1 局部存储分配

基本概念

过程（函数、方法等）：过程定义、过程调用、形参、实参

活动：过程的一次调用。

相关概念：活动的生存期

活动记录：每个活动的栈帧

名字（标识符）：关键字、保留字等

变量：程序语言对机器内存单元的抽象

要素：名字、类型、字宽、地址、作用域、生存期
绝大多数的变量都有名字；没有名字的变量：临时变量、堆中变量
变量的地址 = 左值；变量的值 = 右值

程序中相同的变量在不同的时间可能关联到不同的地址

环境把名字映射到左值，而状态把左值映射到右值

赋值改变状态，但不改变环境

过程调用改变环境：不同的活动有不同的活动记录

如果环境将名字 $x$ 映射到存储单元 $s$ ，则说 $x$ 被绑定

绑定：实体和属性之间的关联

如：count = count + 2

count 的类型在编译时绑定
count 的可能取值集合在语言设计时绑定
count 的值在运行时绑定
+ 的含义在编译时确定操作数类型时绑定
2 的内部表示在语言设计时被绑定

静态绑定：运行前发生并且在程序执行期间保持不变

动态绑定：运行期间发生或者在程序执行期间改变

类型绑定：变量在被引用前必须绑定到数据类型

静态类型绑定 = 变量声明（显式声明、隐式声明/命名约定）；方便但命名约定可能会损失可靠性
动态类型绑定：根据对变量的赋值推断变量的类型；灵活，但是代价高（动态类型检查、动态存储分配、解释执行等操作），难以在编译时检测类型错误

存储绑定

存储绑定：变量所绑定的内存单元的分配、回收（静态、栈、堆）
生存期（lifetime）：变量绑定到某个存储单元的时间区间

控制绑定

作用域（scope）：一个声明起作用的程序部分（局部变量、非局部变量）
命名空间（namespace）：不同命名空间的同名符号含义互不相干

同名变量处理：如最近（小）嵌套作用域规则

并列程序块复用存储空间

全局变量处理：如 Python 中全局变量可以在函数中引用，但是只能对在函数中声明为 global 的全局变量赋值。

活动记录（activation record）的常见布局

局部数据的布局

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确定
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空间
局部数据的地址可以用相对于活动记录中某个位置的地址来表示
数据对象的存储布局还需考虑对齐问题

对齐的实例

char: 1, long: 4, double: 8

struct a {
    char c1; // 位置：0
    long i;  // 位置：4,5,6,7（位置1,2,3因对齐被浪费）
    char c2; // 位置：8
    double f;// 位置：16~23（位置9~15因对齐被浪费）
};

struct b {
    char c1; // 位置：0
    char c2; // 位置：1
    long i;  // 位置：4~7
    double f;// 位置：8~15
};

例题

一个 C 语言程序及其在 x86/Linux 操作系统上的编译结果如下。根据生成的汇编程序来解释程序中四个变量的存储分配、生存期、作用域和置初值方式等方面的区别。

static long aa = 10;
short bb = 20;
extern int f();
int func() {
    static long cc = 30;
    short dd = 40;
    cc = f(cc, dd); // 此处有变量提升
}

见 07-runtime-part1.pdf

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