java - 我应该如何使用自定义编译器管理内存？

Question

我正在用 Java 创建 8 位处理器的模拟器。它的架构非常简单，只有一个 4 字节寄存器和 256 字节主存储器。我已经实现了一个“硬件”堆栈，因此处理器支持 PUSH、POP 和 GET。堆栈从最后一个内存单元向后填充，因此“正常”内存使用应从单元 0 开始。您不必保留内存，程序默认情况下能够使用完整的 256 字节。

我还在为这个处理器创建一个编译器，它是用我发明的一种简单语言进行编译的。目前，定义的每个变量(我只支持一种 8 位整数类型)都被分配给一个内存单元，从 0 开始并递增。所以我最多有 256 个(如果堆栈为空)变量。目前，我不想改变这一点。

我的下一个目标是添加使用无返回类型的无参数过程的能力。函数中声明的变量应在自动返回之前释放。那么我应该在哪里存储变量呢？我将在开头的变量和内存末尾的“硬件”堆栈之间创建一个“软件”堆栈。我首先想到使用硬件堆栈来实现此目的，但我想将它用于方法本身的调用和返回。有没有比创建第二个“软件”堆栈更好的解决方案？

Answer 1

每个函数在调用时都应在堆栈上创建一个激活帧/调用堆栈，其中包括用于返回地址、任何参数以及在函数内创建的任何局部变量的空间。至少，您的情况下的激活帧应该包含调用代码的返回地址。发挥作用的额外数据取决于您的函数是否接受参数，和/或它是否创建函数本地的任何变量。您的堆栈可能如下所示:

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

由于您已经在堆栈中使用主内存，因此激活帧也将驻留在此处。我假设您的处理器有一个指向堆栈顶部的堆栈指针？

您可以创建两个堆栈，但随后您需要决定将该堆栈放在哪里以及它应该消耗多少内存。您想将一半主内存用于硬件堆栈，另一半用于软件堆栈吗？这也意味着您限制了可以进行的嵌套调用(甚至递归)调用的数量。相反，您可以使用另一种方法来节省内存使用。执行此操作的方法是在调用函数之后将参数包含到函数中(您的汇编程序必须执行此操作):

+--------------+
|   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
+--------------+

这意味着您必须在函数内部做更多的工作来加载参数。如果您还记得的话，返回地址是堆栈上的第一个值。您可以加载该值，然后索引该值以加载您的参数。加载完参数后，您需要调整返回地址的值，以便它指向在您定义的参数之后开始的代码。