在计算机科学中,P-code机(英语:P-code machine)是一种被设计来运行P-code的虚拟机。P-code是一种被设计来运行在虚拟CPU上的汇编语言,即是我们现代所称Bytecode的前身。P-code机这个词可用于形容所有这类机器(例如Java虚拟机和MATLAB预编译的代码),或者特指最有名的P-code机,来自于Pascal语言,特别是UCSD Pascal实现。
虽然这个概念在1966左右年就已首次实现(于BCPL的O-code与Euler语言的P - a code),但P-code这个词直到70年代初才首次出现。1973年Nori, Ammann, Jensen, Hageli和Jacobi编写的Pascal-P编译器和1975年尼克劳斯·维尔特写的Pascal-S编译器是早期的两个生成P-code的编译器。
P-code可以是一种与特定硬件平台无关的中间码,一种虚拟机器代码。程序源代码会先被转换成P-code;转换成P-code的程序,之后会由一个软件来进行直译。这个软件可以模拟出一个假想的CPU来读取p-code,之后将p-code转换成实体机器代码来运行。但如果有足够的商业利益,可能可以实现做出该规格CPU的硬件实现(例如Pascal MicroEngine和Java处理器)。
如很多其他p-code机一样,UCSD p-Machine是一个堆栈结构机器,这意味着大多数指令从堆栈中获取它们的操作数,并将结果放回堆栈上面。因此,“add”指令将堆栈最顶部的两个元素替换成它们的和。有几条指令就取一个参数。像Pascal一样,p-code是强类型语言,原生支持boolean (b), character (c), integer (i), real (r), set (s)和pointer (a)类型。
一些简单的指令:
Insn. Stack Stack Description before after adi i1 i2 i1+i2 add two integersadr r1 r2 r1+r2 add two realsdvi i1 i2 i1/i2 integer divisioninn i1 s1 b1 set membership; b1 = whether i1 is a member of s1ldci i1 i1 load integer constantmov a1 a2 movenot b1 ~b1 boolean negation
环境
与其他基于堆栈的环境(如Forth和Java虚拟机)不同的是,p-系统非常类似于真正的目标CPU,它只有一个堆栈供过程栈帧(提过返回地址等)和局部指令参数共享。机器的其中三个寄存器指向这个堆栈(向上增加):
第五个寄存器 PC 指向当前指令的代码区。
栈帧是这样的:
EP -> local stackSP -> ... locals ... parameters ... return address (previous PC) previous EP dynamic link (previous MP) static link (MP of surrounding procedure)MP -> function return value
程序调用序列的工作方式如下:下面指令引入调用
mst n
其中 指定嵌套级别的差异(记得Pascal支持过程嵌套)。这个指令会这个堆栈,即在上述栈帧中保留起始地5个格子,并初始化前面的 EP、动态链接和静态链接。
尼克劳斯·维尔特在他1976年出的书《算法+数据结构=程序》中详述了一个简单的P-code机。这个机器有3个寄存器——一个程序计数器 p,一个基寄存器 b,和一个栈顶寄存器 t。一共有8个指令,其中一个(opr)有多种形式。
这是机器的Pascal代码:
const levmax=3; amax=2047; type fct=(lit,opr,lod,sto,cal,int,jmp,jpc); instruction=packed record f:fct; l:0..levmax; a:0..amax; end;procedure interpret; const stacksize = 500; var p, b, t: integer; {program-, base-, topstack-registers} i: instruction; {instruction register} s: array of integer; {datastore} function base(l: integer): integer; var b1: integer; begin b1 := b; {find base l levels down} while l > 0 do begin b1 := s; l := l - 1 end; base := b1 end {base};begin writeln(' start pl/0'); t := 0; b := 1; p := 0; s := 0; s := 0; s := 0; repeat i := code; p := p + 1; with i do case f of lit: begin t := t + 1; s := a end; opr: case a of {operator} 0: begin {return} t := b - 1; p := s; b := s; end; 1: s := -s; 2: begin t := t - 1; s := s + s end; 3: begin t := t - 1; s := s - s end; 4: begin t := t - 1; s := s * s end; 5: begin t := t - 1; s := s div s end; 6: s := ord(odd(s)); 8: begin t := t - 1; s := ord(s = s) end; 9: begin t := t - 1; s := ord(s <> s) end; 10: begin t := t - 1; s := ord(s < s) end; 11: begin t := t - 1; s := ord(s >= s) end; 12: begin t := t - 1; s := ord(s > s) end; 13: begin t := t - 1; s := ord(s <= s) end; end; lod: begin t := t + 1; s := s end; sto: begin s := s; writeln(s); t := t - 1 end; cal: begin {generate new block mark} s := base(l); s := b; s := p; b := t + 1; p := a end; int: t := t + a; jmp: p := a; jpc: begin if s = 0 then p := a; t := t - 1 end end {with, case} until p = 1; writeln(' end pl/0');end {interpret};