400 行 C 代码达成一个虚拟机
发布时间：2022-02-16 20:47:01 所属栏目：系统 来源：互联网
导读：本文将教你编写一个自己的虚拟机（VM），这个虚拟机能够运行汇编语言编写的程序， 例如我朋友编写的 2048 或者我自己的 Roguelike。如果你会编程，但希望 更深入地了解计算机的内部原理以及编程语言是如何工作的，那本文很适合你。从零开始 写一个虚拟机听
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本文将教你编写一个自己的虚拟机（VM），这个虚拟机能够运行汇编语言编写的程序， 例如我朋友编写的 2048 或者我自己的 Roguelike。如果你会编程，但希望 更深入地了解计算机的内部原理以及编程语言是如何工作的，那本文很适合你。从零开始 写一个虚拟机听起来可能让人有点望而生畏，但读完本文之后你会惊讶于这件事原来如此简 单，并从中深受启发。 什么是虚拟机？ 虚拟机就像计算机（computer），它模拟包括 CPU 在内的几个硬件组件，能够执行 算术运算、读写内存、与 I/O 设备交互。最重要的是，它能理解机器语言（machine language），因此可以用相应的语言来对它进行编程。 一个虚拟机需要模拟哪些硬件要看它的使用场景。有些虚拟机是设计用来模拟特定类型的计算设备 的，例如视频游戏模拟器。现在 NES 已经不常见了，但我们还是可以用 NES 硬件模拟器来玩 NES 游戏。这些模拟器必须能忠实地 重建每一个细节，以及原硬件的每个主要组件。 另外一些虚拟机则完全是虚构的，而非用来模拟硬件。这类虚拟机的主要用途是使软件开发 更容易。例如，要开发一个能运行在不同计算架构上的程序，你无需使用每种架构特定的汇 编方言来实现一遍自己的程序，而只需要使用一个跨平台的虚拟机提供的汇编语言。 在实际中，人们会根据需求的不同混合使用虚拟机和编译器，因为二者工 作在不同的层次。 Java Virtual Machine (JVM) 就是一个非常成功的例子。JVM 本身是一个中等大小、程序员完全能够看懂的程序，因此很 容易将它移植到包括手机在内的上千种设备上。只要在设备上实现了 JVM，接下来任何 Java、Kotlin 或 Clojure 程序都无需任何修改就可以直接运行在这个设备上。唯一的开销 来自虚拟机自身以及机器之上的 进一步抽象。大部分情况下，这完全是可以接受的。 虚拟机不必很大或者能适应各种场景，老式的视频游戏 经常使用很小的虚拟机来提 供简单的脚本系统（scripting systems）。 虚拟机还适用于在一个安全的或隔离的环境中执行代码。一个例子就是垃圾回收（GC）。要 在 C 或 C++ 之上实现一个自动垃圾回收机制并不容易 ，因为程序无法看到它自身的栈或变量。但是，虚拟机是在它运行的程序“之外”的，因此它能够看到栈上所有的内存引用 。 另一个例子是以太坊智能合约 （Ethereum smart contracts）。智能合约是在区块链网络中被验证节点（validating node）执行的小段程序。这就要求 人们在无法提前审查这些由陌生人编写的代码的情况下，直接他们的机器上执行这些代码。 为避免合约执行一些恶意行为，智能合约将它们放到一个 虚拟机 内执行，这个虚拟机没有权限访问文件系统、网络、磁盘等等资源。以太坊也很好地展现了虚拟机的可移植性特性，因为以太坊节点可以运行在多种计算机和操作系统上。使用虚拟机 使得智能合约的编写无需考虑将在什么平台运行。 我们的虚拟机将会模拟一个虚构的称为 LC-3 的计算机。LC-3 在学校中比较流行，用于教学生如何用汇编编程。与 x86 相比 ，LC-3 的指令集更 加简化，但现代 CPU 的主要思想其中都包括了。 我们首先需要模拟机器最基础的硬件组件，尝试来理解每个组件是做什么的，如果 现在无法将这些组件拼成一张完整的图也不要着急。 （编辑：PHP编程网 - 黄冈站长网） 【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容! |
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