1.摘要
本次是第六篇，解说V8中形象语法树(abstract syntax code,AST)到字节码(bytecode)的翻译过程。AST是源代码的形象语法结构的树状示意，是语法分析的输入后果，bytecode是一种体系结构无关的、在V8中能够运行的形象机器码，不依赖指令集。本文中，咱们以AST作为V8输出，从AST生成后开始调试(Debug)，解说bytecode生成过程，剖析外围源码和重要数据结构，如图1所示。本文内容的组织形式：介绍字节码，解说字节码原理，如何看懂字节码(章节2)；AST到bytecode的翻译过程、源码剖析(章节3)。
2.字节码介绍
字节码是机器码的形象示意，采纳和物理CPU雷同的计算模型进行设计。字节码是最小性能齐备集，JavaScript源码的任何性能都能够等价转换成字节码的组合。V8有数以百计的字节码，例如Add和Sub等简略操作，还有LdaNamedProperty等属性加载操作。每个字节码都能够指定寄存器作为其操作数，生成字节码的过程中应用寄存器 r0，r1，r2，... 和累加寄存器（accumulator register）。累加器是和其它寄存器一样的惯例寄存器，但不同的是累加器的操作没有显式给出指令，具体来说，Add r1将寄存器r1中的值和累加器中的值进行加法运算，在这个过程不须要显示指出累加器。字节码的定义在v8/src/interpreter/bytecodes.h中，上面展现一部分相干源码。
#define BYTECODE_LIST_WITH_UNIQUE_HANDLERS(V) \ /* Extended width operands */ \ V(Wide, ImplicitRegisterUse::kNone) \ V(ExtraWide, ImplicitRegisterUse::kNone) \ \ /* Debug Breakpoints - one for each possible size of unscaled bytecodes */ \ /* and one for each operand widening prefix bytecode */ \ V(DebugBreakWide, ImplicitRegisterUse::kReadWriteAccumulator) \ V(DebugBreakExtraWide, ImplicitRegisterUse::kReadWriteAccumulator) \ V(DebugBreak0, ImplicitRegisterUse::kReadWriteAccumulator) \ V(DebugBreak1, ImplicitRegisterUse::kReadWriteAccumulator, \ OperandType::kReg) \ V(DebugBreak2, ImplicitRegisterUse::kReadWriteAccumulator, \ OperandType::kReg, OperandType::kReg) \ V(DebugBreak3, ImplicitRegisterUse::kReadWriteAccumulator, \ OperandType::kReg, OperandType::kReg, OperandType::kReg) \ V(DebugBreak4, ImplicitRegisterUse::kReadWriteAccumulator, \ OperandType::kReg, OperandType::kReg, OperandType::kReg, \ OperandType::kReg) \ V(DebugBreak5, ImplicitRegisterUse::kReadWriteAccumulator, \ OperandType::kRuntimeId, OperandType::kReg, OperandType::kReg) \ V(DebugBreak6, ImplicitRegisterUse::kReadWriteAccumulator, \ OperandType::kRuntimeId, OperandType::kReg, OperandType::kReg, \ OperandType::kReg) \ \ /* Side-effect-free bytecodes -- carefully ordered for efficient checks */ \ /* - [Loading the accumulator] */ \ V(Ldar, ImplicitRegisterUse::kWriteAccumulator, OperandType::kReg) \ V(LdaZero, ImplicitRegisterUse::kWriteAccumulator) \ V(LdaSmi, ImplicitRegisterUse::kWriteAccumulator, OperandType::kImm) \ V(LdaUndefined, ImplicitRegisterUse::kWriteAccumulator) \ V(LdaNull, ImplicitRegisterUse::kWriteAccumulator) \ V(LdaTheHole, ImplicitRegisterUse::kWriteAccumulator) \ V(LdaTrue, ImplicitRegisterUse::kWriteAccumulator) \ V(LdaFalse, ImplicitRegisterUse::kWriteAccumulator) \ V(LdaConstant, ImplicitRegisterUse::kWriteAccumulator, OperandType::kIdx) \ V(LdaContextSlot, ImplicitRegisterUse::kWriteAccumulator, OperandType::kReg, \ OperandType::kIdx, OperandType::kUImm) \ V(LdaImmutableContextSlot, ImplicitRegisterUse::kWriteAccumulator, \ OperandType::kReg, OperandType::kIdx, OperandType::kUImm) \ V(LdaCurrentContextSlot, ImplicitRegisterUse::kWriteAccumulator, \ OperandType::kIdx) \ V(LdaImmutableCurrentContextSlot, ImplicitRegisterUse::kWriteAccumulator, \ OperandType::kIdx) \ /* - [Register Loads ] */ \ V(Star, ImplicitRegisterUse::kReadAccumulator, OperandType::kRegOut) \ V(Mov, ImplicitRegisterUse::kNone, OperandType::kReg, OperandType::kRegOut) \ V(PushContext, ImplicitRegisterUse::kReadAccumulator, OperandType::kRegOut) \ V(PopContext, ImplicitRegisterUse::kNone, OperandType::kReg) \ /* - [Test Operations ] */ \ V(TestReferenceEqual, ImplicitRegisterUse::kReadWriteAccumulator, \ OperandType::kReg) \ V(TestUndetectable, ImplicitRegisterUse::kReadWriteAccumulator) \ V(TestNull, ImplicitRegisterUse::kReadWriteAccumulator) \ V(TestUndefined, ImplicitRegisterUse::kReadWriteAccumulator) \ V(TestTypeOf, ImplicitRegisterUse::kReadWriteAccumulator, \ OperandType::kFlag8) \//.........省略很多.....下面这段代码是字节码的宏定义，用语句V(Ldar, ImplicitRegisterUse::kWriteAccumulator, OperandType::kReg)举例说明，Ldar是加载数据到累加器，ImplicitRegisterUse::kWriteAccumulator, OperandType::kReg阐明了Ldar指令的源操作数和目标操作数，具体讲两条字节码的含意，如下：
（1） LdaSmi [1]，这里的[1]是Smi小整型(small int)常量，加载到累加器中，如图2所示。
（2） Star r1，这里的r1是r1寄存器，把累加器中的值写入到r1寄存器，目前累加器的值为1，执行完后r1的值为1，如图3所示。
其它字节码指令参见V8的指令定义文件，这里不再赘述。V8为了晋升性能，会把屡次执行的字节码标记为热点代码，应用优化编译器(TurboFan)把热点代码翻译成机器相干的本地指令，达到进步运行效率的目标，如图4所示。
解释器将AST翻译成字节码比TurboFan用时更短，对于运行次数较少的代码十分适合，即不在运行次数较少的代码上付出更高的编译代价。TurboFan则是对罕用代码（热点代码）进行本地化编译，生成体系结构相干的机器码，这须要更长的编译工夫，换来的是更快的执行速度。
去优化，是将机器码转成字节码，为什么要这样做？起因有很多，具体起因参见TurboFan的定义文件。这里说一个与技术开发人员相干的起因：调试javascript源码，对源码进行调试时，须要转回字节码。
3.字节码生成
聊字节码生成之前，先要看明确AST树的构造，明确了AST树结构，也就晓得了字节码生成其实是遍历树的过程，落地到程序上就是一个无限状态自动机，具体实现就是switch case配合一些预设的宏定义模板，图5给出了AST的数据结构。
AST树的每个节点都继承自AstNode这个类，能够说所有皆“AstNode”。AstNode的成员办法是最多的，在泛滥办法中，AstNode的NodeType办法无疑是最重要的，因为把一个AstNode节点翻译成字节码时，首先，依据NodeType把父类AstNode转成具体的子类，比方，转成表达式(ExPRESSION)或语句(STATEMENT)；其次，能力读取相应的数据、生成字节码，上面的代码是AstNode转成Assignment的具体实现。
void BytecodeGenerator::VisitAssignment(Assignment* expr) { AssignmentLhsData lhs_data = PrepareAssignmentLhs(expr->target()); VisitForAccumulatorValue(expr->value()); builder()->SetExpressionPosition(expr); BuildAssignment(lhs_data, expr->op(), expr->lookup_hoisting_mode());}在这段代码中，计算expr->target(),expr->value(),expr->op()时可能会产生递归调用，因为表达式内能够蕴含多个子表达式。
void BytecodeGenerator::GenerateBytecodeBody() { // Build the arguments object if it is used. VisitArgumentsObject(closure_scope()->arguments()); // Build rest arguments array if it is used. Variable* rest_parameter = closure_scope()->rest_parameter(); VisitRestArgumentsArray(rest_parameter); // Build assignment to the function name or {.this_function} // variables if used. VisitThisFunctionVariable(closure_scope()->function_var()); VisitThisFunctionVariable(closure_scope()->this_function_var()); // Build assignment to {new.target} variable if it is used. VisitNewTargetVariable(closure_scope()->new_target_var()); // Create a generator object if necessary and initialize the // {.generator_object} variable. FunctionLiteral* literal = info()->literal(); if (IsResumableFunction(literal->kind())) { BuildGeneratorObjectVariableInitialization(); } // Emit tracing call if requested to do so. if (FLAG_trace) builder()->CallRuntime(Runtime::kTraceEnter); // Emit type profile call. if (info()->flags().collect_type_profile()) { feedback_spec()->AddTypeProfileSlot(); int num_parameters = closure_scope()->num_parameters(); for (int i = 0; i < num_parameters; i++) { Register parameter(builder()->Parameter(i)); builder()->LoadAccumulatorWithRegister(parameter).CollectTypeProfile( closure_scope()->parameter(i)->initializer_position()); } } // Increment the function-scope block coverage counter. BuildIncrementBlockCoverageCounterIfEnabled(literal, SourceRangeKind::kBody); // Visit declarations within the function scope. if (closure_scope()->is_script_scope()) { VisitGlobalDeclarations(closure_scope()->declarations()); } else if (closure_scope()->is_module_scope()) { VisitModuleDeclarations(closure_scope()->declarations()); } else { VisitDeclarations(closure_scope()->declarations()); } // Emit initializing assignments for module namespace imports (if any). VisitModuleNamespaceImports(); // The derived constructor case is handled in VisitCallSuper. if (IsBaseConstructor(function_kind())) { if (literal->class_scope_has_private_brand()) { BuildPrivateBrandInitialization(builder()->Receiver()); } if (literal->requires_instance_members_initializer()) { BuildInstanceMemberInitialization(Register::function_closure(), builder()->Receiver()); } } // Visit statements in the function body. VisitStatements(literal->body()); // Emit an implicit return instruction in case control flow can fall off the // end of the function without an explicit return being present on all paths. if (!builder()->RemainderOfBlockIsDead()) { builder()->LoadUndefined(); BuildReturn(literal->return_position()); }}下面的函数是生成bytecode的入口，最终进入VisitStatements(literal->body());，从这里开始生成bytecode，在生成byteocde之前要先应用AstNode->XXXtype()获取子类的具体类型，上面给出XXXtype的具体实现。
#define DECLARATION_NODE_LIST(V) \ V(VariableDeclaration) \ V(FunctionDeclaration)#define ITERATION_NODE_LIST(V) \ V(DoWhileStatement) \ V(WhileStatement) \ V(ForStatement) \ V(ForInStatement) \ V(ForOfStatement)#define BREAKABLE_NODE_LIST(V) \ V(Block) \ V(SwitchStatement)#define STATEMENT_NODE_LIST(V) \ ITERATION_NODE_LIST(V) \ BREAKABLE_NODE_LIST(V) \ V(ExpressionStatement) \ V(EmptyStatement) \ V(SloppyBlockFunctionStatement) \ V(IfStatement) \ V(ContinueStatement) \ V(BreakStatement) \ V(ReturnStatement) \ V(WithStatement) \ V(TryCatchStatement) \ V(TryFinallyStatement) \ V(DebuggerStatement) \ V(InitializeClassMembersStatement) \ V(InitializeClassStaticElementsStatement)#define LITERAL_NODE_LIST(V) \ V(RegExpLiteral) \ V(ObjectLiteral) \ V(ArrayLiteral)#define EXPRESSION_NODE_LIST(V) \ LITERAL_NODE_LIST(V) \ V(Assignment) \ V(Await) \ V(BinaryOperation) \//............代码太长，省略很多 V(YieldStar)#define FAILURE_NODE_LIST(V) V(FailureExpression)#define AST_NODE_LIST(V) \ DECLARATION_NODE_LIST(V) \ STATEMENT_NODE_LIST(V) \ EXPRESSION_NODE_LIST(V)//=========分隔线===============================#define GENERATE_VISIT_CASE(NodeType) \ case AstNode::k##NodeType: \ return this->impl()->Visit##NodeType(static_cast<NodeType*>(node));#define GENERATE_FAILURE_CASE(NodeType) \ case AstNode::k##NodeType: \ UNREACHABLE();//=========分隔线===============================#define GENERATE_AST_VISITOR_SWITCH() \ switch (node->node_type()) { \ AST_NODE_LIST(GENERATE_VISIT_CASE) \ FAILURE_NODE_LIST(GENERATE_FAILURE_CASE) \ }#define DEFINE_AST_VISITOR_SUBCLASS_MEMBERS() \ public: \ void VisitNoStackOverflowCheck(AstNode* node) { \ GENERATE_AST_VISITOR_SWITCH() \ } \ \ void Visit(AstNode* node) { \ if (CheckStackOverflow()) return; \ VisitNoStackOverflowCheck(node); \ } \上述代码中，隔开的三局部代码，组成了AstNode中所有类型(NodeType)的switch语句，第一局部代码和图5的节点类型一一对应。
void BytecodeGenerator::VisitStatements( const ZonePtrList<Statement>* statements) { for (int i = 0; i < statements->length(); i++) { // Allocate an outer register allocations scope for the statement. RegisterAllocationScope allocation_scope(this); Statement* stmt = statements->at(i); Visit(stmt); if (builder()->RemainderOfBlockIsDead()) break; }}上述代码是bytecode生成的入口，请读者应用图1的样例代码自行跟踪，图6给出VisitStatements的函数调用堆栈。
V8中AST到字节码的翻译过程，与编译LLVM中AST到三地址码的翻译类似，读者可自行查阅编译技术相干材料。
好了，明天到这里，下次见。
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