📰 🚗 🙆🏽 フォートバイトカー（およびその他）ネイティブアメリカン 🏴󠁧󠁢󠁳󠁣󠁴󠁿 👍🏿 🧑🏿‍🤝‍🧑🏽

はい、はい、それは「バイト」であり、インド語（インドではない）です。順番に始めましょう。最近、Habréで、バイトコードに関する記事が登場し始めました。むかしむかし、フォートシステムを書くのは楽しかったです。もちろん、アセンブラーで。 16ビットでした。 x86-64でプログラムしたことはありません。 32でもプレイできませんでした。それで、考えが来ました-なぜですか？ 64ビットの砦を、そしてバイトコードでさえも攪拌してみませんか？はい、Linuxでは、システムも作成していません。

Linuxを搭載したホームサーバーがあります。一般に、私は少しグーグルで調べて、LinuxのアセンブラーはGASと呼ばれ、asコマンドであることがわかりました。私はSSH経由でサーバーに接続しています。すでにインストールしています。それでもリンカーが必要です。ldと入力してください-はい！それで、アセンブラで何か面白いことを書いてみてください。文明がなければ、本物のインド人のような森だけがあります:)開発環境がなければ、コマンドラインとミッドナイトコマンダーのみ。エディターはNanoで、mcのF4にハングアップします。グループ「ゼロ」の歌はどうですか？真のインド人に必要なものは1つだけです。もちろん、デバッガー。「gdb-is！」と入力します。さて、Shift + F4を押してください！

建築

手始めに、アーキテクチャを決めましょう。 64ビットのビット深度を既に決定しています。従来のFort実装では、データとコードセグメントは同じです。しかし、私たちはそれを正しくしようとします。コードセグメントにはコード、データセグメントにはデータのみが含まれます。その結果、プラットフォームのカーネルと、プラットフォームに完全に依存しないバイトコードを取得します。

最速のスタックドバイトマシン（JITなし）を作成してみましょう。したがって、256個のアドレスを含むテーブルが作成されます（バイトコマンドごとに1つ）。何よりも少ない-追加のチェック、これは1-2プロセッサ命令です。そして、妥協することなく迅速に必要です。

スタック

通常、Fort実装では、プロセッサリターンスタック（* SP）がデータスタックとして使用され、フォートシステムリターンスタックは他の手段を使用して実装されます。実際、私たちのマシンはスタックされ、主な作業はデータスタックで行われます。したがって、同じことをしましょう-RSPはデータスタックになります。さて、リターンスタックをRBPとします。これは、デフォルトでスタックセグメントでも機能します。したがって、コードセグメント、データセグメント、スタックセグメントの3つのメモリセグメントがあります（データスタックとリターンスタックの両方があります）。

登録

レジスターx86-64の説明に入ります。 32または16ビットモードと比較して、最大8つの追加の汎用レジスタ（R8-R16）があります。

すでにRSPとRBPが必要だと判断しました。バイトコードコマンドのポインター（カウンター）がまだ必要です。このレジスタの操作のうち、メモリの読み取りのみが必要です。メインレジスタ（RAX、RBX、RCX、RDX、RSI、RDI）はより柔軟で汎用的であり、多くの特別なコマンドがあります。これらはさまざまなタスクに役立ちます。バイトコード命令カウンターには、新しいレジスタの1つを使用します。これをR8とします。

始めましょうか？

Linuxでアセンブリ言語でプログラミングした経験はありません。したがって、まず最初に、完成した「Hello、world」を見つけて、プログラムの開始方法とテキストの表示方法を理解します。予想外に、ソースとレシーバーさえ再配置される奇妙な構文のオプションを見つけました。判明したように、これはAT＆T構文であり、主にGASで記述されています。ただし、別の構文オプションがサポートされており、Intel構文と呼ばれます。考えて、私はそれをすべて同じように使用することにしました。さて、.intel_syntax noprefixの最初に書いてください。

「Hello、world」をコンパイルして実行し、すべてが機能することを確認します。ヘルプと実験を読むことで、次のコマンドを使用してコンパイルを開始しました。
$ as fort.asm -o fort.o -g -ahlsm >list.txt
ここで、-oスイッチは結果ファイルを示し、-gスイッチはデバッグ情報の生成を指示し、-ahlsmスイッチはリスト形式を設定します。そして、リストに出力を保持します。そこには、多くの有用なものが表示されます。作業の開始時に、リストを作成せず、-gスイッチも指定しませんでした。デバッガーの最初の使用後に-gスイッチを使用し始め、マクロがコードに現れた後にリストを作成し始めました:)

その後、リンカを使用しますが、どこにも簡単なものはありません。

$ ld forth.o -o forth
さあ、走れ！

$ ./forth
Hello, world!

動作します。

これが最初のforth.asmでした（実際には「Hellow、world！」です。もちろん）

 .intel_syntax noprefix .section .data msg: .ascii "Hello, world!\n" len = . - msg #  len    .section .text .global _start #     _start: mov eax, 4 #   № 4 — sys_write mov ebx, 1 #  № 1 — stdout mov ecx, OFFSET FLAT:msg #     mov edx, len #   int 0x80 #   mov eax, 1 #   № 1 — sys_exit xor ebx, ebx #    0 int 0x80 #

ちなみに、少し後でx86-64では、int 0x80ではなくシステムコールにsyscallを使用する方が正しいことがわかりました。 0x80呼び出しは、サポートされていますが、このアーキテクチャでは廃止されたと見なされます。

開始されました、そして今...

行こう！

少なくともいくつかの詳細が存在するため、1バイトコマンドのコードを記述します。フォートワード「0」とし、スタックの先頭に0を置きます。

 bcmd_num0: push 0 jmp _next

このコマンドが実行された時点で、R8はすでに次のバイトコマンドを指しています。あなたはそれを読んで、R8を増やし、バイトコマンドのコードによって実行可能なアドレスを決定し、それに制御を移す必要があります。

しかし...バイトコマンドアドレステーブルはどのビット深度になりますか？それから、私は新しいx86-64コマンドシステムをかなり掘り下げる必要がありました。残念ながら、メモリ内のオフセットで移動できるコマンドは見つかりませんでした。したがって、アドレスを計算するか、アドレスの準備が整います-64ビットです。計算する時間がありません。つまり、64ビットです。この場合、テーブルのサイズは256 * 8 = 4096バイトになります。最後に、_next呼び出しをエンコードします。

 _next: movzx rcx, byte ptr [r8] inc r8 jmp [bcmd + rcx*8] # bcmd -   -

悪くはないようですが、1つのバイトコマンドから別のバイトコマンドに切り替えるとき、プロセッサ命令は3つしかありません。

実際、これらのコマンドは私にとってそれほど簡単ではありませんでした。 0x86-64コマンドシステムをもう一度調べて、新しいMOVZXコマンドを見つける必要がありました。実際、このコマンドは8、16、または32ビットの値を64ビットのレジスタに変換します。このコマンドには2つのバリアントがあります。上位の桁にゼロが埋め込まれる符号なし、および符号付きの1つはMOVSXです。符号付きバージョンでは、符号が拡張されます。つまり、正の数値の場合、ゼロは上位の桁に、負の数値の場合は1になります。このオプションは、lit byteコマンドにも役立ちます。

ところで、このオプションは本当に最速ですか？おそらく誰かがさらに速く提案するでしょうか？

さて、これでバイトコマンドのシーケンスを実行して実行できるバイトマシンができました。少なくとも1つのチームを強制的に実行するには、実際にテストする必要があります。しかし、どれですか？スタックはゼロですか？しかし、ここでは、デバッガーの下でスタックを確認しないと、結果さえわかりません。しかし、プログラムが開始された場合、完了できます:)

特に「Hellow、world！」があるので、プログラムを完了してそれについて書く別れのコマンドを書きます。

 bcmd_bye: mov eax, 4 #   № 4 — sys_write mov ebx, 1 #  № 1 — stdout mov ecx, offset msg_bye #     mov edx, msg_bye_len #   int 0x80 #   mov eax, 1 #   № 1 — sys_exit mov ebx, 0 #    0 int 0x80 #

残っているのは、バイトコマンドアドレスのテーブルを作成し、レジスタを初期化し、バイトマシンを起動することだけです。そのため、テーブルには256個の値があり、2つのコマンドがあります。他のセルには何がありますか？
残りには無効な操作コードが含まれます。しかし、あなたはそれをチェックすることはできません。これらは不必要なチームです。私たちは現在3つあり、チェックでは5つになります。そのため、このようなスタブコマンドを作成します-悪いチームです。まず、テーブル全体を埋めてから、便利なコマンドでセルを占有し始めます。悪いチームにはコード0x00を、byeチームにはコード0x01を、「0」にはコード0x02を書きます。これまでの悪いチームは、完了コードとテキストが異なるだけで、さようならと同じことをします（さようならとほぼ同じように、スポイラーに入れました）。

bcmd_bad

 bcmd_bad: mov eax, 4 #   № 4 — sys_write mov ebx, 1 #  № 1 — stdout mov ecx, offset msg_bad_byte #     mov edx, msg_bad_byte_len #   int 0x80 #   mov eax, 1 #   № 1 — sys_exit mov ebx, 1 #    1 int 0x80 #

次に、アドレステーブルを描画します。便宜上、各行に8個を配置し、16個の行がありますテーブルのサイズは非常に大きくなります。

バイトコマンドアドレステーブル

 bcmd: .quad bcmd_bad, bcmd_bye, bcmd_num0, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad

バイトプログラムの本体を記述します。これを行うには、コマンドコードをアセンブラ変数に割り当てます。次の契約を締結します。

バイトコマンドを実行するためのアドレスは、bcmd_で始まります。
コマンドコード自体は、b_で始まる変数に保存されます

したがって、バイトプログラムの本体は次のようになります。

 start: .byte b_bye

データスタックのサイズをstack_sizeとして宣言します。ここまでは1024です。初期化時に、RBP = RSP-stack_sizeを実行します。

実際、このようなプログラムコード（forth.asm）を取得します

 .intel_syntax noprefix stack_size = 1024 .section .data msg_bad_byte: .ascii "Bad byte code!\n" msg_bad_byte_len = . - msg_bad_byte #  len    msg_bye: .ascii "bye!\n" msg_bye_len = . - msg_bye msg_hello: .ascii "Hello, world!\n" msg_hello_len = . - msg_hello bcmd: .quad bcmd_bad, bcmd_bye, bcmd_num0, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad start: .byte b_bye .section .text .global _start #     _start: mov rbp, rsp sub rbp, stack_size lea r8, start jmp _next _next: movzx rcx, byte ptr [r8] inc r8 jmp [bcmd + rcx*8] b_bad = 0x00 bcmd_bad: mov eax, 4 #   № 4 — sys_write mov ebx, 1 #  № 1 — stdout mov ecx, offset msg_bad_byte #     mov edx, msg_bad_byte_len #   int 0x80 #   mov eax, 1 #   № 1 — sys_exit mov ebx, 1 #    1 int 0x80 #   b_bye = 0x01 bcmd_bye: mov eax, 4 #   № 4 — sys_write mov ebx, 1 #  № 1 — stdout mov ecx, offset msg_bye #     mov edx, msg_bye_len #   int 0x80 #   mov eax, 1 #   № 1 — sys_exit mov ebx, 0 #    0 int 0x80 #   b_num0 = 0x02 bcmd_num0: push 0 jmp _next

コンパイル、実行：

$ as fort.asm -o fort.o -g -ahlsm >list.txt
$ ld forth.o -o forth
$ ./forth
bye!

うまくいく！ 1バイトからの最初のバイトコードプログラムが起動しました:)
もちろん、すべてが正しく行われていれば、これは起こります。そうでない場合、結果は次のようになります。

$ ./forth

もちろん、他のオプションも可能ですが、私はこれに最も頻繁に出くわしました。そして、デバッガが必要です。

デバッガーの歌詞

すでに述べたように、私はGDBを使用しました。これは非常に強力なデバッガですが、コマンドラインインターフェイスを備えています。実行は非常に簡単です。

 $ gdb ./forth GNU gdb (Ubuntu 7.11.1-0ubuntu1~16.5) 7.11.1 Copyright (C) 2016 Free Software Foundation, Inc. License GPLv3+: GNU GPL version 3 or later <http://gnu.org/licenses/gpl.html> This is free software: you are free to change and redistribute it. There is NO WARRANTY, to the extent permitted by law. Type "show copying" and "show warranty" for details. This GDB was configured as "x86_64-linux-gnu". Type "show configuration" for configuration details. For bug reporting instructions, please see: <http://www.gnu.org/software/gdb/bugs/>. Find the GDB manual and other documentation resources online at: <http://www.gnu.org/software/gdb/documentation/>. For help, type "help". Type "apropos word" to search for commands related to "word"... Reading symbols from ./forth...done. (gdb)

次に、コマンドを入力して、デバッグします。必要なコマンドを見つけて、デバッグに使用する方法を学ぶのに1時間かかりました。ここにあります：
b <label>-ブレークポイントを設定します
l <label>-ソースコードを表示
r-プログラムを開始または再起動します
ir-プロセッサレジスタステータスの表示
s-ステップ

ところで、-gスイッチを使用してプログラムをコンパイルする必要があることを覚えていますか？そうしないと、タグとソースコードが利用できなくなります。この場合、逆アセンブルされたコードのみでデバッグし、メモリ内のアドレスを使用することができます。もちろん、私たちはインド人ですが、同程度ではありません...

しかし、どういうわけかプログラムはほとんど何もしません。私たちは彼女に「こんにちは」と言うだけで、彼女はすぐに「バイ！」と言います。バイトコードで実際の「Hello、world！」を作成しましょう。これを行うには、アドレスと文字列の長さをスタックに配置し、文字列を表示するコマンドを実行してから、byeコマンドを実行します。これをすべて行うには、新しいコマンドが必要です。文字列を出力するために入力し、文字列のアドレスと長さを入力するために点灯します。最初に型を書き、そのコードを0x80にします。ここでも、sys_write呼び出しでそのコードが必要です。

 b_type = 0x80 bcmd_type: mov eax, 4 #   № 4 — sys_write mov ebx, 1 #  № 1 — stdout pop rdx pop rcx push r8 int 0x80 #   pop r8 jmp _next

ここでは、POPコマンドを使用してデータスタックからアドレスと文字列の長さを取得します。 int 0x80を呼び出すと、R8のレジスタが変更される可能性があるため、保存します。プログラムが終了したため、これは以前は行いませんでした。これらのレジスタの内容は気にしませんでした。これは通常のバイトコマンドであり、その後はバイトコードの実行が継続されるため、自分で行動する必要があります。

それでは、ライトを書きましょう。これは、パラメーターを使用する最初のチームになります。このコマンドのコードを含むバイトの後に、スタックに入れる番号を含むバイトがあります。すぐに問題が発生します-ここではどのビット深度が必要ですか？任意の数を入力するには、64ビットが必要です。しかし、コマンドが9バイトを占有するたびに、何が1つの数字になりますか？そのため、バイトコードの主要なプロパティの1つであるコンパクトさ、およびフォートのコードも失われます...

解決策は簡単です-ビット深度が異なる複数のコマンドを作成します。これらは、lit8、lit16、lit32、lit64になります。小さい数字にはlit8とlit16を使用し、大きい数字にはlit32とlit64を使用します。小さい数字が最も頻繁に使用され、それらには2バイトを要する最短のコマンドがあります。悪くない！..これらのコマンドのコードを0x08-0x0Bにします。

 b_lit8 = 0x08 bcmd_lit8: movsx rax, byte ptr [r8] inc r8 push rax jmp _next b_lit16 = 0x09 bcmd_lit16: movsx rax, word ptr [r8] add r8, 2 push rax jmp _next b_lit32 = 0x0A bcmd_lit32: movsx rax, dword ptr [r8] add r8, 4 push rax jmp _next b_lit64 = 0x0B bcmd_lit64: mov rax, [r8] add r8, 8 push rax jmp _next

ここでは、MOVSXコマンドを使用します。これは、既知のMOVZXコマンドのアイコンバージョンです。 R8バイトコマンドカウンターがあります。目的のサイズの値をロードし、次のコマンドに移動して、64ビットに変換された値をスタックに配置します。

テーブル内の新しいチームのアドレスを目的の位置に追加することを忘れないでください。

これで、最初のプログラム「Hello、world！」をバイトコードで書く準備が整いました。コンパイラーで作業しましょう！ :)

 start: .byte b_lit64 .quad msg_hello .byte b_lit8 .byte msg_hello_len .byte b_type .byte b_bye

2つの異なるlitコマンドを使用します。lit64は文字列のアドレスをスタックに配置し、lit8は長さをスタックに配置します。次に、さらに2つのバイトコマンドを実行します：typeとbye。
コンパイル、実行：

 $ as fort.asm -o fort.o -g -ahlsm >list.txt $ ld forth.o -o forth $ ./forth Hello, world! bye!

バイトコードを獲得しました！これは、すべてが正常な場合の結果です。

完全なソース

 .intel_syntax noprefix stack_size = 1024 .section .data msg_bad_byte: .ascii "Bad byte code!\n" msg_bad_byte_len = . - msg_bad_byte #  len    msg_bye: .ascii "bye!\n" msg_bye_len = . - msg_bye msg_hello: .ascii "Hello, world!\n" msg_hello_len = . - msg_hello bcmd: .quad bcmd_bad, bcmd_bye, bcmd_num0, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad # 0x00 .quad bcmd_lit8, bcmd_lit16, bcmd_lit32, bcmd_lit64, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad # 0x10 .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad # 0x20 .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad # 0x30 .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad # 0x40 .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad # 0x60 .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_type, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad # 0x80 .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad start: .byte b_lit64 .quad msg_hello .byte b_lit8 .byte msg_hello_len .byte b_type .byte b_bye .section .text .global _start #     _start: mov rbp, rsp sub rbp, stack_size lea r8, start jmp _next _next: movzx rcx, byte ptr [r8] inc r8 jmp [bcmd + rcx*8] b_bad = 0x00 bcmd_bad: mov eax, 4 #   № 4 — sys_write mov ebx, 1 #  № 1 — stdout mov ecx, offset msg_bad_byte #     mov edx, msg_bad_byte_len #   int 0x80 #   mov eax, 1 #   № 1 — sys_exit mov ebx, 1 #    1 int 0x80 #   b_bye = 0x01 bcmd_bye: mov eax, 4 #   № 4 — sys_write mov ebx, 1 #  № 1 — stdout mov ecx, offset msg_bye #     mov edx, msg_bye_len #   int 0x80 #   mov eax, 1 #   № 1 — sys_exit mov ebx, 0 #    0 int 0x80 #   b_num0 = 0x02 bcmd_num0: push 0 jmp _next b_lit8 = 0x08 bcmd_lit8: movsx rax, byte ptr [r8] inc r8 push rax jmp _next b_lit16 = 0x09 bcmd_lit16: movsx rax, word ptr [r8] add r8, 2 push rax jmp _next b_lit32 = 0x0A bcmd_lit32: movsx rax, dword ptr [r8] add r8, 4 push rax jmp _next b_lit64 = 0x0B bcmd_lit64: mov rax, [r8] add r8, 8 push rax jmp _next b_type = 0x80 bcmd_type: mov eax, 4 #   № 4 — sys_write mov ebx, 1 #  № 1 — stdout pop rdx pop rcx push r8 int 0x80 #   pop r8 jmp _next

しかし、可能性はまだ非常に原始的であり、条件、サイクルを作ることはできません。

どうして不可能ですか？できます、すべてが私たちの手にあります！この行をループで10回実行してみましょう。これには、条件付き分岐コマンドとスタック演算のビットが必要になります。スタック上の値を1減らすコマンド（fort "1-"）と頂点複製コマンド（ "dup"）です。

算術では、すべてが簡単です、私もコメントしません：

 b_dup = 0x18 bcmd_dup: push [rsp] jmp _next b_wm = 0x20 bcmd_wm: decq [rsp] jmp _next

条件付きジャンプ。手始めに、タスクをより簡単にしましょう。無条件の移行です。レジスタR8の値を変更するだけでよいことは明らかです。最初に頭に浮かぶのは、バイトコマンドとそれに続くパラメーターです。遷移アドレスは64ビットです。再び9バイト。これらの9バイトが必要ですか？通常、遷移は短距離で発生し、多くの場合数百バイト以内です。したがって、アドレスではなくオフセットを使用します！

ビット深度？多くの場合、8ビット（前方/後方127）で十分ですが、場合によってはこれで十分ではありません。したがって、litコマンドと同じように、2つのオプションを作成します。8桁と16桁、コマンドコードは0x10と0x11です。

 b_branch8 = 0x10 bcmd_branch8: movsx rax, byte ptr [r8] add r8, rax jmp _next b_branch16 = 0x11 bcmd_branch16: movsx rax, word ptr [r8] add r8, rax jmp _next

条件付き遷移の実装が簡単になりました。スタックが0の場合は_nextに進み、そうでない場合はbranchコマンドに進みます！

 b_qbranch8 = 0x12 bcmd_qbranch8: pop rax or rax, rax jnz bcmd_branch8 inc r8 jmp _next b_qbranch16 = 0x13 bcmd_qbranch16: pop rax or rax, rax jnz bcmd_branch16 add r8, 2 jmp _next

これでループを作成するためのすべてができました。

 start: .byte b_lit8 .byte 10 #  #  m0: .byte b_lit64 .quad msg_hello .byte b_lit8 .byte msg_hello_len .byte b_type .byte b_wm .byte b_dup .byte b_qbranch8 .byte m0 - . .byte b_bye

最初の2つのコマンド-ループカウンターをスタックに配置します。次に、文字列Helloを出力します。次に、カウンターから1を減算し、複製して遷移を実行します（または実行しません）。条件分岐コマンドはスタックの先頭から値を取得するため、複製コマンドが必要です。ここでの遷移は、距離が数バイトしかないため、8ビットです。

新しいコマンドのアドレスをテーブルに入れ、コンパイルして実行します。

私はそれをネタバレに入れます、さもなければ私たちのプログラムは冗長になります）

 $ as fort.asm -o fort.o -g -ahlsm >list.txt $ ld forth.o -o forth $ ./forth Hello, world! Hello, world! Hello, world! Hello, world! Hello, world! Hello, world! Hello, world! Hello, world! Hello, world! Hello, world! bye!

まあ、私たちはすでに条件とサイクルを行うことができます！

完全なソース

 .intel_syntax noprefix stack_size = 1024 .section .data msg_bad_byte: .ascii "Bad byte code!\n" msg_bad_byte_len = . - msg_bad_byte #  len    msg_bye: .ascii "bye!\n" msg_bye_len = . - msg_bye msg_hello: .ascii "Hello, world!\n" msg_hello_len = . - msg_hello bcmd: .quad bcmd_bad, bcmd_bye, bcmd_num0, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad # 0x00 .quad bcmd_lit8, bcmd_lit16, bcmd_lit32, bcmd_lit64, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_branch8, bcmd_branch16, bcmd_qbranch8, bcmd_qbranch16, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad # 0x10 .quad bcmd_dup, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_wm, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad # 0x20 .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad # 0x30 .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad # 0x40 .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad # 0x60 .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_type, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad # 0x80 .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad start: .byte b_lit8 .byte 10 #  #  m0: .byte b_lit64 .quad msg_hello .byte b_lit8 .byte msg_hello_len .byte b_type .byte b_wm .byte b_dup .byte b_qbranch8 .byte m0 - . .byte b_bye .section .text .global _start #     _start: mov rbp, rsp sub rbp, stack_size lea r8, start jmp _next _next: movzx rcx, byte ptr [r8] inc r8 jmp [bcmd + rcx*8] b_bad = 0x00 bcmd_bad: mov eax, 4 #   № 4 — sys_write mov ebx, 1 #  № 1 — stdout mov ecx, offset msg_bad_byte #     mov edx, msg_bad_byte_len #   int 0x80 #   mov eax, 1 #   № 1 — sys_exit mov ebx, 1 #    1 int 0x80 #   b_bye = 0x01 bcmd_bye: mov eax, 4 #   № 4 — sys_write mov ebx, 1 #  № 1 — stdout mov ecx, offset msg_bye #     mov edx, msg_bye_len #   int 0x80 #   mov eax, 1 #   № 1 — sys_exit mov ebx, 0 #    0 int 0x80 #   b_num0 = 0x02 bcmd_num0: push 0 jmp _next b_lit8 = 0x08 bcmd_lit8: movsx rax, byte ptr [r8] inc r8 push rax jmp _next b_lit16 = 0x09 bcmd_lit16: movsx rax, word ptr [r8] add r8, 2 push rax jmp _next b_lit32 = 0x0A bcmd_lit32: movsx rax, dword ptr [r8] add r8, 4 push rax jmp _next b_lit64 = 0x0B bcmd_lit64: mov rax, [r8] add r8, 8 push rax jmp _next b_type = 0x80 bcmd_type: mov eax, 4 #   № 4 — sys_write mov ebx, 1 #  № 1 — stdout pop rdx pop rcx push r8 int 0x80 #   pop r8 jmp _next b_dup = 0x18 bcmd_dup: push [rsp] jmp _next b_wm = 0x20 bcmd_wm: decq [rsp] jmp _next b_branch8 = 0x10 bcmd_branch8: movsx rax, byte ptr [r8] add r8, rax jmp _next b_branch16 = 0x11 bcmd_branch16: movsx rax, word ptr [r8] add r8, rax jmp _next b_qbranch8 = 0x12 bcmd_qbranch8: pop rax or rax, rax jnz bcmd_branch8 inc r8 jmp _next b_qbranch16 = 0x13 bcmd_qbranch16: pop rax or rax, rax jnz bcmd_branch16 add r8, 2 jmp _next

しかし、完成したバイトマシンが別の非常に重要な機能を失うまで。バイトコードから別のものを呼び出すことはできません。ルーチン、プロシージャなどと呼ばれるものはありません。砦では、これがないと、一部の単語でカーネル単語以外の単語を使用できません。

私たちは仕事を終わらせます。ここで初めて、リターンのスタックが必要になります。callコマンドとreturnコマンド（呼び出しと終了）の2つのコマンドが必要です。

呼び出しコマンドは、原則として、ブランチと同じことを行います-制御を別のバイトコードに転送します。ただし、ブランチとは異なり、リターンスタックにリターンアドレスを保存して、リターンして実行を継続できるようにする必要があります。別の違いがあります-そのような呼び出しは、はるかに長い距離で発生する可能性があります。したがって、callコマンドはブランチのようになりますが、8、16、32ビットの3つのバージョンになります。

 b_call8 = 0x0C bcmd_call8: movsx rax, byte ptr [r8] sub rbp, 8 inc r8 mov [rbp], r8 add r8, rax jmp _next b_call16 = 0x0D bcmd_call16: movsx rax, word ptr [r8] sub rbp, 8 add r8, 2 mov [rbp], r8 add r8, rax jmp _next b_call32 = 0x0E bcmd_call32: movsx rax, dword ptr [r8] sub rbp, 8 add r8, 4 mov [rbp], r8 add r8, rax jmp _next

ご覧のとおり、ここでは、移行とは異なり、3つのチームが追加されています。そのうちの1つはR8を次のバイトコマンドに再配置し、残りの2つは受信した値をリターンスタックに格納します。ところで、ここでは、プロセッサパイプラインがコマンドを並列に実行できるように、プロセッサ命令を互いに依存させないようにしました。しかし、これがどれほどの効果をもたらすかはわかりません。必要に応じて、テストを確認できます。

callコマンドの引数の形成は、ブランチの引数の形成とは多少異なることに留意してください。分岐の場合、オフセットは分岐アドレスとバイトコマンドに続くバイトのアドレスとの差として計算されます。 callコマンドの場合、これはジャンプアドレスと次のコマンドのアドレスの差です。なぜこれが必要なのですか？これにより、プロセッサー命令が少なくなります。

次にreturnコマンド。実際、彼女の仕事は、リターンスタックからR8を復元し、制御をバイトマシンにさらに転送することだけです。

 b_exit = 0x1F bcmd_exit: mov r8, [rbp] add rbp, 8 jmp _next

これらのコマンドは非常に頻繁に使用されるため、最大限に最適化する必要があります。exit byteコマンドは、3つのマシン命令を占有します。ここで何かを減らすことは可能ですか？それはあなたができることが判明しました！単に移行コマンドを削除できます:)

これを行うには、_nextバイトマシンのエントリポイントの上に配置します。

 b_exit = 0x1F bcmd_exit: mov r8, [rbp] add rbp, 8 _next: movzx rcx, byte ptr [r8] inc r8 jmp [bcmd + rcx*8]

ところで、コンパイラが短いジャンプコマンドを形成できるように、最も重要で頻繁に使用されるコマンド（たとえば、呼び出しなど）をバイトマシンの近くに配置する必要があります。これはリストにはっきりと表示されます。以下に例を示します。

  262 0084 490FBE00 bcmd_lit8: movsx rax, byte ptr [r8] 263 0088 49FFC0 inc r8 264 008b 50 push rax 265 008c EB90 jmp _next 266 267 b_lit16 = 0x09 268 008e 490FBF00 bcmd_lit16: movsx rax, word ptr [r8] 269 0092 4983C002 add r8, 2 270 0096 50 push rax 271 0097 EB85 jmp _next 272 273 b_lit32 = 0x0A 274 0099 496300 bcmd_lit32: movsx rax, dword ptr [r8] 275 009c 4983C004 add r8, 4 276 00a0 50 push rax 277 00a1 E978FFFF jmp _next 277 FF 278

ここで、265行目と271行目では、jmpコマンドはそれぞれ2バイトを使用し、277行目では、ジャンプ距離が短いコマンドの長さを超えているため、同じコマンドがすでに5バイトにコンパイルされています。

したがって、bad、bye、typeなどのバイトコマンドはさらに再配置され、call、branch、litなどはより近くに再配置されます。残念ながら、127バイトの遷移に適合することはあまりありません。
コードに従って、コマンドアドレスのテーブルに新しいコマンドを追加します。

だから、私たちは今挑戦と復帰を持っています、私たちはそれらをテストします！これを行うには、別の手順でラインプリントを選択し、ループで2回呼び出します。そして、サイクルの繰り返し回数は3回に減ります。

 start: .byte b_lit8 .byte 3 #  #  m0: .byte b_call16 .word sub_hello - . - 2 .byte b_call16 .word sub_hello - . - 2 .byte b_wm .byte b_dup .byte b_qbranch8 .byte m0 - . .byte b_bye sub_hello: .byte b_lit64 .quad msg_hello .byte b_lit8 .byte msg_hello_len .byte b_type .byte b_exit

ここではCall8を使用できますが、最もよく使用されるものとしてcall16を使用することにしました。値2は、私が書いたcall byteコマンドのアドレスを計算する特性のために差し引かれます。call8の場合、call32の場合、それぞれ1がここから差し引かれます。4。
コンパイルして呼び出します。

 $ as forth.asm -o forth.o -g -ahlsm>list.txt $ ld forth.o -o forth $ ./forth Hello, world! Bad byte code!

おっと...彼らが言うように、何かがうまくいかなかった:)さて、私たちはGDBを起動し、そこで何が起こるか見てみましょう。sub_hello呼び出しが通過し、プロシージャの本体が実行されていることは明らかであるため、bcmd_exitにブレークポイントをすぐに設定しました... すぐにバイトコマンドコードの疑いがありました。そして、確かに、その理由は彼にありました。b_exit値0x1fを割り当て、アドレス自体はテーブルセル番号0x17に配置されました。それでは、b_exitの値を0x17に修正して、再試行します。

 $ as forth.asm -o forth.o -g -ahlsm>list.txt $ ld forth.o -o forth $ ./forth Hello, world! Hello, world! Hello, world! Hello, world! Hello, world! Hello, world! bye!

丁度6回の挨拶と、さようなら。あるべきです:)

完全なソース

 .intel_syntax noprefix stack_size = 1024 .section .data msg_bad_byte: .ascii "Bad byte code!\n" msg_bad_byte_len = . - msg_bad_byte #  len    msg_bye: .ascii "bye!\n" msg_bye_len = . - msg_bye msg_hello: .ascii "Hello, world!\n" msg_hello_len = . - msg_hello bcmd: .quad bcmd_bad, bcmd_bye, bcmd_num0, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad # 0x00 .quad bcmd_lit8, bcmd_lit16, bcmd_lit32, bcmd_lit64, bcmd_call8, bcmd_call16, bcmd_call32, bcmd_bad .quad bcmd_branch8, bcmd_branch16, bcmd_qbranch8, bcmd_qbranch16, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_exit # 0x10 .quad bcmd_dup, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_wm, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad # 0x20 .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad # 0x30 .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad # 0x40 .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad # 0x60 .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_type, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad # 0x80 .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad .quad bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad, bcmd_bad start: .byte b_lit8 .byte 3 #  #  m0: .byte b_call16 .word sub_hello - . - 2 .byte b_call16 .word sub_hello - . - 2 .byte b_wm .byte b_dup .byte b_qbranch8 .byte m0 - . .byte b_bye sub_hello: .byte b_lit64 .quad msg_hello .byte b_lit8 .byte msg_hello_len .byte b_type .byte b_exit .section .text .global _start #     _start: mov rbp, rsp sub rbp, stack_size lea r8, start jmp _next b_exit = 0x17 bcmd_exit: mov r8, [rbp] add rbp, 8 _next: movzx rcx, byte ptr [r8] inc r8 jmp [bcmd + rcx*8] b_num0 = 0x02 bcmd_num0: push 0 jmp _next b_lit8 = 0x08 bcmd_lit8: movsx rax, byte ptr [r8] inc r8 push rax jmp _next b_lit16 = 0x09 bcmd_lit16: movsx rax, word ptr [r8] add r8, 2 push rax jmp _next b_call8 = 0x0C bcmd_call8: movsx rax, byte ptr [r8] sub rbp, 8 inc r8 mov [rbp], r8 add r8, rax jmp _next b_call16 = 0x0D bcmd_call16: movsx rax, word ptr [r8] sub rbp, 8 add r8, 2 mov [rbp], r8 add r8, rax jmp _next b_call32 = 0x0E bcmd_call32: movsx rax, dword ptr [r8] sub rbp, 8 add r8, 4 mov [rbp], r8 add r8, rax jmp _next b_lit32 = 0x0A bcmd_lit32: movsx rax, dword ptr [r8] add r8, 4 push rax jmp _next b_lit64 = 0x0B bcmd_lit64: mov rax, [r8] add r8, 8 push rax jmp _next b_dup = 0x18 bcmd_dup: push [rsp] jmp _next b_wm = 0x20 bcmd_wm: decq [rsp] jmp _next b_branch8 = 0x10 bcmd_branch8: movsx rax, byte ptr [r8] add r8, rax jmp _next b_branch16 = 0x11 bcmd_branch16: movsx rax, word ptr [r8] add r8, rax jmp _next b_qbranch8 = 0x12 bcmd_qbranch8: pop rax or rax, rax jnz bcmd_branch8 inc r8 jmp _next b_qbranch16 = 0x13 bcmd_qbranch16: pop rax or rax, rax jnz bcmd_branch16 add r8, 2 jmp _next b_bad = 0x00 bcmd_bad: mov eax, 4 #   № 4 — sys_write mov ebx, 1 #  № 1 — stdout mov ecx, offset msg_bad_byte #     mov edx, msg_bad_byte_len #   int 0x80 #   mov eax, 1 #   № 1 — sys_exit mov ebx, 1 #    1 int 0x80 #   b_bye = 0x01 bcmd_bye: mov eax, 4 #   № 4 — sys_write mov ebx, 1 #  № 1 — stdout mov ecx, offset msg_bye #     mov edx, msg_bye_len #   int 0x80 #   mov eax, 1 #   № 1 — sys_exit mov ebx, 0 #    0 int 0x80 #   b_type = 0x80 bcmd_type: mov eax, 4 #   № 4 — sys_write mov ebx, 1 #  № 1 — stdout pop rdx pop rcx push r8 int 0x80 #   pop r8 jmp _next

結果は何ですか

完全かつかなり高速な64ビットスタックバイトマシンをテストしました。速度においては、おそらくこのバイトマシンはクラスで最速のマシンの1つ（JITを持たないスタックバイトマシン）です。彼女は、コマンドを順番に実行し、条件付きジャンプと無条件ジャンプを行い、プロシージャを呼び出し、それらから戻る方法を知っています。同時に、使用されるバイトコードはかなりコンパクトです。基本的に、バイトコマンドは1〜3バイトかかりますが、それ以上は非常にまれです（大きな数字のみで、非常に遠いプロシージャコール）。バイトコマンドの小さなセットもスケッチされており、簡単に拡張できます。スタックを操作するためのすべての基本的なコマンド（ドロップ、スワップ、オーバー、ルートなどを20分で書くことができ、同じ量が算術整数コマンドに送られると仮定します）。

もう一つの重要なポイント。バイトコードは、従来のフォートの直接縫製コードとは異なり、機械語命令を含まないため、再コンパイルせずに別のプラットフォームに転送できます。カーネルを新しいプロセッサの命令システムに一度書き換えれば十分であり、これは非常に迅速に行うことができます。

バイトマシンの現在のバージョンは、特定の言語に固有のものではありません。しかし、私はそれを使ってFort言語の実装を作りたいと思っています。私はそれを使った経験があり、そのためのコンパイラは非常に迅速に行うことができます。

これに興味があれば、このマシンに基づいて、次の記事で、文字列と数字、砦辞書、およびインタプリタの入出力を行います。手でチームに「触れる」ことができます。さて、3番目の記事ではコンパイラーを作成し、ほぼ完全な砦システムを取得します。その後、いくつかの標準アルゴリズムを作成およびコンパイルし、パフォーマンスを他の言語およびシステムと比較することが可能になります。たとえば、エラトステネスのふるいなどを使用できます。

オプションを試してみるのは面白いです。たとえば、コマンドテーブルを16ビットにし、これがパフォーマンスにどのように影響するかを確認します。_nextエントリポイントをマクロに変更することもできます。この場合、各バイトコマンドのマシンコードは、2つのコマンド（遷移と_nextからの3つのコマンドを除く）のサイズが増加します。つまり、最後には_nextへの遷移はありませんが、_nextの内容自体は（これは14バイトです）。これがパフォーマンスにどのように影響するかを知ることは興味深いです。レジスタを使用して最適化を試みることもできます。たとえば、砦にカウンターがある標準ループは、カウンターをリターンスタックに格納します。登録バージョンを作成し、テストすることもできます。

古典的な形式（たとえば、A = 5 +（B + C * 4））で記述された式のコンパイラーを作成することもできます。

一般的に、実験の余地があります！ :)

続き：ネイティブアメリカンの砦のバイトマシン（だけでなく）（パート2）

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