解释器如何解释代码?
为简单起见,请设想这种情况,我们有一台2位计算机,它具有一对称为r1和r2的2位寄存器,并且仅适用于立即寻址。
假设位序列 表示 到我们的CPU中。也 的装置将数据移动到R 1和 的装置将数据移动到R2。
因此,这台计算机和一个汇编器都有一种汇编语言,其中的示例代码将像
mov r1,1mov r2,2
add r1,r2
简而言之,当我将此代码汇编成本地语言时,文件将类似于:
0101 1010 0001
上面的12位是以下代码的本机代码:
Put decimal 1 to R1, Put decimal 2 to R2, Add the data and store in R1.
因此,这基本上就是编译代码的工作方式,对吗?
可以说有人为此架构实现了JVM。在Java中,我将编写如下代码:
int x = 1 + 2;
JVM将如何准确地解释此代码?我的意思是说最终必须将相同的位模式传递给CPU,不是吗?所有的cpu都有许多可以理解和执行的指令,毕竟它们只是一点点。可以说编译后的Java字节码如下所示:
1111 1100 1001
等等。这是否意味着解释在执行时将此代码更改为0101 1010
0001?如果是的话,它已经在本机代码中了,那么为什么要说JIT只在几次之后才启动?如果它不能完全将其转换为0101 1010
0001,那么它将做什么?它如何使cpu进行加法运算?
我的假设也许有一些错误。
我知道解释的速度很慢,编译的代码速度更快,但不具有可移植性,虚拟机可以“解释”代码,但是如何?我正在寻找“如何正确/技术地解释”。欢迎使用任何指针(例如书籍或网页),而不是答案。
回答:
不幸的是,您描述的CPU体系结构太局限了,无法通过所有中间步骤将其弄清楚。取而代之的是,我将编写伪C和伪x86汇编程序,希望以一种清晰的方式编写而不会非常熟悉C或x86。
编译后的JVM字节码可能看起来像这样:
ldc 0 # push first first constant (== 1)ldc 1 # push the second constant (== 2)
iadd # pop two integers and push their sum
istore_0 # pop result and store in local variable
解释器在数组中具有(这些指令的二进制编码)这些指令,以及一个引用当前指令的索引。它还有一个常量数组,一个存储区用作堆栈,一个存储区用作局部变量。然后,解释器循环如下所示:
while (true) { switch(instructions[pc]) {
case LDC:
sp += 1; // make space for constant
stack[sp] = constants[instructions[pc+1]];
pc += 2; // two-byte instruction
case IADD:
stack[sp-1] += stack[sp]; // add to first operand
sp -= 1; // pop other operand
pc += 1; // one-byte instruction
case ISTORE_0:
locals[0] = stack[sp];
sp -= 1; // pop
pc += 1; // one-byte instruction
// ... other cases ...
}
}
该 C代码被编译为机器代码并运行。如您所见,它是高度动态的:每次执行该指令时,它都会检查每个字节码指令,并且所有值都会通过堆栈(即RAM)。
虽然实际的加法本身可能发生在寄存器中,但是加法周围的代码与Java到计算机的代码编译器发出的代码完全不同。这是C编译器可能将以上内容转换为(pseudo-x86)的摘录:
.ldc:incl %esi # increment the variable pc, first half of pc += 2;
movb %ecx, program(%esi) # load byte after instruction
movl %eax, constants(,%ebx,4) # load constant from pool
incl %edi # increment sp
movl %eax, stack(,%edi,4) # write constant onto stack
incl %esi # other half of pc += 2
jmp .EndOfSwitch
.addi
movl %eax, stack(,%edi,4) # load first operand
decl %edi # sp -= 1;
addl stack(,%edi,4), %eax # add
incl %esi # pc += 1;
jmp .EndOfSwitch
您可以看到,加法运算的操作数来自内存,而不是进行硬编码,即使对于Java程序而言,它们是恒定的。那是因为 对于解释器来说
,它们不是常数。解释器将被编译一次,然后必须能够执行各种程序,而无需生成专门的代码。
JIT编译器的目的就是这样做:生成专用代码。JIT可以分析使用堆栈传输数据的方式,程序中各种常量的实际值以及执行的计算顺序,以生成更有效地执行相同操作的代码。在我们的示例程序中,它将为寄存器分配局部变量0,将常量表的访问替换为将常量移动到寄存器(movl
%eax, $1)中,并将堆栈访问重定向到正确的机器寄存器。忽略通常可以完成的其他一些优化(复制传播,常量折叠和无效代码消除),最终可能会得到如下代码:
movl %ebx, $1 # ldc 0movl %ecx, $2 # ldc 1
movl %eax, %ebx # (1/2) addi
addl %eax, %ecx # (2/2) addi
# no istore_0, local variable 0 == %eax, so we're done
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