vm-dev

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

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

→ ep-navigator (识别EP范围)

→ compiler-dev (IR → 字节码)

添加新指令

```bash

# 1. 定义操作码

vim ep18/src/main/java/.../BytecodeDefinition.java

// enum OpCode { ..., NEW_OP(0x20); }

# 2. 实现指令类

vim ep18/src/main/java/.../instruction/NewOpInstruction.java

public class NewOpInstruction extends Instruction {

@Override

public void execute(ExecutionContext ctx) {

// 实现逻辑

}

}

# 3. 注册指令

vim ep18/src/main/java/.../InstructionFactory.java

# 4. 测试

mvn test -pl ep18 -Dtest="NewOpInstruction"

```

实现垃圾回收

```bash

# 1. 定义对象头

class ObjectHeader {

Type type;

boolean marked;

int size;

}

# 2. 实现标记阶段

void mark(VarSlot root) {

Object obj = heap.get(root);

if (obj != null && !obj.header.marked) {

obj.header.marked = true;

for (VarSlot field : obj.getReferences()) {

mark(field);

}

}

}

# 3. 实现清除阶段

void sweep() {

heap.removeIf(obj -> !obj.header.marked);

}

```

```

┌─────────────────────────────────┐

│ 返回地址 (Return Address) │

├─────────────────────────────────┤

│ 局部变量区 (Locals) │

│ [0] [1] [2] [3] ... │

├─────────────────────────────────┤

│ 操作数栈 (Operand Stack) │

│ [...] [...] [...] │

└─────────────────────────────────┘

```

```bash

# 虚拟机相关

mvn compile -pl ep18 # 编译EP18

mvn test -pl ep18 -Dtest="Instruction" # 测试指令

mvn test -pl ep18 -Dtest="VM" # 测试VM

mvn test -pl ep18 -Dtest="GC" # 测试GC

# 运行程序

mvn exec:java -pl ep18 -Dexec.args="program.cx"

```

| 指令 | 操作码 | 操作数 | 栈效果 | 描述 |

|------|--------|--------|--------|------|

| ICONST | 0x01 | value | → value | 加载整数常量 |

| IADD | 0x10 | - | a,b → a+b | 整数加法 |

| ISUB | 0x11 | - | a,b → a-b | 整数减法 |

| LOAD | 0x20 | index | → value | 加载局部变量 |

| STORE | 0x21 | index | value → | 存储局部变量 |

| CALL | 0x30 | addr | args... → | 调用函数 |

| RET | 0x31 | - | value → | 返回函数 |

| JMP | 0x40 | offset | → | 无条件跳转 |

| CONDJMP | 0x41 | offset | cond → | 条件跳转 |

| 问题 | 原因 | 解决方案 |

|------|------|----------|

| 栈溢出 | 操作数栈超限 | 检查指令栈平衡 |

| 栈下溢 | 弹出空栈 | 验证指令前置条件 |

| 类型错误 | 操作数类型不匹配 | 添加类型检查 |

| 内存泄漏 | GC未正确标记 | 检查根集完整性 |

---

版本: v1.0 | 垂直职责: 虚拟机实现 | 2025-12-23