x-lisp

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简介 ​

xvm-lisp 是 xvm 虚拟机的汇编语言。

与 x86-lisp 同都属于底层汇编语言， 具有汇编语言的共性：

  • 需要指令集编码
  • 需要可执行文件格式
  • 需要加载器

例子 ​

xvm-lisp
(define-function (self/math/factorial n)
  body
  (load-int int.3 1)
  (int-less-or-equal value.4 n int.3)
  (branch value.4 (label then.1) (label else.2))
  then.1
  (load-int int.1 1)
  (return int.1)
  else.2
  (load-int int.2 1)
  (isub value.3 n int.2)
  (call-1 (fn self/math/factorial) value.3)
  (load-result value.2)
  (imul value.1 value.2 n)
  (return value.1))

设计目标 ​

  • xvm 应该是一个可移植的虚拟架构。
    • 在实现 native 编译器之前临时使用。
  • 实现应该简单。
    • 易于用 c 写 xvm 的 bytecode 解释器。
  • 运行应该高效。
    • 可以优化为 directed threaded 解释器。

设计性质 ​

  • 直接支持动态类型语言的 tagged value 编码， 所有内置函数的参数与返回值都是 tagged value， 局部变量保存的也是 tagged value。

  • 指令采用 Intel 操作数顺序。 目标操作数在前，源操作数在后。

  • 与 x86 之类的真实架构不同， 没有有限数量的通用寄存器， 函数的所有局部变量都分配在栈上。

  • 为了方便读写汇编代码， 在一个函数中，允许直接使用具有名字的局部变量。

    汇编器会把名字分配到栈中的内存位置：

    • 一个函数内每个名字对应一个位置；
    • 先分配函数的参数，再分配局部变量。

  • 为了保持简单，每个指令的操作数个数都是固定的， 每个位置的操作数类型也是固定的。

  • 避免函数调用约定，直接使用参数个数固定的函数调用指令， -- call-0 call-1 call-2 等等，最高是 call-6。 对应于 System V AMD64 ABI 函数调用约定中， 寄存器传递的参数个数限制。

  • 设定一个特殊寄存器保存函数返回值， 用 load-result 指令取返回值。

  • 所有操作数在语法上用 sexp 完全区分，符号用于表示局部变量。

程序 ​

xvm-lisp
<program> := (define-function (<name> <parameter> ...)
               <instr-or-label>
               ...)
           | (declare-variable <name>)
           | (declare-primitive-function <name>)
           | (declare-primitive-variable <name>)

<instr-or-label> := <instr> | <label>

注释 ​

xvm-lisp 使用 LISP 风格的行注释，以 ; 开头直到行尾。 通常写两个分号 ;;。

xvm-lisp
;; 这是一条注释
(load-int x 42)  ;; 行尾注释

函数 ​

xvm-lisp
(define-function (<name> <parameter> ...)
  <instr-or-label>
  ...)

例如：

xvm-lisp
(define-function (square x)
  (imul result x x)
  (return result))

标签 ​

xvm-lisp
<label> := <name>

在函数定义中，指令序列里的裸符号是标签。

  • 标签在函数中标记代码中的一个位置。 标签不改变控制流，也不引入新的作用域。
  • 一个函数的入口就是第一个可执行指令，可以没有起始标签。

指令 ​

xvm-lisp
<instr> := (<op> <operand> ...)

采用 Intel 的操作数顺序，目标操作数在前，源操作数在后。

  • 有输出结果的指令，第一个 operand 是 <dest>；结果写入 <dest>。
  • 函数调用（call-n / call-prim-n / apply-n）不使用 <dest>， 结果进入返回寄存器，需要时用 load-result 指令取回。

每条指令的语法和操作数约束详见指令参考。

操作数 ​

xvm-lisp
<operand> := <name>
           | (fn <name>)
           | (prim <name>)
           | (global <name>)
           | (label <name>)
           | <literal>

<literal> := <int>
           | <float>
           | <string>
           | <symbol>

(fn) ​

xvm-lisp
(fn <name>)

引用函数指针。需要修正。

用于：

  • call-n / tail-call-n 的目标，静态函数调用；
  • load-closure / make-closure 的目标，把函数作为 closure 的来源。

(prim) ​

xvm-lisp
(prim <name>)

引用基本函数指针。需要修正。

用于：

  • call-prim-n / tail-call-prim-n 的目标，静态基本函数调用；
  • 不作为 load-closure / make-closure 的直接目标， 基本函数必须先转换为其 wrap 函数， 再对 wrap 函数做 closure。
xvm-lisp
(prim meta-builtin/builtin/imul)

(global) ​

xvm-lisp
(global <name>)

引用全局变量指针。需要修正。

用于 load-global / store-global。

(label) ​

xvm-lisp
(label <name>)

引用代码标签。

用作 goto / branch 的跳转目标。

注意 (label ...) 是操作数，与指令序列中的标签定义（裸符号）不同。

字面量 ​

不同类型的字面量使用不同的 load 指令：

例子说明
(load-int x 42)加载 int
(load-float x 3.14)加载 float
(load-string x "hello")修正 string
(load-symbol x 'foo)修正 symbol

没有 bool 字面量，通过 load-global 获取 bool 值。

例如：

xvm-lisp
(load-global t (global meta-builtin/builtin/true))

主函数 ​

约定程序的入口函数是 main。

例如：

xvm-lisp
(define-function (main)
  (call-0 (fn setup-variables))
  (call-0 (fn <entry>))
  (return-void))

测试函数是 test。

例如：

xvm-lisp
(define-function (test)
  (call-0 (fn setup-variables))
  (call-0 (fn run-tests))
  (return-void))