Лабораторная работа определения объема памяти для структур данных

Цель работы: изучение основных принципов распределения памяти, ознакомление с алгоритмами расчета объема памяти, занимаемой простыми и составными структурами данных, получение практических навыков создания простейшего анализатора для расчета объема памяти, занимаемого заданной структурой данных.

Для выполнения лабораторной работы требуется написать программу, которая анализирует текст входной программы, содержащий описания типов данных и переменных, и рассчитывает объем памяти, требуемый для размещения всех переменных, описанных во входной программе. Все переменные в исходной программе считаются статическими глобальными переменными. Результатом работы программы является значение требуемого объема памяти в байтах с учетом фрагментации памяти и без учета ее (объем памяти для скалярных типов данных и коэффициент фрагментации даются в задании). Текст на входном языке задается в виде  символьного (текстового) файла. Программа должна выдавать сообщения о наличие во входном тексте ошибок, если структура входной программы не соответствует заданию.

Длину идентификаторов и строковых констант считать ограниченной 32 символами. Программа должна допускать наличие комментариев неограниченной длины во входном файле. Форму организации комментариев предлагается выбрать самостоятельно.

Краткие теоретические сведения Принципы распределения памяти

Распределение памяти - это процесс, который ставит в соответствие лексическим единицам исходной программы адрес, размер и атрибуты области памяти, необходимой для этой лексической единицы. Область памяти - это блок ячеек памяти, выделяемый для данных, каким-то образом объединенных логически. Логика таких объединений задается семантикой исходного языка.

Распределение памяти работает с лексическими единицами языка — переменными, константами, функциями и т. п. — и с информацией об этих единицах, полученной на этапах лексического и синтаксического анализа. Как правило, исходными данными для процесса распределения памяти в компиляторе служат таблица идентификаторов, построенная лексическим анализатором, и декларативная часть программы («область описаний»), полученная в результате синтаксического анализа. Не во всех языках программирования декларативная часть программы присутствует явно, некоторые языки предусматривают дополнительные семантические правила для описания констант и переменных; кроме того, перед распределением памяти надо выполнить идентификацию лексических единиц языка. Поэтому распределение памяти выполняется уже после семантического анализа текста исходной программы.

Процесс распределения памяти в современных компиляторах, как правило, работает с относительными, а не абсолютными адресами ячеек памяти. Распределение памяти выполняется перед генерацией кода результирующей программы, потому что его результаты должны быть использованы в процессе генерации кода.

Каждую область памяти можно классифицировать по двум параметрам: в зависимости от ее роли в результирующей программе и в зависимости от способа ее распределения в ходе выполнения результирующей программы.

По роли области памяти в результирующей программе она бывает глобальная или локальная.

Рис. 1. Область памяти в зависимости от ее роли и способа распределения

По способам распределения область памяти бывает статическая или динамическая. Динамическая память, в свою очередь, может распределяться либо разработчиком исходной программы (по командам разработчика), либо компилятором (автоматически).

Классификация областей памяти представлена на рис. 7.

Далеко не все лексические единицы языка требуют для себя выделения памяти. То, под какие элементы языка нужно выделять области памяти, а под какие нет, определяется исключительно реализацией компилятора и архитектурой целевой вычислительной системы. Так, целочисленные константы можно разместить в статической памяти, а можно непосредственно в тексте результирующей программы (это позволяют практически все современные вычислительные системы), то же самое относится и к константам с плавающей точкой, но их размещение в тексте программы допустимо не всегда. Кроме того, в целях экономии памяти, занимаемой результирующей программой, под различные элементы языка компилятор может выделить одни и те же ячейки памяти. Например, в одной и той же области памяти могут быть размещены одинаковые строковые константы или две различные локальные переменные, которые никогда не используются одновременно.