simple_vm.c

// https://www.zhihu.com/question/33084689/answer/58994758

#include <stdio.h>
#include <string.h>

typedef struct inst
{
    unsigned char code; // 指令
    unsigned char cond; // 执行该指令的条件
    short p1, p2; // 参数1、2
} inst_t;
typedef unsigned short data_t; // 我们操作的就是16位数

typedef struct vm_state
{
    int ip; // 指令ptr
    int flag; // 记录最后判断的标志
    inst_t *code; // 代码段地址
    data_t *data; // 数据段地址
} vm_state_t;

#define IADD    1 // 加法
#define ISUB    2 // 减法
#define ICMP    3 // 判断
#define IJMP    4 // 跳转
#define IMOV    5 // 赋值
#define ISTIP   6 // 保存IP
#define ILDIP   7 // 设置IP（跳转）
#define ILD     8 // 加载一个立即数
#define IOUT    9 // 输出
#define ISTOP   255 // 挂起虚拟机

#define FNA     0 // 任何状态下都执行
#define FEQ     1 // 状态为“相等”时执行
#define FNE     2 // 状态为“不等”时执行

void execute(vm_state_t *state)
{
    for (;;) // 执行到挂起为止
    {
        inst_t current = state->code[state->ip];
        state->ip++; // 取出指令以后自动ip后移
        if (current.cond != FNA && current.cond != state->flag)
            // 该指令要求的状态不符合当前状态，略过
            continue;
        switch (current.code)
        {
            case IADD:
                // 将p1指向的数据加上p2指向的数据
                state->data[current.p1] += state->data[current.p2];
                break;
            case ISUB:
                state->data[current.p1] -= state->data[current.p2];
                break;
            case ICMP:
                // 比较p1指向的数据和p2指向的数据
                if (state->data[current.p1] == state->data[current.p2])
                    state->flag = FEQ;
                else
                    state->flag = FNE;
                break;
            case IJMP:
                // 跳转，指令根据p1进行偏移
                state->ip += current.p1;
                break;
            case IMOV:
                // 将p1指向的数据设置为p2指向的数据
                state->data[current.p1] = state->data[current.p2];
                break;
            case ISTIP:
                // 把IP保存到p1指向的数据
                state->data[current.p1] = (data_t) state->ip;
                break;
            case ILDIP:
                // 将IP设置为p1指向的数据，该指令会导致跳转
                state->ip = state->data[current.p1];
                break;
            case ILD:
                // 将立即数p2加载到p1指向的数据
                state->data[current.p1] = current.p2;
                break;
            case IOUT:
                // 输出p1指向的数据
                printf("%d\n", state->data[current.p1]);
                break;
            case ISTOP:
                return;
        }
    }
}

inst_t sample_code[] =
{
    { ILD,   FNA,  2, 101 },
    { ILD,   FNA,  3, 1 },
    { ILD,   FNA,  1, 1 },
    { ILD,   FNA,  0, 0 },
    { ICMP,  FNA,  1, 2 },
    { IJMP,  FEQ,  3, 0 },
    { IADD,  FNA,  0, 1 },
    { IADD,  FNA,  1, 3 },
    { IJMP,  FNA, -5, 0 },
    { IOUT,  FNA,  0, 0 },
    { ISTOP, FNA,  0, 0 }
};
data_t data_seg[16];

int main(int argn, char *argv[])
{
    vm_state_t state;
    memset(&state, 0, sizeof(state));
    state.code = sample_code;
    state.data = data_seg;
    execute(&state);
}