कंपाइलर डिज़ाइन में स्टोरेज आबंटन रणनीतियाँ (Storage Allocation Strategies in Compiler Design)

Storage Allocation Strategies Compiler Design का एक महत्वपूर्ण विषय है जो यह निर्धारित करता है कि प्रोग्राम के निष्पादन (execution) के दौरान विभिन्न वेरिएबल्स और डेटा स्ट्रक्चर्स के लिए मेमोरी कैसे और कब आवंटित (allocate) की जाएगी। Compiler इन रणनीतियों के माध्यम से यह सुनिश्चित करता है कि प्रोग्राम कुशलता (efficiency) और सुरक्षा (safety) के साथ चले।

परिचय (Introduction)

जब कोई प्रोग्राम चलता है, तो प्रत्येक वेरिएबल, फ़ंक्शन और डेटा एलिमेंट के लिए मेमोरी की आवश्यकता होती है। Compiler यह तय करता है कि ये मेमोरी कब आवंटित और कब मुक्त की जाए। यही प्रक्रिया Storage Allocation कहलाती है।

Compiler Design में तीन प्रमुख प्रकार की स्टोरेज आबंटन रणनीतियाँ होती हैं:

• 1. Static Storage Allocation
• 2. Stack Storage Allocation
• 3. Heap Storage Allocation

1. Static Storage Allocation (स्थिर मेमोरी आबंटन)

इस रणनीति में, सभी वेरिएबल्स और डेटा स्ट्रक्चर्स के लिए मेमोरी compile-time पर ही निर्धारित कर दी जाती है। प्रोग्राम के निष्पादन के दौरान यह मेमोरी निश्चित (fixed) रहती है।

विशेषताएँ:

• सभी वेरिएबल्स के लिए मेमोरी पहले से allocate की जाती है।
• Dynamic Memory Allocation की आवश्यकता नहीं होती।
• Memory Layout सरल और पूर्वानुमेय (predictable) होता है।

उदाहरण:

int x = 10;
float y = 2.5;

यहाँ ‘x’ और ‘y’ के लिए मेमोरी compile-time पर allocate होती है।

लाभ (Advantages):

• Execution तेज़ होता है क्योंकि Allocation पहले से निर्धारित है।
• Memory Fragmentation की समस्या नहीं होती।
• Symbol Table में Addresses स्थिर रहते हैं।

सीमाएँ (Limitations):

• Memory Utilization लचीली नहीं होती।
• Recursive Functions के लिए उपयुक्त नहीं।
• Variable Lifetimes स्थिर रहते हैं।

2. Stack Storage Allocation (स्टैक मेमोरी आबंटन)

Stack Storage Allocation में मेमोरी function calls और local variables के लिए runtime पर allocate होती है। यह LIFO (Last In, First Out) सिद्धांत पर आधारित है।

विशेषताएँ:

• हर Function Call पर एक नया Stack Frame बनता है।
• Function Return होते ही Memory Deallocate हो जाती है।
• Recursion को सपोर्ट करता है।

उदाहरण:

void sum() {
    int a = 10;  // Stack में allocate
    int b = 20;  // Stack में allocate
}

Compiler की भूमिका:

• Activation Record (Stack Frame) बनाता है।
• Parameters, Return Address और Local Variables को store करता है।
• Offset Addressing का उपयोग करता है ताकि Variables को पहचाना जा सके।

लाभ:

• Memory Efficient क्योंकि आवश्यकतानुसार allocate/deallocate होती है।
• Automatic Management Compiler द्वारा किया जाता है।
• Recursive Functions के लिए आदर्श।

सीमाएँ:

• Memory सीमित होती है (Stack Overflow संभव)।
• Dynamic Data Structures के लिए उपयुक्त नहीं।

3. Heap Storage Allocation (हीप मेमोरी आबंटन)

Heap Allocation का उपयोग Dynamic Memory Allocation के लिए किया जाता है। यह प्रोग्राम रनटाइम पर तय करता है कि कितनी मेमोरी चाहिए। C में malloc() और C++ में new ऑपरेटर इसका उपयोग करते हैं।

उदाहरण:

int *ptr = (int*) malloc(sizeof(int));
*ptr = 25;

विशेषताएँ:

• Memory dynamically allocate और free की जाती है।
• Memory का जीवनकाल variable पर निर्भर करता है।
• Garbage Collection आवश्यक होती है।

लाभ:

• Dynamic Data Structures (Linked List, Trees) के लिए उपयोगी।
• Flexible Memory Usage प्रदान करता है।

सीमाएँ:

• Memory Fragmentation की संभावना।
• Manual Memory Management की आवश्यकता।
• Performance Overhead हो सकता है।

Compiler Design में Storage Allocation की भूमिका (Role in Compiler Design)

• Compiler Symbol Table के माध्यम से Variables के Memory Address निर्धारित करता है।
• Activation Records Stack और Heap Management के लिए उपयोग होते हैं।
• Run-Time Environment को स्थिर और कुशल बनाए रखने में मदद करते हैं।
• Dynamic Scoping और Recursive Calls को प्रबंधित करते हैं।

तुलना (Comparison Table)

Strategy	Allocation Time	Lifetime	Usage
Static	Compile-Time	Entire Program	Global/Static Variables
Stack	Runtime	Function Execution	Local Variables
Heap	Runtime	Dynamic	Dynamic Data Structures

निष्कर्ष (Conclusion)

Storage Allocation Strategies Compiler Design का एक आधारभूत घटक है जो मेमोरी प्रबंधन की दक्षता को निर्धारित करता है। Static, Stack और Heap तीनों रणनीतियाँ अपने-अपने उपयोग में महत्वपूर्ण हैं। Compiler इन रणनीतियों का सही संयोजन अपनाकर प्रोग्राम की गति, मेमोरी उपयोग और स्थिरता सुनिश्चित करता है।