c++ - 推断没有类型元数据的虚拟机的数据类型

Question

我正在编写一个(基于堆栈的)VM，它在存储变量时不包括类型元数据，无论是在堆栈中还是在实际的字节码中。此外，在适用的情况下，所有数据都以无符号形式存储(所有整数和字符都以无符号形式存储)

以下哪种方法会更有效，考虑到我想保持内存非常小(bool 8 位，short 16 位等等)并且不想让代码膨胀，或者工作内存太大。

//Type info.
    enum TypeInfo {
        TYPE_INT8,    //=0
        TYPE_INT16,
        TYPE_INT32,
        TYPE_INT64,
        TYPE_STRING,
        TYPE_CHAR,
        TYPE_BOOL,
        TYPE_POINTER,
        LEFT_S_RIGHT_S,
        LEFT_U_RIGHT_U,
        LEFT_S_RIGHT_U,
        LEFT_U_RIGHT_S,
        BOTH_SAME_TYPE,
        SIGNED,
        UNSIGNED     //=14
    };

使用上面的代码，我可以按以下方式解释字节码。我用某种语言完成了以下操作:

unsigned int one = 78888;
signed int two = -900;
signed int result = one - two;
print(result); //inferred overloaded function targeting the 'unsigned int' print function

因此，我的虚拟机程序集可以生成如下内容:

PUSH32 <78888>                            //push 'one' onto stack
PUSH32 <-900 cast to an unsigned int>     //push 'two' onto stack
ADD32, TypeInfo::LEFT_U_RIGHT_S, TypeInfo::BOTH_SAME_TYPE, TypeInfo::TYPE_INT32
PRNT32, TypeInfo::SIGNED, TypeInfo::INT32

哪种方法更好:这个，还是用变量本身存储有关类型的数据(可能只是一个额外的字节)？将变量及其数据一起存储在代码和内存中，就像它使用的那样，似乎有很多膨胀。

提前致谢。

Answer 1

很难为您提供完整的分析，因为我们只知道您的部分意图。但如果它能有所帮助，这里有一些想法。

与往常一样，您必须在速度和空间之间做出权衡:

• 如果用变量存储类型，VM 数据会更大。然而，你的 VM 引擎的操作码会更小(没有额外的操作参数，因为它们可以从类型信息中推断出来)，所以最终，整体内存占用可能更小。然而，在运行时，每个操作码都必须分析其参数的类型，决定转换(在混合类型的情况下)。因此执行速度可能会变慢。

• 如果您存储没有类型的变量，数据会更小。但是操作码将需要额外的参数(这里，ADD32 有 3 个参数，正如您已经确定的那样)。所以代码会更大。然而，在执行时间上你可以走得更快。

• 您可以进一步优化第二个选项，方法是制作包含参数的操作码(这是大多数现代非 RISK CPU 指令集的设计方式)。因此，您可以使用多个专门的和优化的操作码(具有考虑到操作码字段的漂亮位组织，它甚至可以是以 2 个字节组织)。

请注意，第二种和第三种方法需要在您转换为 VM 的源语言中使用强类型。如果你想拥有动态类型，你需要第一种方法。