Здравствуй! Уже несколько недель я занят разработкой своего языка программирования на Rust. Мне бы хотелось расказать о том с чем может столкнуться новичок в этом деле и о чем ему следует знать.

Краткая предистория

Все началось с форка ein, форкнул я его дабы изучить как строятся языки программирования. Так-как ein интерпретируется от и до, то его скорость исполнения оказалась не самой высокой и после того как я начал хоть что то понимать я решил начать писать свой интерпретатор который в конце концов тоже забросил.

Но отчаиваться еще рано! Я прочел пару статей о VM и о том какие они бывают и решил написать простую стековую VM.

Что за "стековая виртуальная машина" и как она работает?

На хабре есть отедльная статья про это, но что бы не гонять по ссылкам изложу вкратце смысл этой вещицы.

Стековая VM выполняет все операции над данными, которые хранятся в виде стека, каждая операция извлекает нужное количество ей данных для операции и после выполнения ее может "отправить" в стек новое число.

Начинаем

Для начала необходимо создать новый проект с помощью cargo:

cargo new habr_vm

Сперва нам необходимо создать несколько базовых операций для нашей VM:

enum Opcode {
      Push(i32),
      Add,
      AddAssign(i32),
      Sub,
      SubAssign(i32),
}

Это наши базовые операции, команда Push будет добавлять в стек новое число, Add и Sub будут брать из стека два числа и выполнять с ними действия(сложение и вычитание соответственно), думаю о AddAssign и SubAssign объяснять не надо.

Cледующая задача это создать саму виртуальную машину, для этого мы создадим не сложную структуру:

struct Vm {
    pub stack: Vec<i32>,
}

И имплементируем ее:

impl Vm {
    //Упрощяем себе жизнь тем что сокращаем писанину
    pub fn pop(&mut self) -> i32 {
        self.stack.pop().unwrap()
    }
    //Здесь будет происходить все самое интересное
    pub fn run(&mut self,program: Vec<Opcode>) {
        for opcode in program { //Проверяем каждую команду в нашей программе
            match opcode {
                Opcode::Push(n) => {
                    //Просто добавляем число в наш стек
                    self.stack.push(n);
                }
                Opcode::Add => {
                    // Берем два числа из стека и складываем их, добавляем в стек уже новое число
                    let value = self.pop() + self.pop();
                    self.stack.push(value);
                }
                Opcode::Sub => {
                   // Тут то же самое что и с складыванием только наоборот 
                    let value = self.pop() - self.pop();
                    self.stack.push(value);
                }
                // Думаю следующие две операции объяснять не нужно
                Opcode::AddAssign(n) => {
                    let mut value = self.pop();
                    value += n;
                    self.stack.push(value);
                }
                Opcode::SubAssign(n) => {
                    let mut value = self.pop();
                    value += n;
                    self.stack.push(value);
                }
            }
        }
    }
}

Мы иплементировали нашу структуру, что дальше? Дальше надо создать нашу "программу".

Вот как это должно выглядеть:

let program = vec![
     Opcode::Push(2),//Добавляем 2 в наш стек
     Opcode::Push(4),// Добавляем 3 в наш стек
     Opcode::Sub,// Вычитаем 4 - 2
];

Все просто, не так ли? Раз так, то давайте уже запустим нашу программу!

let mut vm = Vm {stack: Vec::new()};
vm.run(program);

// Выводим все числа из стека, на данный момент это будет просто 2 
for i in vm.stack() {
     println!("{}", i);
}
// Вывод
2

Очень просто как по мне, таким образом вы можете добавить еще достаточно опкодов для нужной вам операции.

Заключение

Думаю что я вполне понятно объяснил как это все написать на расте и как это работает.

Хочется добавить что вы с легкостью сможете написать свой ЯП благодаря подобному VM, вам по сути остается написать только парсер, лексер и "компилятор", а если вам охото посмотреть на уже готовый проект то можете пройти по данной ссылке.

Весь код из статьи доступен в данном репозитории

Удачи Хабр!

Автор: aprokurov

Источник