接下来，就是要实现一个虚拟机了。记得编码高质量的代码中有一条：不要过早地优化你的代码。所以，也本着循序渐进的原则，我将从实现一个解释器开始，逐步过渡到JIT动态编译器，这样的演化可以使原理看起来更清晰。
解释器的原理很简单，就是一条指令一条指令的解释并执行。具体流程分为：取出指令-解码指令-执行-返回主流程。这样形成一个无限循环，如下图所示：
这里的主流程就是上篇定义的程序rom.bin。但rom.bin不能直接运行，需要一个解释器来包裹它，来解释执行。解释器放在一个无限循环中，使得主流程无限运行不停止：
void loop(){ for(;;) { Interpreter(&CPUREG); }} |
这样，整个虚拟机的运行可以定义为：
memInit(); //初始化内存ResetCPU(&CPUREG); //初始化CPUloadROM(); //加载rom.binloop(); //执行主流程memFree(); //释放内存 |
接下来需要做的就是取出指令送入解释器了。为此需要定义读写内存的函数memGet和memSet：
void memSet(unsigned int, unsigned char);unsigned char memGet(unsigned int);void memSet(unsigned int addr, unsigned char data){ char Str_Err[256]; if(addr>64) { sprintf(Str_Err, "MEM: invalid mem write: 0x%8x", addr); MessageBox(NULL, Str_Err, "Warning", MB_OK); } else { RAM[addr & 0xff]=data; }}unsigned char memGet(unsigned int addr){ char Str_Err[256]; unsigned char val = 0; if(addr>64) { sprintf(Str_Err, "MEM: invalid mem read: 0x%8x", addr); MessageBox(NULL, Str_Err, "Warning", MB_OK); } else { val=RAM[addr & 0xff]; } return val;} |
读写均为一个字节。由于上篇定义的CPU寻址范围只有64字节大小，所以超过64字节就要给出错误提示。
然后需要为每一个CPU指令机器码实现一个解码执行函数：
void nop(REG*);void mov(REG*);void add(REG*);void cmp(REG*);void jmp(REG*);void jcp(REG*);void nop(REG* cpuREG){ cpuREG->R_PC++; sprintf("NOP\n");}void mov(REG* cpuREG){ memSet(cpuREG->R_PC+1, memGet(cpuREG->R_PC+2)); sprintf("MOV [0x%4x], [0x%4x]\n", cpuREG->R_PC+1, cpuREG->R_PC+2); cpuREG->R_PC+=3;}void add(REG* cpuREG){ memSet(cpuREG->R_PC+1, memGet(cpuREG->R_PC+1)+memGet(cpuREG->R_PC+2)); sprintf("ADD [0x%4x], [0x%4x]\n", cpuREG->R_PC+1, cpuREG->R_PC+2); cpuREG->R_PC+=3;}void cmp(REG* cpuREG){ if((memGet(cpuREG->R_PC+1)-memGet(cpuREG->R_PC+2)) < 0) { cpuREG->R_CMP=0; } else { cpuREG->R_CMP=1; } sprintf("CMP [0x%4x], [0x%4x]\n", cpuREG->R_PC+1, cpuREG->R_PC+2); cpuREG->R_PC+=3;}void jmp(REG* cpuREG){ sprintf("JMP [0x%4x] \n", cpuREG->R_PC+1); cpuREG->R_PC=memGet(cpuREG->R_PC+1);}void jcp(REG* cpuREG){ sprintf("JCP [0x%4x], [0x%4x]\n", cpuREG->R_PC+1, cpuREG->R_PC+2); if(cpuREG->R_CMP==0) { cpuREG->R_PC=memGet(cpuREG->R_PC+1); } else { cpuREG->R_PC=memGet(cpuREG->R_PC+2); } } |
这里最重要的是要小心处理PC寄存器。一开始CPU初始化的时候，PC寄存器是设为0的，而自定义的rom.bin也是从0地址开始执行的。如果你虚拟的CPU不是从0地址开始执行，那么在CPU初始化的时候就要把PC寄存器设为相应的开始地址。另外每一条指令可能涉及的地址数不相同，那么PC寄存器的变动也要不同。最后，跳转指令也可能要根据比较寄存器的内容来改变PC寄存器。
做了如上的准备之后就可以实现解释器了。这里用switch-case结构来决定哪条指令被执行。为了简单起见，用了一个函数指针来执行解码函数：
void (*func)(REG*);//Interpreter void Interpreter(REG* cpuREG){ char Str_Err[256]; switch(memGet(cpuREG->R_PC)) { case 0: func=nop; break; case 1: func=mov; break; case 2: func=add; break; case 3: func=cmp; break; case 4: func=jmp; break; case 5: func=jcp; break; default: sprintf(Str_Err, "Unhandled Opcode (0x%4x) at [0x%4x]", memGet(cpuREG->R_PC), cpuREG->R_PC); MessageBox(NULL, Str_Err, "Warning", MB_OK); return; } func(cpuREG);} |
首先从内存中取出数据，根据机器码来决定执行解码函数，最后执行。执行结果如下：