[Golang实现JVM第三篇] 解释器雏形_golang 实现jvm-优快云博客

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在上一篇中我们已经完成了class文件的解析工作，虽然没有解析所有的属性，但是已经足够支持一些基本的算法题Java代码编译生成的class文件了。有了这一步，日后如果遇到新的特性需要支持，只需缺哪补哪，补上对应属性的解析逻辑就可以了。下一步就是实现一个基本的执行引擎，即解释器，并且支持基本的栈操作相关的指令，比如iconst_x, istore_x, bipush等。

基于栈的指令集和基于寄存器的指令集

JVM字节码是一套基于栈的指令集，也就是说操作数栈是一切计算的基本容器，大部分指令都是围绕着操作数栈展开的。相对应的还有一种基于寄存器的指令集，这种指令集的特点是指令中就携带寄存器地址，对寄存器进行操作，优点指令短小精悍，执行效率高，缺点是会依赖于特定的硬件，可移植性差。栈指令集的优缺点则刚好相反，因为栈是一种抽象数据结构而不是具体的硬件设施，因此可移植性强，但是指令的数量往往比较臃肿，执行效率相对较低。

举个例子，计算1+1，用Javac编译后的对应字节码是这样的：

iconst_1
iconst_1
iadd
istore_0

其中前两条iconst_1表示将整数1压入操作数栈，这时候操作数栈就有两个1了。iadd指令则表示从操作数栈中连续出栈两次，将值相加，最后再把结果压入栈中。istore_0则表示将栈顶元素(计算结果2)出栈，存入本地变量表索引为0的槽位中。可以看到，明明是很简单的计算，却多出了很多压栈出栈操作。

如果是基于寄存器的指令集，那一般会长这样：

mov exa,1
add exa,1

即先将1存入exa寄存器，然后直接把寄存器中的值+1完成计算，指令数量少了很多。

不过并不是说JVM的字节码一定就会比寄存器指令慢，毕竟JVM 中有大量的优化，字节码可能会被省略、被乱序执行，或者直接被JIT编译成本地语言，也就是基于寄存器的指令了。当然，优化并不在我们实现JVM的目标范围内。

解释器实现思路

想实现JVM的朋友应该都对JVM的基本构成有了解了，什么方法区、堆区、方法栈等等。还是那句话，千万不要一上来就考虑这么复杂的因素，这样只会掉坑里爬不出来，正确的方法是先实现一个最简单的能跑的例子，然后再根据真实的JVM结构慢慢扩充。比如，对于字节码iconst_1来说，他的含义就是将整数1压如操作数栈，那么实现一个栈，遇到这条指令就压栈不就完事了吗？什么方法栈、堆区、类加载器、垃圾回收、线程调度，现阶段通通都不要考虑，随着字节码越来越复杂，这些总会有的。

一个解释器应该具备的最基本的要素，就两条，一是死循环，二是指向下一条指令的程序计数器(Program Counter, 简称PC)，golang伪代码如下：

pc := 0
for {
   
   
  byteCode := code[pc] // 取出pc指向的指令
  execute(byteCode, &pc) // 执行指令，同时传入PC的指针，因为执行的过程可能需要修改pc的值
  if 结束? {
   
   
    break
  }
}

我们可以先定义一个结构体MiniJvm来表示一个JVM：

// VM定义
type MiniJvm struct {
   
   
	// 方法区
	MethodArea *MethodArea

	// MainClass全限定性名
	MainClass string

	// 执行引擎
	ExecutionEngine ExecutionEngine

	// 本地方法表
	NativeMethodTable *NativeMethodTable

	// 保存调用print的历史记录, 单元测试用
	DebugPrintHistory []interface{
   
   }
}