Как написать JIT компилятор Андрей Аксенов Sphinx. - презентация

1 Как написать JIT компилятор Андрей Аксенов Sphinx

2 Начнем… с конца Парсеры, bison, flex – это просто Все варианты рантайма – это нетяжело Байткод, дерево, и даже и машков Свои DSL – это выгодно Ничего про Java C2 не будет ;) Времени на килодиссер маловато

3 А теперь чуть подробнее Два слова про парсеры в целом Два слова про flex, bison Два слова про варианты рантайма Два слова про DSL как потребность Тупой пример имени Красной Нити Строчный калькулятор!

4 Делай-раз, про парсеры в целом (flex+bison 101+ftw)

5 Калькулятор Eval ( 2+2 ) == ? Eval ( 2+a*3 ) == ? Eval ( a = 2; b = 3; print 2+a*b; ) == ?

6 Калькулятор Eval ( 2+2 ) == ? Eval ( 2+a*3 ) == ? Eval ( a = 2; b = 3; print 2+a*b; ) == ? Для простоты ограничимся 1 формулой Сложный случай тупо... нуднее

7 Мой первый калькулятор! const char * sExpr = "2+a*3"; void Parse ( const char * p ) { while ( isspace(*p) ) p++; const char * sTok = p; if ( isdigit(*p) )...

8 Problem? Работает отлично, между прочим! Но – для очень простых парсеров option = value1 [, value2 [, value3 [ … ] ] ] 2 + a*3 - sin(b^4

9 Problem? Для просто простых – уже сложновато option = value1 [, value2 [, value3 [ … ] ] ] 2 + a*3 - sin(b^4

10 Solution! Решение, понятно, давно придумано

11 Разделяем и властвуем! Было – все перепутано Стало – три отдельные фазы Лексический разбор Синтаксический разбор Действия

12

13 Лексический разбор Вход – 2+a*3 Выход – отдельные токены 2, +, a, *, 3 Токены – типизированные полиморфы! type = T_INT, value = 2 type = T_OP, op = +

14 Синтаксический разбор Вход – поток токенов Выход – Или успешное натягивание потока на заданные правила синтаксиса Или ошибка разбора Заодно – исполнение действий!

15 Действия Просто код (вашей) программы Вход – аргументы совпавшего правила Выход – желанные сайд-эффекты

16 Пример, даешь калькулятор! Лексер, смертельно упрощенный: % SIN { return T_SIN; } [0-9]+ { return T_NUMBER; } [a-zA-Z]+ { return T_VARIABLE; } %

17 Пример, даешь калькулятор! Лексер, добавляем операторы: + { return +; } - { return -; } / { return /; } * { return *; }

18 Пример, даешь калькулятор! Лексер, исправляем переменные: [a-zA-Z]+ { return T_VARIABLE; } [a-zA-Z][a-zA-Z0-9]+ { return T_VARIABLE; }

19 Пример, даешь калькулятор! Парсер, объявляем токены: %token T_NUMBER %token T_VARIABLE

20 Пример, даешь калькулятор! Парсер, объявляем приоритеты: %left '+' '-' %left '*' '/' %

21 Пример, даешь калькулятор! Парсер, самое главное: правила! expr: item | expr '+' expr | expr '-' expr | expr '*' expr | expr '/' expr | T_SIN '(' expr ')' | '(' expr ')' ;

22 Пример, даешь калькулятор! Парсер, top-down уточнение: item: T_NUMBER | T_VARIABLE; %

23 И вот весь наш калькулятор % [0-9]+ { return T_NUMBER; } [a-zA-Z]+ { return T_VARIABLE; } + { return +; } - { return -; } / { return /; } * { return *; } % %token TOKEN_NUMBER %token TOKEN_VARIABLE %left '+' '- %left '*' '/ % expr: item | expr '+' expr | expr '-' expr | expr '*' expr | expr '/' expr | '(' expr ') ; item: TOKEN_NUMBER | TOKEN_VARIABLE; %

24 Что мы пропустили? ;)

25 Сделать что-нибудь!!! Это был скелет Лексер: типа мало, надо значение Парсер: правила мало, надо действие

26 Что-нибудь в лексере Тип токена YYSTYPE, по умолчанию int Не путать с номером токена, всегда int! Либо %union, %token etc в парсере Либо руками typedef снаружи Совсем рабочий кусок лексера: [0-9]+{ lvalp->m_iValue = atoi ( yytext ); return TOKEN_NUMBER; }

27 Что-нибудь в парсере Правила как бы трансформируюттокены в другие токены На самом деле, "термы" Правила как в BNF Каждая селедка - рыба! На выходе – последний мега-терм

28 Что-нибудь в парсере %token T_INT %token T_VARIABLE %token expr … | expr + expr { $$ = CreateOpNode ( OP_ADD, $1, $2 ); } | T_INT { $$ = CreateConstNode ( $1 ); }

29 Боевой вариант, столько же LOC % [0-9]+ { …; return T_NUMBER; } [a-zA-Z]+ { …; return T_VARIABLE; } + { return +; } - { return -; } / { return /; } * { return *; } % %token … %left '+' '- %left '*' '/ % expr: item { … } | expr '+' expr { … } | expr '-' expr { … } | expr '*' expr { … } | expr '/' expr { … } | '(' expr ')' { …} ; item: TOKEN_NUMBER { …} | TOKEN_VARIABLE { …} ; %

30 Итого-раз

31 Не так страшен yacc Парсер вручную – да, адово сложно (*) Парсер автоматом – просто!!! Автоматизируем 2 из 3 штук Нетяжело сделать лексер на flex Нетяжело сделать парсер на bison И останется сделать только мясо

32 Почему именно flex/bison? Классика (lex/yacc * GNU = flex/bison) Любу знают все Все еще покрывает кучу задач Если начнет жать, antlr, lemon, accent… Учитесь, оно того стоит Лучше день потерять!

33 Делай-два, про рантайм

34

35 Варианты рантайма Определяют как будем считать Определяют во что будем разбирать Иногда рантайма совсем нет Иногда рантайм таки есть Как сделать? Байткод (оно же VM), дерево, машков

36

37 Когда рантайма нет? Типично, при разовых акциях Например, разобрать конфиг Например, один раз (!) вычислить Делаем дела прямо в action-ах Результат в момент окончания разбора

38 Когда рантайма нет // parser expr: expr + expr { $$ = $1 + $3; } | expr - expr { $$ = $1 - $3; }... // application float Result = yyparse();

39

40 Байткод, общее В чем отличие от машкова? Тоже набор инструкций, однако Упрощенный Портабельный Чаще стековый (JVM, NET) Привет, обратная Польская нотация!

41 Байткод, пример данных Вход 2+3*a (Вариант) разбора 3 a * 2 + Байткод load_const 3; load_var a; op_multiply; …

42 Байткод, пример парсера // parser expr: expr + expr { dCodes.Append ( $1 ); dCodes.Append ( $3 ); dCodes.Append ( OP_ADD ); } |...

43 Байткод, пример VM Vector dStack; for ( int i=0; i

44 Байткод, снова общее Радость: очень понятная модель (RPN) Радость: упрощен и порта белен Радость: простые вирт-машинки Плохо: не в лобно ложится на регистры Плохо: лучше отдельно оптимизить

45

46 Дерево, общее Abstract Syntax Tree Почти оно, с небольшим довеском AST – только представление Нужно – еще и исполнение Итого, деревьев по факту может оказаться и два

47 Дерево, пример парсера // parser expr: expr + expr { $$ = new NodeAdd ( $1, $3 ); } |...

48 Дерево, пример VM virtual float NodeConst::Eval() { return m_Value; } virtual float iNodeAdd::Eval() { return m_pArg1->Eval() + m_pArg2->Eval(); } //...

49 Дерево, снова общее Радость: тоже понятная модель (AST) Радость: изоморфно (!) байт-коду Радость: удобно трансформировать Непонятно: операции размазаны Плохо: обходы дерева… Радость для калькулятора: БЫСТРЕЕ

50

0x0804833c : movl $" title="(gdb) disas /m main Dump of assembler code for function main: 5 { 0x08048330 : push %ebp 0x08048331 : mov %esp,%ebp 0x08048333 : sub $0x8,%esp 0x08048336 : and $0xfffffff0,%esp 0x08048339 : sub $0x10,%esp 6 printf ("Hello.\n"); => 0x0804833c : movl $" class="link_thumb"> 51 (gdb) disas /m main Dump of assembler code for function main: 5 { 0x : push %ebp 0x : mov %esp,%ebp 0x : sub $0x8,%esp 0x : and $0xfffffff0,%esp 0x : sub $0x10,%esp 6 printf ("Hello.\n"); => 0x c : movl $0x ,(%esp) 0x : call 0x return 0; 8 } 0x : mov $0x0,%eax 0x d : leave 0x e : ret End of assembler dump. 0x0804833c : movl $"> 0x0804833c : movl $0x8048440,(%esp) 0x08048343 : call 0x8048284 7 return 0; 8 } 0x08048348 : mov $0x0,%eax 0x0804834d : leave 0x0804834e : ret End of assembler dump."> 0x0804833c : movl $" title="(gdb) disas /m main Dump of assembler code for function main: 5 { 0x08048330 : push %ebp 0x08048331 : mov %esp,%ebp 0x08048333 : sub $0x8,%esp 0x08048336 : and $0xfffffff0,%esp 0x08048339 : sub $0x10,%esp 6 printf ("Hello.\n"); => 0x0804833c : movl $">

52 Машкод, общее Радость: родной для железа Радость: предельная скорость Плохо: сложнее (?) генерировать Плохо: регистровая машина Плохо: нужны (?) оптимизации

53 Машкод, фокусы Про калькулятор и не только Раз. FPU и есть стековая машина ;) Два. Конечный стек легко и явно мапится на регистры Три. Бесконечный стек чуть сложнее мапится на регистры и память

54 Машкод, пример генератора // assemble mul if ( tNode.m_iToken=='*' ) { CreateNative ( tNode.m_iLeft, uAttrType, pRes ); CreateNative ( tNode.m_iRight, uAttrType, pRes ); *pRes->m_pCurCode++ = 0xDE; // fmulp st(1),st(0) *pRes->m_pCurCode++ = 0xC9; return; }

55 Машкод, а исполнять-то как?! В три строки! Неизбежное, указатель на функцию typedef float ( * NativeEval_fn ) ( void * pArg ); NativeEval_fn pFn = ( NativeEval_fn ) m_pCode; return pFn ( pArg );

56 Машкод, а исполнять-то как-2?! Еще бывает DEP и его братья ;) Linux mprotect ( addr, len, PROT_EXEC ); Windows VirtualProtect ( …, PAGE_EXECUTE ); До кучи: еще бывает dlopen, dlclose…

57 Итого про машков Разрушаем мифы! Прототип про калькулятор поверх AST 150 строк, 1 вечер Без учета AST (ну, второй вечер) 95% производительности натива (?!) Портабельность? x86, SSE2+ победили

58 Итого про рантайм Разрушаем мифы! Вот, три классических варианта Вот, каждый вполне применим Вот, каждый вполне нетяжел Никому не верьте, особенно мне ;)

59 Делай-три, про радость DSL

60 …радость в DSL есть.

61 Я НИ ФИГА НЕ ПОНЯЛ ТОЧКА ЖПГ!

62 Вопросы? Ответы? Резюме? ;)