[WebKit内核] JavaScript引擎深度解析--基础篇（一）字节码生成及语法树的构建详情分析

标签： webkit内核JavaScriptCore

2015-03-26 23:26 2285人阅读 评论(1) 收藏 举报

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Webkit（34）  JavascriptCore/JIT（3） 

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看到HorkeyChen写的文章《[WebKit] JavaScriptCore解析--基础篇(三)从脚本代码到JIT编译的代码实现》，写的很好，深受启发。想补充一些Horkey没有写到的细节比如字节码是如何生成的等等，为此成文。

JSC对JavaScript的处理，其实与Webkit对CSS的处理许多地方是类似的，它这么几个部分：

（1）词法分析->出来词语(Token)；

（2）语法分析->出来抽象语法树（AST：Abstract Syntax Tree）；

（3）遍历抽象语法树->生成字节码（Bytecode）；

（4）用解释器（LLInt：Low Level Interpreter）执行字节码；

（5）如果性能不够好就用Baseline JIT编译字节码生成机器码、然后执行此机器码；

（6）如果性能还不够好，就用DFG JIT重新编译字节码生成更好的机器码、然后执行此机器码；

（7）最后，如果还不好，就祭出重器--虚拟器（LLVM：Low Level Virtual Machine）来编译DFG的中间表示代码、生成更高优化的机器码并执行。接下来，我将会用一下系列文章描述此过程。

其中，步骤1、2是类似的，3、4、5步的思想，CSS JIT也是采用类似方法，请参考[1]。想写写JSC的文章，用菜鸟和愚公移山的方式，敲开JSC的冰山一角。

本篇主要描述词法和语法解析的细节。

一、 JavaScriptCore的词法分析器工作流程分析

W3C是这么解释词法和语法工作流程的：

词法器Tokenizer的工作过程如下，就是不断从字符串中寻找一个个的词（Token），比如找到连续的“true”字符串，就创建一个TokenTrue。词法器工作过程如下：

[cpp] view plain copy

1. JavaScriptCore/interpreter/interpreter.cpp:
2. template <typename CharType>
3. template <ParserMode mode> TokenType LiteralParser<CharType>::Lexer::lex(LiteralParserToken<CharType>& token)
4. {
5. while (m_ptr < m_end && isJSONWhiteSpace(*m_ptr))
6. ++m_ptr;
7. if (m_ptr >= m_end) {
8. token.type = TokEnd;
9. token.start = token.end = m_ptr;
10. return TokEnd;
11. }
12. token.type = TokError;
13. token.start = m_ptr;
14. switch (*m_ptr) {
15. case ‘[‘:
16. token.type = TokLBracket;
17. token.end = ++m_ptr;
18. return TokLBracket;
19. case ‘]‘:
20. token.type = TokRBracket;
21. token.end = ++m_ptr;
22. return TokRBracket;
23. case ‘(‘:
24. token.type = TokLParen;
25. token.end = ++m_ptr;
26. return TokLParen;
27. case ‘)‘:
28. token.type = TokRParen;
29. token.end = ++m_ptr;
30. return TokRParen;
31. case ‘,‘:
32. token.type = TokComma;
33. token.end = ++m_ptr;
34. return TokComma;
35. case ‘:‘:
36. token.type = TokColon;
37. token.end = ++m_ptr;
38. return TokColon;
39. case ‘"‘:
40. return lexString<mode, ‘"‘>(token);
41. case ‘t‘:
42. if (m_end - m_ptr >= 4 && m_ptr[1] == ‘r‘ && m_ptr[2] == ‘u‘ && m_ptr[3] == ‘e‘) {
43. m_ptr += 4;
44. token.type = TokTrue;
45. token.end = m_ptr;
46. return TokTrue;
47. }
48. break;
49. case ‘-‘:
50. case ‘0‘:
51. case ‘9‘:
52. return lexNumber(token);
53. }
54. if (m_ptr < m_end) {
55. if (*m_ptr == ‘.‘) {
56. token.type = TokDot;
57. token.end = ++m_ptr;
58. return TokDot;
59. }
60. if (*m_ptr == ‘=‘) {
61. token.type = TokAssign;
62. token.end = ++m_ptr;
63. return TokAssign;
64. }
65. if (*m_ptr == ‘;‘) {
66. token.type = TokSemi;
67. token.end = ++m_ptr;
68. return TokAssign;
69. }
70. if (isASCIIAlpha(*m_ptr) || *m_ptr == ‘_‘ || *m_ptr == ‘$‘)
71. return lexIdentifier(token);
72. if (*m_ptr == ‘\‘‘) {
73. return lexString<mode, ‘\‘‘>(token);
74. }
75. }
76. m_lexErrorMessage = String::format("Unrecognized token ‘%c‘", *m_ptr).impl();
77. return TokError;
78. }

经过此过程，一个完整的JSC世界的Token就生成了。然后，再进行语法分析，生成抽象语法树.下图就是JavaScriptCore世界语法节点的静态类关系：

下面我们看看，语法解析具体过程：

JavaScriptCore/parser/parser.cpp:

[cpp] view plain copy

1. PassRefPtr<ParsedNode> Parser<LexerType>::parse(JSGlobalObject* lexicalGlobalObject, Debugger* debugger, ExecState* debuggerExecState, JSObject** exception)</span>

[cpp] view plain copy

1. {
2. ASSERT(lexicalGlobalObject);
3. ASSERT(exception && !*exception);
4. int errLine;
5. UString errMsg;
6. if (ParsedNode::scopeIsFunction)
7. m_lexer->setIsReparsing();
8. m_sourceElements = 0;
9. errLine = -1;
10. errMsg = UString();
11. UString parseError = parseInner();
12. 。。。
13. ｝

创建抽象语法树Builder，并用来解析、生成语法节点：

[cpp] view plain copy

1. UString Parser<LexerType>::parseInner(){
2. UString parseError = UString();
3. unsigned oldFunctionCacheSize = m_functionCache ? m_functionCache->byteSize() : 0;
4. //抽象语法树Builder：
5. ASTBuilder context(const_cast<JSGlobalData*>(m_globalData), const_cast<SourceCode*>(m_source));
6. if (m_lexer->isReparsing())
7. m_statementDepth--;
8. ScopeRef scope = currentScope();
9. //开始解析生成语法树的一个节点：
10. SourceElements* sourceElements = parseSourceElements<CheckForStrictMode>(context);
11. if (!sourceElements || !consume(EOFTOK))
12. ｝

举例说来，根据Token的类型，JSC认为输入的Token是一个常量声明，就会使用如下的模板函数生成语法节点（Node），然后放入ASTBuilder里面,我们先看ASTBuilder的结构：

[cpp] view plain copy

1. class ASTBuilder {
2. ......
3. Scope m_scope;
4. Vector<BinaryOperand, 10> m_binaryOperandStack;
5. Vector<AssignmentInfo, 10> m_assignmentInfoStack;
6. Vector<pair<int, int>, 10> m_binaryOperatorStack;
7. Vector<pair<int, int>, 10> m_unaryTokenStack;
8. int m_evalCount;
9. };

再看主要语法解析过程（Parser/parser.cpp）：

[cpp] view plain copy

1. template <typename LexerType>
2. template <SourceElementsMode mode, class TreeBuilder> TreeSourceElements Parser<LexerType>::parseSourceElements(TreeBuilder& context)
3. {
4. const unsigned lengthOfUseStrictLiteral = 12; // "use strict".length
5. TreeSourceElements sourceElements = context.createSourceElements();
6. bool seenNonDirective = false;
7. const Identifier* directive = 0;
8. unsigned directiveLiteralLength = 0;
9. unsigned startOffset = m_token.m_info.startOffset;
10. unsigned oldLastLineNumber = m_lexer->lastLineNumber();
11. unsigned oldLineNumber = m_lexer->lineNumber();
12. bool hasSetStrict = false;
13. //解析语法节点--语句
14. while (TreeStatement statement = parseStatement(context, directive, &directiveLiteralLength)) {
15. if (mode == CheckForStrictMode && !seenNonDirective) {
16. if (directive) {
17. // "use strict" must be the exact literal without escape sequences or line continuation.
18. if (!hasSetStrict && directiveLiteralLength == lengthOfUseStrictLiteral && m_globalData->propertyNames->useStrictIdentifier == *directive) {
19. setStrictMode();
20. hasSetStrict = true;
21. failIfFalse(isValidStrictMode());
22. m_lexer->setOffset(startOffset);
23. next();
24. m_lexer->setLastLineNumber(oldLastLineNumber);
25. m_lexer->setLineNumber(oldLineNumber);
26. failIfTrue(m_error);
27. continue;
28. }
29. } else
30. seenNonDirective = true;
31. }
32. context.appendStatement(sourceElements, statement); //添加语法节点到ASTBuilder
33. }
34. if (m_error)
35. fail();
36. return sourceElements;
37. }

解析语句就是各种switch case，效率不高啊！

[cpp] view plain copy

1. template <typename LexerType>
2. template <class TreeBuilder> TreeStatement Parser<LexerType>::parseStatement(TreeBuilder& context, const Identifier*& directive, unsigned* directiveLiteralLength)
3. {
4. DepthManager statementDepth(&m_statementDepth);
5. m_statementDepth++;
6. directive = 0;
7. int nonTrivialExpressionCount = 0;
8. failIfStackOverflow();
9. switch (m_token.m_type) {
10. case OPENBRACE:
11. return parseBlockStatement(context);
12. case VAR:
13. return parseVarDeclaration(context);
14. case CONSTTOKEN:
15. return parseConstDeclaration(context);
16. case FUNCTION:
17. failIfFalseIfStrictWithMessage(m_statementDepth == 1, "Functions cannot be declared in a nested block in strict mode");
18. return parseFunctionDeclaration(context);
19. case SEMICOLON:
20. next();
21. return context.createEmptyStatement(m_lexer->lastLineNumber());
22. case IF:
23. return parseIfStatement(context);
24. case DO:
25. return parseDoWhileStatement(context);
26. case WHILE:
27. return parseWhileStatement(context);
28. case FOR:
29. return parseForStatement(context);
30. case CONTINUE:
31. return parseContinueStatement(context);
32. case BREAK:
33. return parseBreakStatement(context);
34. case RETURN:
35. return parseReturnStatement(context);
36. case WITH:
37. return parseWithStatement(context);
38. case SWITCH:
39. return parseSwitchStatement(context);
40. case THROW:
41. return parseThrowStatement(context);
42. case TRY:
43. return parseTryStatement(context);
44. case DEBUGGER:
45. return parseDebuggerStatement(context);
46. case EOFTOK:
47. case CASE:
48. case CLOSEBRACE:
49. case DEFAULT:
50. // These tokens imply the end of a set of source elements
51. return 0;
52. case IDENT:
53. return parseExpressionOrLabelStatement(context);
54. case STRING:
55. directive = m_token.m_data.ident;
56. if (directiveLiteralLength)
57. *directiveLiteralLength = m_token.m_info.endOffset - m_token.m_info.startOffset;
58. nonTrivialExpressionCount = m_nonTrivialExpressionCount;
59. default:
60. TreeStatement exprStatement = parseExpressionStatement(context);
61. if (directive && nonTrivialExpressionCount != m_nonTrivialExpressionCount)
62. directive = 0;
63. return exprStatement;
64. }
65. }

举其中一个例子：

JavaScriptCore/parser/parser.cpp:

[cpp] view plain copy

1. template <typename LexerType>
2. template <class TreeBuilder> TreeConstDeclList Parser<LexerType>::parseConstDeclarationList(TreeBuilder& context)
3. {
4. failIfTrue(strictMode());
5. TreeConstDeclList constDecls = 0;
6. TreeConstDeclList tail = 0;
7. do {
8. next();
9. matchOrFail(IDENT);

[cpp] view plain copy

1. //取出词（Token）：
2. const Identifier* name = m_token.m_data.ident;
3. next();

[cpp] view plain copy

1. //是一个=吗？
2. bool hasInitializer = match(EQUAL);

[cpp] view plain copy

1. //
2. declareVariable(name);
3. context.addVar(name, DeclarationStacks::IsConstant | (hasInitializer ? DeclarationStacks::HasInitializer : 0));
4. TreeExpression initializer = 0;
5. if (hasInitializer) {
6. next(TreeBuilder::DontBuildStrings); // consume ‘=‘
7. initializer = parseAssignmentExpression(context);
8. }

[cpp] view plain copy

1. <span style="white-space:pre">    </span>新建一个“常量申明节点”放入ASTBuilder里面：
2. tail = context.appendConstDecl(m_lexer->lastLineNumber(), tail, name, initializer);
3. if (!constDecls)
4. constDecls = tail;
5. } while (match(COMMA));
6. return constDecls;
7. }

ASTBuilder.h:

[cpp] view plain copy

1. ConstDeclNode* appendConstDecl(int lineNumber, ConstDeclNode* tail, const Identifier* name, ExpressionNode* initializer)
2. {
3. ConstDeclNode* result = new (m_globalData) ConstDeclNode(lineNumber, *name, initializer);
4. if (tail)
5. tail->m_next = result;
6. return result;
7. }

调用堆栈 如下：

[cpp] view plain copy

1. #0  JSC::ASTBuilder::BinaryExprContext::BinaryExprContext (this=0x7fffffffbb6f)    at JavaScriptCore/parser/ASTBuilder.h:85
2. #1  JSC::Parser<JSC::Lexer<unsigned char> >::parseBinaryExpression<JSC::ASTBuilder> (this=0x7fffffffc330, context=...)JavaScriptCore/parser/Parser.cpp:1143
3. #2  JSC::Parser<JSC::Lexer<unsigned char> >::parseConditionalExpression<JSC::ASTBuilder> (this=0x7fffffffc330, context=...)   at JavaScriptCore/parser/Parser.cpp:1109
4. #3  JSC::Parser<JSC::Lexer<unsigned char> >::parseAssignmentExpression<JSC::ASTBuilder> (this=0x7fffffffc330, context=...)
5. at /opt/src/opt/src/mp50/framework/webkit/WebKit_123412/Source/JavaScriptCore/parser/Parser.cpp:1051
6. #4  JSC::Parser<JSC::Lexer<unsigned char> >::parseVarDeclarationList<JSC::ASTBuilder> (this=, context=...,   [email protected]: 1, [email protected]: 0xdb3060, [email protected]: 0x0, [email protected]: 5,   [email protected]: 5, [email protected]: 5)    at parser/Parser.cpp:263
7. #5  JSC::Parser<JSC::Lexer<unsigned char> >::parseVarDeclaration<JSC::ASTBuilder> (this=0x7fffffffc330, context=...)   at JavaScriptCore/parser/Parser.cpp:181
8. #6  JSC::Parser<JSC::Lexer<unsigned char> >::parseStatement<JSC::ASTBuilder> (this=0x7fffffffc330, context=..., directive=: 0x0,directiveLiteralLength=)   Parser.cpp:682
9. #7  JSC::Parser<JSC::Lexer<unsigned char> >::parseSourceElements<(JSC::SourceElementsMode)0, JSC::ASTBuilder> (this, context=...) at parser/Parser.cpp:145
10. #8  JSC::Parser<JSC::Lexer<unsigned char> >::parseInner (this=0x7fffffffc330)    at Parser.cpp:93
11. #9  JSC::Parser<JSC::Lexer<unsigned char> >::parse<JSC::ProgramNode> (this=, lexicalGlobalObject=,   debugger=0x0, debuggerExecState=, exception=) Parser.h:990
12. #10 JSC::parse<JSC::ProgramNode> (globalData=, lexicalGlobalObject=source,parameters,  strictness=JSParseNormal,parserMode=JSParseProgramCode, debugger, execState=, exception=) Parser.h:1048
13. #11 JSC::ProgramExecutable::compileInternal (this=, exec=, scopeChainNode=, jitType=JSC::JITCode::BaselineJIT) at JavaScriptCore/runtime/Executable.cpp:338
14. #12 JSC::ProgramExecutable::compile (this=0x7ffff7fbb580, exec=0x7ffff7f9fb90, scopeChainNode=0x7ffff7f7ffc0)JavaScriptCore/runtime/Executable.h:446
15. #13 JSC::Interpreter::execute (this=, program=, callFrame=, scopeChain=,  thisObj=0x7ffff7f9f980) at JavaScriptCore/interpreter/Interpreter.cpp:1224
16. #14 JSC::evaluate (exec=, scopeChain=, source=..., thisValue=..., returnedException=) JavaScriptCore/runtime/Completion.cpp:75
17. #15 runWithScripts (globalObject=0x7ffff7f9f980, scripts=, dump=false)   at JavaScriptCore/jsc.cpp:545
18. #16 jscmain (argc=2, argv=0x7fffffffdc88) at JavaScriptCore/jsc.cpp:733
19. #17 main (argc=2, argv=0x7fffffffdc88) atavaScriptCore/jsc.cpp:510

接下来，就会调用BytecodeGenerator::generate生成字节码，具体分下节分析。我们先看看下面来自JavaScript的一个个语法树节点生成字节码的过程：

JavaScriptCore/bytecompiler/BytecodeGenerator.cpp:
RegisterID* BooleanNode::emitBytecode(BytecodeGenerator& generator, RegisterID* dst)

[cpp] view plain copy

1. {
2. if (dst == generator.ignoredResult())
3. return 0;
4. return generator.emitLoad(dst, m_value);
5. }

以下是我准备写的文章题目：

一、 JavaScriptCore的词法分析器工作流程分析；

二、 JavaScriptCore的语法分析器工作流程分析；

三、 JavaScriptCore的字节码生成流程分析；

四、 LLInt解释器工作流程分析；

五、 Baseline JIT编译器的工作流程分析；

六、 DFG JIT编译器的工作流程分析；

七、LLVM虚拟机的工作流程分析；

八、JavaScriptCore的未来展望；

文笔粗糙，不善表达，希望能越写越好。

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