如何使用字节码用于优化动态语言的执行时间？

Question

我对某些优化方法或一般字节码设计感兴趣，这可能有助于使用VM与AST的解释相比，使用VM加速执行。

Answer 1

AST解释与字节码的主要胜利是操作调度成本，对于高度优化的口译员而言，这开始成为一个真正的问题。 “调度”是用来描述开始执行操作所需的间接费用（例如算术，属性访问等）的术语。

相当普通的基于AST的口译员看起来像这样：

class ASTNode {
    virtual double execute() = 0;
}

class NumberNode {
    virtual double execute() { return m_value; }
    double m_value;
}

class AddNode {
    virtual double execute() { return left->execute() + right->execute(); }
}

因此，执行代码的简单性 1+1 需要3个虚拟呼叫。由于多次拨打电话，Virtual称为非常昂贵的（在宏伟的计划中），以及首先打电话的总费用。

在字节码解释器中，您有一个不同的调度模型 - 而不是虚拟呼叫，而是具有执行循环，类似于：

while (1) {
    switch (op.type) {
        case op_add:
            // Efficient interpreters use "registers" rather than
            // a stack these days, but the example code would be more
            // complicated
            push(pop() + pop());
            continue;
        case op_end:
            return pop();
    }
}

这仍然具有相当昂贵的调度成本与本机代码，但比虚拟调度要快得多。您可以使用称为“计算goto”的GCC扩展名进一步改进PERC，该扩展可以删除开关调度，从而将总调度成本降低到基本上的间接分支。

除了改善调度成本基于字节码的口译员外，比AST解释器还具有许多其他优势，这主要是由于字节码直接“直接”“直接”跳到其他位置作为真实机器的能力，例如，想象一下像这样的代码段落段：

while (1) {
    ...statements...
    if (a)
        break;
    else
        continue;
}

要正确实施此陈述时，您将需要指示执行是要保持在循环还是停止中，因此执行循环变成类似：

while (condition->execute() == true) {
    for (i = 0; i < statements->length(); i++) {
        result = statements[i]->execute();
        if (result.type == BREAK)
            break;
        if (result.type == CONTINUE)
            i = 0;
    }
}

当您添加更多形式的流控制形式时，此信号变得越来越昂贵。一旦添加异常（例如，到处都可能发生的流量控制），您就需要在基本算术的中间检查这些东西，从而导致开销不断增加。如果您想在现实世界中看到这一点，我鼓励您查看eCmascript规范，他们用AST解释器来描述执行模型。

在字节码解释器中，这些问题基本上消失了，因为字节码能够直接表达控制流而不是通过信号传导，例如。 continue 只需将其转换为跳跃指令，只有在实际命中时，您才能获得费用。

最终，根据定义，AST解释器是递归的，因此必须防止溢出系统堆栈，这对您可以在代码中可以重复进行多少限制，例如：类似：

1+(1+(1+(1+(1+(1+(1+(1+1)))))))

口译员有8个层次的递归（至少） - 这可能是非常重要的成本；较旧版本的Safari（前阶段）使用了AST解释器，因此，JS仅允许JS几百级递归，而在现代浏览器中允许1000层。

Answer 2

也许您可以查看各种方法 LLVM “ OPT”工具提供。这些是字节码到bytecode的优化，该工具本身将提供有关应用特定优化的好处的分析。