我應該如何使用自定義編譯器管理內存？

Question

我正在為Java 8位處理器創建一個模擬器。 它的架構非常簡單，只有一個4字節的寄存器和256字節的主存儲器。 我已經實現了“硬件”堆棧，因此處理器支持PUSH ， POP和GET 。 堆棧從最后一個存儲單元向后填充，因此“正常”的內存使用應從單元0開始。您不必保留內存，該程序默認可以使用完整的256字節。

我還正在為此處理器創建一個編譯器，該編譯器可以使用我發明的簡單語言進行編譯。 目前，每個定義的變量（我只支持一種8位整數類型）都分配給一個存儲單元，從0開始並遞增。 所以我最多有256個（如果堆棧為空）變量。 目前，我不想更改此設置。

我的下一個目標是增加使用無返回值類型的無參數過程的能力。 在自動返回之前，應釋放函數中聲明的變量。 那么我應該在哪里存儲變量？ 我將在內存的開頭和變量的末尾之間創建一個“軟件”堆棧。 首先，我想到了使用硬件堆棧的想法，但我想將其用於方法本身的調用和返回。 有沒有比創建第二個“軟件”堆棧更好的解決方案？

Answer 1

每個函數在調用時都應在堆棧上創建一個激活框架/調用堆棧，其中包括用於返回地址，任何參數以及在函數內創建的任何局部變量的空間。 至少在您所處的情況下，激活框架應包含調用代碼的返回地址。 發揮作用的額外數據取決於您的函數是否接受參數，和/或是否創建了該函數本地的任何變量。 您的堆棧可能如下所示：

+------------------+
|  Return address  |
+------------------+
|   Parameter 0    |
+------------------+
|       ...        |
+------------------+
|   Parameter N    |
+------------------+
|   Local Var 0    |
+------------------+
|       ...        |
+------------------+
|   Local Var N    |   <--- Top of Stack
+------------------+

由於您已經將主存儲器用於堆棧，因此激活框架也將存在於此。 我假設您的處理器具有指向堆棧頂部的堆棧指針？

您可以創建兩個堆棧，但隨后需要確定將堆棧放置在何處以及應消耗多少內存。 您是否要將一半的​​主內存用於硬件堆棧，而另一半用於軟件堆棧？ 這也意味着您限制了可以進行的嵌套調用（甚至遞歸）調用的數量。 而是有另一種方法可以用來節省內存使用量。 這樣做的方法是在調用函數之后將參數包含到函數中（您的匯編器將必須執行此操作）：

+--------------+
|   JMP FUNC   | Call the function
+--------------+
|  Parameter 0 | <--- return address points here
+--------------+
|     ...      |
+--------------+
|  Parameter N |
+--------------+
| (other code) | <--- after function call, return address should be fixed to point here
+--------------+

這意味着您將需要在函數內部做更多的工作來加載參數。 如果您還記得，返回地址是堆棧上的第一個值。 您可以加載該值，然后索引該值以加載參數。 加載完參數后，您需要調整返回地址的值，以使其指向在您定義的參數之后開始的代碼。

Answer 2

保留兩個堆棧肯定會很好，但是隨后您就不得不決定將兩個堆棧放置在何處。 硬件應該從255開始，軟件從127開始嗎？ 這將使您的有效內存空間減少了一半，並且遞歸深度也減少了一半，因為最多只有127個插槽可以放入函數調用。

交錯堆棧-硬件為255，軟件為254，隨后的每個值跳2個點可解決內存范圍的損失，但是如果/當堆棧不平衡時，您仍然在浪費內存（10個排隊的硬件堆棧插槽，使用了20個軟件插槽=浪費了10個插槽），並且無論如何也將堆棧尋址空間減少了一半

Answer 3

可能有幾種有效的解決方案。 您可以在“硬件”堆棧中為調用/返回數據分配變量，也可以為“內存”實現類似堆棧的方案，以便在調用時存儲“內存頂部”並在返回時彈出。 毫無疑問，還有2或3個其他方案。

要考慮的一件事是如何處理“本地”數據與“全局”數據。 您可能需要添加新的“本地尋址”操作碼或某種基本寄存器方案。

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