虚拟机开发

🎯 垂直职责

单一职责: 虚拟机实现 - 字节码执行、指令集、栈帧、内存管理、垃圾回收

📦 核心能力

1. 字节码设计 (EP13-EP15)

• 定义: BytecodeDefinition.java
• 指令集: IADD, ISUB, IMUL, IDIV, LOAD, STORE, CALL, RET, JMP
• 操作数栈: 后进先出 (LIFO)

2. 栈式虚拟机 (EP18)

• 位置: ep18/src/main/java/org/teachfx/antlr4/ep18/stackvm/
• 核心: CymbolStackVM.java
• 栈帧: StackFrame.java (局部变量 + 操作数栈 + 返回地址)

3. 寄存器虚拟机 (EP18R)

• 位置: ep18r/src/main/java/org/teachfx/antlr4/ep18r/regvm/
• 核心: CymbolRegisterVM.java
• 寄存器分配: 基于ABI约定的寄存器使用

4. 内存管理 (EP18/EP18R)

• 堆内存: HeapMemory.java
• GC: 标记-清除算法
• 对象布局: 类型信息 + 字段数据

🔗 关系图

→ ep-navigator (识别EP范围) → compiler-dev (IR → 字节码)

🚀 快速开始

添加新指令

bash
1# 1. 定义操作码
2vim ep18/src/main/java/.../BytecodeDefinition.java
3// enum OpCode { ..., NEW_OP(0x20); }
4
5# 2. 实现指令类
6vim ep18/src/main/java/.../instruction/NewOpInstruction.java
7public class NewOpInstruction extends Instruction {
8    @Override
9    public void execute(ExecutionContext ctx) {
10        // 实现逻辑
11    }
12}
13
14# 3. 注册指令
15vim ep18/src/main/java/.../InstructionFactory.java
16
17# 4. 测试
18mvn test -pl ep18 -Dtest="*NewOpInstruction*"

实现垃圾回收

bash
1# 1. 定义对象头
2class ObjectHeader {
3    Type type;
4    boolean marked;
5    int size;
6}
7
8# 2. 实现标记阶段
9void mark(VarSlot root) {
10    Object obj = heap.get(root);
11    if (obj != null && !obj.header.marked) {
12        obj.header.marked = true;
13        for (VarSlot field : obj.getReferences()) {
14            mark(field);
15        }
16    }
17}
18
19# 3. 实现清除阶段
20void sweep() {
21    heap.removeIf(obj -> !obj.header.marked);
22}

📊 栈帧结构

┌─────────────────────────────────┐
│     返回地址 (Return Address)    │
├─────────────────────────────────┤
│     局部变量区 (Locals)          │
│     [0] [1] [2] [3] ...         │
├─────────────────────────────────┤
│     操作数栈 (Operand Stack)     │
│     [...] [...] [...]           │
└─────────────────────────────────┘

🛠️ 常用命令

bash
1# 虚拟机相关
2mvn compile -pl ep18                         # 编译EP18
3mvn test -pl ep18 -Dtest="*Instruction*"     # 测试指令
4mvn test -pl ep18 -Dtest="*VM*"              # 测试VM
5mvn test -pl ep18 -Dtest="*GC*"              # 测试GC
6
7# 运行程序
8mvn exec:java -pl ep18 -Dexec.args="program.cx"

📐 指令格式速查

⚠️ 常见问题

版本: v1.0 | 垂直职责: 虚拟机实现 | 2025-12-23