| name | vm-dev |
| description | 虚拟机开发专家,专注于字节码设计、指令实现、栈帧管理、内存管理和垃圾回收。 |
| version | v1.0 |
| tags | vm, bytecode, execution, stack, memory, gc |
| allowed-tools | mcp__serena__find_symbol, mcp__serena__replace_symbol_body, Read, Bash |
| requires-skills | ep-navigator, compiler-dev |
虚拟机开发
🎯 垂直职责
单一职责: 虚拟机实现 - 字节码执行、指令集、栈帧、内存管理、垃圾回收
📦 核心能力
1. 字节码设计 (EP13-EP15)
- 定义:
BytecodeDefinition.java - 指令集: IADD, ISUB, IMUL, IDIV, LOAD, STORE, CALL, RET, JMP
- 操作数栈: 后进先出 (LIFO)
2. 栈式虚拟机 (EP18)
- 位置:
ep18/src/main/java/org/teachfx/antlr4/ep18/stackvm/ - 核心:
CymbolStackVM.java - 栈帧:
StackFrame.java(局部变量 + 操作数栈 + 返回地址)
3. 寄存器虚拟机 (EP18R)
- 位置:
ep18r/src/main/java/org/teachfx/antlr4/ep18r/regvm/ - 核心:
CymbolRegisterVM.java - 寄存器分配: 基于ABI约定的寄存器使用
4. 内存管理 (EP18/EP18R)
- 堆内存:
HeapMemory.java - GC: 标记-清除算法
- 对象布局: 类型信息 + 字段数据
🔗 关系图
→ ep-navigator (识别EP范围) → compiler-dev (IR → 字节码)
🚀 快速开始
添加新指令
# 1. 定义操作码
vim ep18/src/main/java/.../BytecodeDefinition.java
// enum OpCode { ..., NEW_OP(0x20); }
# 2. 实现指令类
vim ep18/src/main/java/.../instruction/NewOpInstruction.java
public class NewOpInstruction extends Instruction {
@Override
public void execute(ExecutionContext ctx) {
// 实现逻辑
}
}
# 3. 注册指令
vim ep18/src/main/java/.../InstructionFactory.java
# 4. 测试
mvn test -pl ep18 -Dtest="*NewOpInstruction*"
实现垃圾回收
# 1. 定义对象头
class ObjectHeader {
Type type;
boolean marked;
int size;
}
# 2. 实现标记阶段
void mark(VarSlot root) {
Object obj = heap.get(root);
if (obj != null && !obj.header.marked) {
obj.header.marked = true;
for (VarSlot field : obj.getReferences()) {
mark(field);
}
}
}
# 3. 实现清除阶段
void sweep() {
heap.removeIf(obj -> !obj.header.marked);
}
📊 栈帧结构
┌─────────────────────────────────┐
│ 返回地址 (Return Address) │
├─────────────────────────────────┤
│ 局部变量区 (Locals) │
│ [0] [1] [2] [3] ... │
├─────────────────────────────────┤
│ 操作数栈 (Operand Stack) │
│ [...] [...] [...] │
└─────────────────────────────────┘
🛠️ 常用命令
# 虚拟机相关
mvn compile -pl ep18 # 编译EP18
mvn test -pl ep18 -Dtest="*Instruction*" # 测试指令
mvn test -pl ep18 -Dtest="*VM*" # 测试VM
mvn test -pl ep18 -Dtest="*GC*" # 测试GC
# 运行程序
mvn exec:java -pl ep18 -Dexec.args="program.cx"
📐 指令格式速查
| 指令 | 操作码 | 操作数 | 栈效果 | 描述 |
|---|---|---|---|---|
| ICONST | 0x01 | value | → value | 加载整数常量 |
| IADD | 0x10 | - | a,b → a+b | 整数加法 |
| ISUB | 0x11 | - | a,b → a-b | 整数减法 |
| LOAD | 0x20 | index | → value | 加载局部变量 |
| STORE | 0x21 | index | value → | 存储局部变量 |
| CALL | 0x30 | addr | args... → | 调用函数 |
| RET | 0x31 | - | value → | 返回函数 |
| JMP | 0x40 | offset | → | 无条件跳转 |
| CONDJMP | 0x41 | offset | cond → | 条件跳转 |
⚠️ 常见问题
| 问题 | 原因 | 解决方案 |
|---|---|---|
| 栈溢出 | 操作数栈超限 | 检查指令栈平衡 |
| 栈下溢 | 弹出空栈 | 验证指令前置条件 |
| 类型错误 | 操作数类型不匹配 | 添加类型检查 |
| 内存泄漏 | GC未正确标记 | 检查根集完整性 |
版本: v1.0 | 垂直职责: 虚拟机实现 | 2025-12-23