javascript - 如何仅使用单个数组在 JavaScript 中模拟调用堆栈
问题描述
我正在查看调用堆栈上的Wikipedia 页面,并尝试了解此图像:
据我所知,这是大声笑:
const memory = []
memory[0] = 3 // top of stack pointer
memory[1] = 4 // stackframe pointer
memory[2] = 1000 // max call stack size
memory[3] = 5 // first frame
memory[4] = 0 // first frame return address (exit let's say)
但是假设我们有 2 个动作:add == 1
和load == 2
,以及进行堆栈操作所需的任何操作。我如何向它提供数据流以执行一些示例代码?我对参数顺序或调用约定并不严格,主要是因为我还没有。但这证明了我想要追求的东西。
function add_twice(a, b, c) {
add(a, add(b, c))
}
function start() {
add_twice(1, 2, 3)
}
所以这就是我们想要完成的。这就是我想象的(有点)它在内存中的布局方式:
// this is as far as I can get,
// just trying to simulate the `add` function
memory[5] = 2 // load
memory[6] = 100 // some address?
memory[7] = 1 // the first number to add
memory[8] = 2 // load
memory[9] = 101 // some address?
memory[10] = 2 // the second number to add
memory[11] = 1 // call `add`
memory[12] = 102 // where to store result
现在执行。我们甚至还没有嵌套的子例程,我还远远没有弄清楚这一点,但我想有人很容易知道它并且可以用一些演示 JavaScript 代码来展示它。因此,这是我进行代码评估的尝试,例如构建处理器或 VM 之类的东西,以评估代码。
function evaluate() {
while (true) {
let frame_address = memory[3]
let operation = memory[frame_address]
switch (operation) {
case 2: // load
let a = memory[operation + 1]
let b = memory[operation + 2]
memory[a] = b
memory[frame_address] = operation + 3
break
case 1: // add
let a = memory[operation + 1]
let input_a = ??
let input_b = ??
break
}
}
}
这基本上是我能得到的。但是除了这个简单的指令列表之外,我还想看看如何只使用这个数组来进行嵌套调用和维护堆栈。另外,为了便于阅读,我只有这些JavaScript局部变量,例如frame_address
和。operation
实际上我会这样做:
function evaluate() {
while (true) {
switch (memory[memory[3]]) {
case 2: // load
memory[something_a] = memory[memory[memory[3]] + 1]
memory[something_b] = memory[memory[memory[3]] + 2]
memory[memory[3]] = memory[memory[3]] + 3
break
case 1: // add
memory[something_a_2] = memory[memory[memory[3]] + 1]
memory[something_input_a_2] = ??
memory[something_input_b_2] = ??
break
}
}
}
这样我就不会成为利用 JavaScript 提供的机器代码抽象的受害者,并且我可以模拟一个更真实的 VM,就好像它是在汇编中实现的一样。任何想法如何做到这一点?
我这样做的一些关键问题包括:
- 帧指针和其他关键内容是否像我一样硬编码到内存中的已知位置
memory[3]
?那类的东西? - 如何仅使用此内存系统将参数推送到堆栈上,而不是 JavaScript 对象或任何使它更容易的东西(即作弊㋡)
解决方案
帧指针和其他关键内容是否硬编码到内存中的已知位置?
是的。或者实际上它们是真实机器中的寄存器。您可以使用memory[3]
,但我建议改为
- 至少拥有
function getFp() { return memory[3] }
并使function setFp(v) { memory[3] = v }
使用帧指针的代码更具可读性 - 只需将其存储
var fp
在var memory
. - 或者,如果您坚持使用单个
memory
对象,请使用memory.fp
:)作弊
如何仅使用此内存系统将参数推送到堆栈上?
你对“参数”的理解是什么?提出它的定义实际上意味着定义一个调用约定。您可能有一些想法,您的add
andstore
操作似乎遵循堆栈机器模型而不是寄存器机器模型,并且在堆栈机器中,每条指令的使用类似于过程/函数调用。
接下来,您将需要两条指令call
和return
. 我会留下弄清楚他们到底对你做了什么的乐趣:-)
let operation = memory[frame_address]
呃,没有。当前指令由程序计数器确定。帧地址在您的解释器循环中无关紧要。在开始使用堆栈进行函数调用之前,我建议先获得一个可以工作的解释器。这是一个粗略的草图:
const program = [
{op: "push", val: 1},
{op: "push", val: 2},
{op: "add"},
{op: "push", val: 3},
{op: "add"},
{op: "print"},
];
const stack = [];
let tos = 0; // top of stack: alias for `stack.length`
let pc = 0; // program counter: index into `program`
while (pc >= 0 && pc < program.length) {
const instruction = program[pc++];
switch (instruction.op) {
case "push": {
stack[tos++] = instruction.val;
break;
}
case "add": {
const b = stack[tos--];
const a = stack[tos--];
const res = a+b;
stack[tos++] = res;
break;
}
case "print": {
const x = stack[tos--];
console.log("Printing", x);
break;
}
}
}
tos
您可以参考stack.length
甚至使用stack.pop()
and而不是操纵stack.push()
。到目前为止最简单的堆栈机。但我猜你还在考虑作弊。所以让我们稍微低一点,将程序、堆栈和静态变量放在同一个内存中(从哈佛架构切换到冯诺依曼架构):
const memory = [
8, // initial program counter
0,
0,
0,
0,
0,
0,
0,
"push",
1,
"push",
2,
"add",
"push",
3,
"add",
"print",
"exit",
0,
0,
]
尝试为此编写解释器。一些需要注意的细节:可变长度指令(add
vs push 1
),定位要执行的程序,放置堆栈的位置(提示:您可以使用一些可用空间),有限的堆栈空间(照顾堆栈溢出!),如何/何时停止解释程序。
请注意,在处理递归函数调用之前,您需要研究分支,即条件跳转。
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