C语言解释器Java版-0-内存模型

前提说明

由于工作原因，需要实现一个Java版的C语言解释器。在实现的过程中，遇到了很多问题、学到了很多东西，特将实现过程记录下来，备忘的同时，也供后来人学习参考。

在实现之前，已有的内容包括：前端AST、符号表系统和控制流程图。已有的内容我在后文的描述中不会过多说明，所以，看完本系列文章也无法保证读者一定能够按照步骤实现一个Java版的C语言解释器。但是对于一个想要了解解释器或编译器的朋友来说，本系列文章或多或少还是有所帮助的。

Outline

本文主要讲解C语言解释器的内存模型。

0 内存模型

标准内存模型结构如下图所示：

内存地址从低到高依次分为 代码段区（text）、数据区（data）、堆区（heap）和栈区（stack）。其中，代码段区、数据区是程序实际执行前就确定大小的，堆区和栈区在程序执行过程中动态变化。
在我们的实现中，对每一个区都有大小限制，可能和标准的定义不太相同。每个区可以没有明确的定义界限，根据实际的大小也确定；也可以定义明确的区段界限。也即，内存地址区段的划分只是为了便于识别、记忆、学习或者读取、判断，并不一定是一成不变的。如果需要获取标准的定义，可以去查阅相关官方的文档和资料。

0.1 代码段区

代码段区用于存放要执行函数的二进制代码。内存地址从低向高进行分配。
因为我们已经有前端AST和控制流程图，为了做基于源码的解释执行，在代码段区，我们并没有放入函数的二进制代码，只是放入了函数的入口地址（在后面内存分配会详细说明）。

0.2 数据区

在标准的数据区模型中，数据区可以分为：

• 常量区，常量区用于存放常量值；
• 未初始化区（.bss），存放了未初始化的全局变量和静态变量；
• 初始化区(.data)，存放初始化过的全局变量和静态变量。

其中，静态变量包括全局和局部静态变量。这些数据的释放在程序执行结束以后。内存地址从低向高进行分配。
在我们的实现中，初始化区和非初始化的区别意义并不大，所以合并了这两个区（C++内存模型也如做了合并），即数据区由常量区和非常量区构成。在常量区中，主要存放的内容是字符串的常量值。

0.3 堆区

堆区主要用于存放程序执行过程中，由动态内存分配函数分配的内容空间。分配（alloc）和释放（free）都由程序本身来完成。如果在程序中分配了没有释放空间，会导致内存泄露。内存地址从低向高进行分配。
而在Java的内存模型中，堆区的内存由GC进行管理，所以Java不需要程序员手动的调用释放内存的方法。

0.4 栈区

栈区用于存放局部非静态变量（静态变量存放在数据区）。当进入一个函数时，分配所有内存到栈区，函数退出时，释放该函数的所有内存。需要知道的是，栈区的内存分配是从高地址向低地址进行的。