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Jul. 21st, 2024
 
2024年 6月 16日

Post: 完成一个 Scheme 解释器需要哪些知识

完成一个 Scheme 解释器需要哪些知识

Published 12:09 Sep 20, 2015.

Created by @ezra. Categorized in #Programming, and tagged as #Lisp.

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源码级解释器

在词法、语法分析的过程中解释执行其语义,不需要生成抽象语法树 对于简单的语言 (如各种 Scheme 子集) ,实现起来比较方便,间接层少,但是模块耦合度大,不方面调试。

基于语法树解释

生成抽象语法树 (AST) 再解释。AST形式不唯一 (事实上,Scheme源代码已经很AST了) 语法树解释器的执行效率仍然不高。

字节码解释器

可以边解析边生成字节码,也可以基于AST生成字节码。 字节码是一种 IR (中间表示) ,可以把字节码转换为 SSACPS 等其他 IR 的形式,方面优化。

生成机器码

全部编译成机器码:从源代码直接生成;从AST生成;从字节码生成 JIT 技术:baseline JITtracing JITJIT 可以考虑用 LLVM 辅助

基于各种IR的优化

SSACPS 等。这一块比较"底层",或者说背景比较多、杂。 其实构造SSA的过程就会进行常量折叠、公共子表达式消除等优化。构造完后可以再基于SSA做优化。 循环相关的优化主要在这一层面,太多了。

其实也有很多优化是设计上的选择,或者 tricks,或者说宏观需要考虑的,比如下面这些:

Value representation

如何表示 scheme 的值?最 naive

enum type { integer, pair, string, vector, ... };
typedef struct value *SCM;
struct value {
    enum type type;
    union {
        int integer;
        struct { SCM car, cdr; } pair;
        struct { int length; char *elts; } string;
        struct { int length; SCM *elts; } vector;
        ...
    } value;
};

int类型的数需要打包在value里面,获取它的值要进行那么多操作:x->value.integer。时空复杂度都比较高。bootstrap-scheme/scheme.c at v0.21 · petermichaux/bootstrap-scheme · GitHub 中就是类似的做法。 比较现代的方式有:tagging pointernan-boxingnum-boxingRubyV8Lua等都是用第一种。Lua JIT,IronJS是第二种

Type Specialization

动态的type feedback和静态的type inference。Scheme是动态类型语言,可以通过类型反馈/推导,减少运行时类型检查/转换。在JIT中,可以根据类型预测的结果生成一条快速路径。。

虚拟机相关

字节码的指令设计? 字节码解释器的指令分派方式 (switch-threading,token-threading等) ?

虚拟机用栈式还是寄存器式? GC用引用计数还是tracing?。当然GC还有很多可讲的。 尽量用native stack实现VM stack

函数式语言相关

uncurringinlining switch continuationsstream fusion... PS:JavaScript / Ruby 语法已经很函数式了,但是基本无此类优化,因为实际使用起来函数式特性造成的问题不如其他方面:做好传统的优化,解决部分动态类型造成的问题,已经很不错了。

bootstrap-scheme 这是最直接的实现 Lisp-In-Small-Pieces Lisp in Small Piece书上的实现

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