Question

无堆栈VM我指的是在堆上维护自己的堆栈而不是使用系统“C-stack”的实现。这有很多优点，如continuation和serializable状态，但在C-bindings方面也有一些缺点，特别是对于C-VM-C类型的回调（或VM-C-VM）。

问题是这些缺点到底是什么？任何人都可以举出真正问题的好例子吗？

Answer 1

听起来你已经熟悉了一些缺点和优点。

其他一些人： a）即使底层实现没有任何支持，也可以支持正确的尾调用优化 b）更容易构建语言级别“堆栈跟踪”之类的东西 c）如你所指出的那样，更容易添加适当的延续

我最近在C＃中编写了一个简单的“Scheme”解释器，它最初使用的是.NET堆栈。然后我重新编写它以使用显式堆栈 - 所以可能以下内容将帮助您：

第一个版本使用了隐式.NET运行时堆栈......

最初，它只是一个类层次结构，不同的表单（Lambda，Let等）是以下接口的实现：

// A "form" is an expression that can be evaluted with
// respect to an environment
// e.g.
// "(* x 3)"
// "x"
// "3"
public interface IForm
{
    object Evaluate(IEnvironment environment);
}

IEnvironment看起来像你期望的那样：

/// <summary>
/// Fundamental interface for resolving "symbols" subject to scoping.
/// </summary>
public interface IEnvironment
{
    object Lookup(string name);
    IEnvironment Extend(string name, object value);
}

为了向我的Scheme解释器添加“builtins”，我最初有以下界面：

/// <summary>
/// A function is either a builtin function (i.e. implemented directly in CSharp)
/// or something that's been created by the Lambda form.
/// </summary>
public interface IFunction
{
    object Invoke(object[] args);
}

那时它使用了隐式.NET运行时堆栈。肯定有更少的代码，但是不可能添加正确的尾递归之类的东西，最重要的是，我的解释器在运行时错误的情况下能够提供“语言级”堆栈跟踪是很尴尬的。 p>

所以我把它重写为有一个显式的（堆分配的）堆栈。

我的“IFunction”界面必须更改为以下内容，以便我可以实现“map”和“apply”之类的东西，它们会回调到Scheme解释器中：

/// <summary>
/// A function that wishes to use the thread state to
/// evaluate its arguments. The function should either:
/// a) Push tasks on to threadState.Pending which, when evaluated, will
///   result in the result being placed on to threadState.Results
/// b) Push its result directly on to threadState.Results
/// </summary>
public interface IStackFunction
{
    void Evaluate(IThreadState threadState, object[] args);
}

并且IForm改为：

public interface IForm
{
    void Evaluate(IEnvironment environment, IThreadState s);
}

IThreadState如下：

/// <summary>
/// The state of the interpreter.
/// The implementation of a task which takes some arguments,
/// call them "x" and "y", and which returns an argument "z",
/// should follow the following protocol:
/// a) Call "PopResult" to get x and y
/// b) Either
///   i) push "z" directly onto IThreadState using PushResult OR
///   ii) push a "task" on to the stack which will result in "z" being
///       pushed on to the result stack.
/// 
/// Note that ii) is "recursive" in its definition - that is, a task
/// that is pushed on to the task stack may in turn push other tasks
/// on the task stack which, when evaluated, 
/// ... ultimately will end up pushing the result via PushResult.
/// </summary>
public interface IThreadState
{
    void PushTask(ITask task);
    object PopResult();
    void PushResult(object result);
}

ITask是：

public interface ITask
{
    void Execute(IThreadState s);
}

我的主要“事件”循环是：

ThreadState threadState = new ThreadState();
threadState.PushTask(null);
threadState.PushTask(new EvaluateForm(f, environment));
ITask next = null;

while ((next = threadState.PopTask()) != null)
    next.Execute(threadState);

return threadState.PopResult(); // Get what EvaluateForm evaluated to

EvaluateForm只是一个用特定环境调用IForm.Evaluate的任务。

就我个人而言，从实现的角度来看，我发现这个新版本更“好” - 容易获得堆栈跟踪，很容易实现完全延续（虽然......我没有这样做然而 - 需要使我的“堆栈”持久链接列表而不是使用C＃Stack，并且ITask“返回”新的ThreadState而不是改变它以便我可以进行“调用 - 继续”任务）...等等。

基本上，您只是较少依赖底层语言实现。

我能找到的唯一缺点是表现......但就我而言，它只是一名翻译，所以我对表现并不在乎。

我还要向您介绍这篇非常好的文章，该文章介绍了使用KAI C ++编译器的作者之一将递归代码重写为带有堆栈的迭代代码的好处：Considering Recursion

Answer 2

在与Steve Dekorte（Io编程语言的作者）和Konstantin Olenin的电子邮件对话之后，我发现了一个问题和一个（部分）解决方案。想象一下从VM到C函数的调用，它调用VM方法。在VM执行回调的时间段内，VM状态的一部分位于VM外部：在C堆栈和寄存器中。如果您在此时保存VM状态，则可以保证在下次加载VM时无法正确恢复状态。

解决方案是将VM建模为消息接收参与者：VM可以向本机代码发送异步通知，本机代码可以向VM发送异步通知。也就是说，在单线程环境中，当VM获得控制权时，不会在其外部存储其他状态（除了与VM运行时无关的数据）。

这并不意味着您可以在任何情况下正确恢复VM状态，但至少，您可以在其上构建自己的可靠系统。

无堆栈VM实现会出现哪些C集成问题？

2 个答案: