我們這次實(shí)現(xiàn)的簡(jiǎn)單虛擬機(jī)，和計(jì)算機(jī)的 cpu 有點(diǎn)類似。 無非就是取指令，執(zhí)行指令之類的操作。

常見的虛擬機(jī)通常分為兩類，一種是棧式虛擬機(jī)，另一種是寄存器虛擬機(jī)。比如說 CPython, Jvm 就是基于棧的虛擬機(jī)，而 lua 則是基于寄存器的虛擬機(jī)。

我們這次實(shí)現(xiàn)的“玩具”虛擬機(jī)，就是一種基于棧的虛擬機(jī)。

虛擬機(jī)有三個(gè)重要屬性，code 代表要執(zhí)行的指令列表，stack 用于保存臨時(shí)變量，而 addr 代表當(dāng)前指令的地址。

              
                #?Python高效編程
class?Machine:
????def?__init__(self,?code):
????????self.code?=?code
????????self.stack?=?list()
????????self.addr?=?0

              
            

原理其實(shí)很簡(jiǎn)單，我們通過不斷獲取當(dāng)前指令地址，從指令列表中獲取指令和數(shù)據(jù)，如果是數(shù)字或者字符串，就壓入棧中；如果是指令，就執(zhí)行相應(yīng)函數(shù)。

為了少些幾個(gè)字符，我們向 Machine 類中添加幾個(gè)方法：

              
                def?push(self,?value):
????self.stack.append(value)

def?pop(self):
????return?self.stack.pop()

@property
def?top(self):
????return?self.stack[-1]

              
            

我們通過 dispatch 方法，來判斷當(dāng)前從指令列表中取得的片段是指令還是數(shù)據(jù)：

              
                def?dispatch(self,?opcode):
????dispatch_map?=?{
????????"%":????????self.mod,
????????"*":????????self.mul,
????????"+":????????self.plus,
????????"-":????????self.minus,
????????"/":????????self.div,
????????"==":???????self.eq,
????????"cast_int":?self.cast_int,
????????"cast_str":?self.cast_str,
????????"drop":?????self.drop,
????????"dup":??????self.dup,
????????"exit":?????self.exit,
????????"if":???????self.if_stmt,
????????"jmp":??????self.jmp,
????????"over":?????self.over,
????????"print":????self.print,
????????"println":??self.println,
????????"read":?????self.read,
????????"stack":????self.dump_stack,
????????"swap":?????self.swap,
????????}
????if?opcode?in?dispatch_map:
????????dispatch_map[opcode]()
????elif?isinstance(opcode,?int):
????????self.push(opcode)
????elif?isinstance(opcode,?str)\
????????and?opcode[0]?==?opcode[-1]?==?'"':
????????self.push(opcode[1:-1])

              
            

dispatch_map 就對(duì)應(yīng)我們?cè)?Machine 類中實(shí)現(xiàn)的方法。

比如說 plus 方法和 jmp 方法：

              
                def?plus(self):
????v2?=?self.pop()
????v1?=?self.pop()
????self.push(v1?+?v2)


def?jmp(self):
????addr?=?self.pop()
????if?0?<=?addr?<?len(self.code):
????????self.addr?=?addr
????else:
????????raise?RuntimeError("addr?must?be?integer")

              
            

其余方法也很簡(jiǎn)單，大家可以直接查看源代碼。

好了，在加入一個(gè) run 函數(shù)，我們就可以解釋代碼了。只要當(dāng)前地址小于指令長(zhǎng)度，就不斷取指令，執(zhí)行指令。

              
                def?run(self):
????while?self.addr?<?len(self.code):
????????opcode?=?self.code[self.addr]
????????self.addr?+=?1
????????self.dispatch(opcode)

              
            

我們創(chuàng)建 Machine 類，并執(zhí)行 run 函數(shù)， 注意字符串要用引號(hào)括起來 。

              
                >>>?from?vm?import?Machine
>>>?Machine([521,?1314,"+",?6,?"*","println"]).run()
11010

              
            

我們還可以給虛擬機(jī)加一個(gè)交互式界面：

              
                def?repl(prompt="VM>>?"):
????welcome()
????while?True:
????????try:
????????????text?=?read(prompt)
????????????code?=?list(tokenize(text))
????????????code?=?constants_fold(code)
????????????Machine(code).run()
????????except?(RuntimeError,?IndexError):
????????????stdout.write("1表達(dá)式不合法\n")
????????except?KeyboardInterrupt:
????????????stdout.write("請(qǐng)使用exit退出程序\n")

              
            

在讀取用戶輸入字符串之后，對(duì)字符串處理：

              
                def?parse_word(word):
????try:
????????return?int(word)
????except?ValueError:
????????try:
????????????return?float(word)
????????except?ValueError:
????????????return?word

def?tokenize(text):
????for?word?in?text.split():
????????yield?parse_word(word)

              
            

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