《自己动手写 Python 虚拟机》_更理解虚拟机的意义_6.1.1 栈帧

【摘要】 本书摘自《自己动手写 Python 虚拟机》一书中第6章，第1节，海纳编著。

6.1.1 栈帧

在第2章讲解递归函数的时候，已经讲过在每一次函数调用时，都会有一个栈帧 与之相对应。在执行器里，还没有栈帧的概念，因此，要实现一种数据结构来对函数 的调用过程进行记录，这个数据结构就是 FrameObject 。 每一次调用一个函数，便有 一个这次调用的活动记录(也就是 FrameObject) 被创建，每次函数执行结束，它所对 应的活动记录也会被销毁。

在 Interpreter 里，有很多变量是为函数执行时的活动记录服务的。例如 pc 记 录了程序当前执行到的位置，locals 表记录了变量的值等。本质上这些变量是与函 数的执行绑定的，所以它们应该被封装到 FrameObject 里，而不是 Interpreter 中。 因此，做的第一件事情就是对 Interpreter 进行重构，将所有这些与执行状态相关的 变量移到 FrameObject 中。

先定义 FrameObject, 代码如下：

class FrameObject(

2 public:

3 FrameObject(CodeObject*codes);

4 FrameObject();

5

6 ArrayList*_stack;

7 ArrayList* _loop_stack;

8

9 ArrayList*_consts;

10 ArrayList*_names;

11

12 Map*_locals;

13

14 CodeObject * _codes;

15 int _pc;

16

17 public:

18 void set_pc(int x) {_pc =x;}

19 int get_pc() (return_pc;)

20

21 ArrayList*stack() {returnstack;)

22 ArrayList*loop_stack() {return_loop_stack;}

23 ArrayList*consts() {return_consts;}

24 ArrayList*names() {return_names;}

25 Map*locals() {return_locals;)

26

27 bool has_more_codes();

28 unsigned char get_op_code();

29 int get_op_arg();

30 };

上述代码已经把 Interpreter 中的相关变量都转移到 FrameObject 中来了。注

意第3行的构造方法，之前要执行一段 Code时，是直接调用Interpreter 的 run 方 法，以 CodeObject 为参数。现在，则要先创建一个 FrameObject,代码执行时，就只 会影响 FrameObject 中的 pc 和 locals 等变量。

这段代码的逻辑很简单，FrameObject 只是对一些状态变量的封装，包括27~ 29 所声明的三个方法，也不过是对一些简单逻辑的封装，具体的实现如代码清单6.2 所示。

//this constructor is used for module only.

2 FrameObject::FrameObject(CodeObject *codes)

3 _consts =codes ->_consts;

4 names =codes->_names;

5

6 locals =new Map();

7

8 _stack =new ArrayList();

9 _loop_stack =new ArrayList();

10

11 _codes =codes;

12 _pc =0;

13 }

14

15 int FrameObject::get_op_arg()(

16 int bytel =_codes->_bytecodes->value()[_pc++]&0xff;

17 int byte2 =_codes →_bytecodes->value()[_pc++]&0xff;

18 return byte2<<8|bytel;

19 }

20

21 unsigned char FrameObject::get_op_code(){

22 return_codes>_bytecodes>value()[_pc++];

23

24

25 bool FrameObject::has_more_codes()(

26 return_pc <._codes>_bytecodes >length();

27

与之相应的，Interpreter 的 run 方法也发生了很多变化，代码如下：

1 //[runtime/interpreter.cpp]

2 //stack has been moved into FrameObject.

3 #define PUSH(x) _frame->stack()->add((x))

4 #define POP() frame->stack()>pop()

5 #define STACK_LEVEL()_frame >stack()->size()

7 void Interpreter::run(CodeObject *codes){

8 frame =new FrameObject(codes);

9 while(_frame>has_more_codes())(

10 unsigned char op_code =_frame->get_op_code()

bool has_argument =(op_code&0xFF)>=ByteCode::HAVE_ARGUMENT;

12

int op_arg =-1;

if(has_argument){

op_arg =_frame->get_op_arg();

)

17

}

19

除了上述代码所展示的修改外，run 方法里还有很多处修改，这里就不一一列出 了，读者可以通过工程提交记录自行比较代码还有哪些变化。

有了FrameObject 这个基础结构以后，终于可以把注意力转向 MAKE_FUNC- TION 和 CALL_FUNCTION 这两个字节码了。

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