个区域，每次只使用其中一个区域。缺点：需要额外的空间来复制存活对象，且复制操作会增加程序运行时间。优点：可以消除内存碎片问题，提高内存利用率。压缩阶段将存活对象压缩到内存的一端，并依次回收边界外的内存。优点既可以消除内存碎片问题，又不需要额外的空间来复制存活对象。缺点需要移动存活对象，增加了程序运行时间。标记-压缩算法06编译器优化技术循环展开删除程序中无法被执行到的代码，减少程序体积。死代码删除公共子表达式消除函数内联01020403将小函数直接嵌入到调用点，避免函数调用的开销。将循环体展开，减少循环次数，提高程序运行效率。消除重复计算的公共子表达式，减少计算次数。代码优化技术常量传播将常量值直接替换为实际值，减少计算和内存访问。变量共享共享变量数据，减少内存占用和数据复制。缓存优化利用缓存机制，提高数据访问速