如何理解clingrootsys原理剖析中的JIT

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所有的高級語言技術，都是由前端的翻譯轉化，源碼理解，和后端的運行技術和語義實現的: 即編譯-鏈接-運行循環這個標準過程組成的（真正了解這個三段式過程，無論是多復雜或復合了的語言系統，給其定性將不再是難事），而且其編譯器實現一開始都是以靜態過程式、函數為實現機制的。都是C語言和標準編譯原理教程那套。而高級和復雜語言實現，都是先過程元素，然后再在編譯器前端實現語法增強，或封裝到class和庫級增強實現的。（而真正分清這個，可以分步理清很多錯綜復雜的編譯原理過程。 特別是cling這樣的復雜語言系統的定性和實現原理。包括其實現，如JIT和庫級pme都大有幫助。

什么是解釋系統

解釋系統與編譯系統最大的區別是在一個前后端配合循環(標準編譯原理上的compile-link-run，實際上這里的compile更適合稱為translate才能與其它語言共享同樣的編譯子過程稱代而顯得無歧義)中，它每次只取一條代碼（最小生成和執行代碼的單元）來運行，且純粹依賴語言系統本身的后端—-往往是一個軟件系統 來運行，往往無需link，因為它是運行期完成query的，類似組件（接下來本文第三部會說到這個組件有什么魔力）。 這里的軟件系統運行設施往往還負責其它方面的工作—比如一個虛擬機要完成的那些當然也有可能不像虛擬機那么復雜，就是一個簡單的if-case流程（這是最初腳本語言的原型），它屬于整個語言系統的一部分，所以說是在線解釋。由于它在翻譯和鏈接過程中是運行期實時完成的，運行期的那個大VM天然維護著這樣一個軟件從翻譯到運行所需的全部設施的寵大環境 — 它就是整個軟件化的語言系統連執行都是軟件托管的，所以在前端它不耗時（較編譯系統而言），耗時的是運行期的代碼效率。 而編譯系統是事先將整個應用一次全翻譯好（這里耗時巨大），將每個模塊鏈接起來（這里又一次耗時巨大），依賴后端-往往是一層薄薄的支持層僅起傳手傳遞作用 – 傳遞喂給機器offline運行，此時的運行不干語言系統的事所以說是offline。由于機器執行機器碼是2的8次方這個效率（這個數字還在不斷增長），所以自然就快了。 解釋系統每次只執行一個代碼的本質無非是在編譯器實現中在后端提供一個execframe對象就能達到，使語言系統具備生成動態最小可執行單元，比如一個調用路徑中的函數棧，然后將代表其的ast node喂給后端執行時-那個execframe就行了。解釋語言最鮮明的技術特點就是這個動態執行后端。可見它跟是否必有一個虛擬機沒有關系，跟是否必生成中間碼或平臺碼，或以其為最終目標運行沒有關系。它就是一個普通后端會“emit function->feed it to execframe”的東西，免compiler免link，后端直接運行代碼（一般運行后端可直接識別的中間碼）的東西。 我們稱以上這種解釋系統稱為普通解釋系統。 令我們迷或的往往是JIT式的解釋系統。而實際上，它是普通解釋系統加了“以平臺碼為翻譯目標和運行目標”之后的解釋系統。這里詳述：

Jit到底什么東西

JIT有什么特別，你依然得聯系到標準的三段編譯原理過程來解釋它，即translate->link->run ,jit也被稱為jit compiler,jit interpter，那么jit顧名思議，jitcompiler=jit translator，是語言都有的，所以這不是它的特征，而我們立馬發現其有jit interpter，如果說到現在為止提到了解釋，編譯系統和這個JIT三大語言系統,這個新事物名稱就證明它屬于偏向類似解釋系統。也許這個名稱可以再加一條，即jit=jit to native。 上面解釋了普通interpter是什么原理的，而基于jit的interpter除了它模擬了普通解釋系統后端的最小單元編譯和執行機制(或者它類似TCC編譯過程十分快顯得像解釋器)，它還顯得有那么一點特殊之處，即它針對平臺碼，無論是RAW CPP源碼，還是二進制DLL符號，它都能實現compile和連接不費時，和運行期直接查找到符號， 這二者都齊了所以jit才表現得像個解釋器。 可見，JIT它也并沒有帶來新的東西，原理上Jit只是接通了生成到native code同時為目標翻譯碼和執行碼的東西，別無它。是傳統解釋套裝并列的部件。實際上也并沒有破壞編譯原理的外觀。它依然是一整套語言系統，只不過在流程上它可以與解釋語言并列，通過開啟JIT的選項轉到使用JIT套件（再重復一次，jit它代表整個JIT語言系統，同時包含前后端，需在三段式環境下理解它）。

Cling中的jit

Cling基于clang+llvm,最主要的意義是其jit interpter機制，即解釋語言那套+針對平臺碼平臺符號，作為一個“特殊了一點的”解釋器存在：即Cling jit后端可以jit to native,emit native function，其AST可以按NODE喂給運行器。 而其實JIT不僅限這個功能，cling依賴于jit能call into native libs不需binding，是JIT本身的功能，（當然，這事先需要在編譯成二進制時保留JIT所需的符號，rdynamic causes symbols to be exported even though this is not a lib ,it Keep symbols for JIT resolution 這些DLL都是符號解析級的動態可載入組件，受操作系統DLL實現支持）。這種組件免除了link。因為組件都是在運行期link的。而從DLL中獲得符號，就能省去compile->tranlate的需要。所以這也不脫離cling jit的作為解釋系統的產品外觀范圍。 所以，這個面向DLL的特性，一定意義上可當成，cling jit視DLL為raw cpp code組件（暫時你可以把這里和接下來的組件當成腳本源碼文件一類的東西來理解），為“源碼”（而普通解釋器面向解釋單元，解釋模塊，是真實可視的源碼組件，JIT只工作在二進制導出符號層，能作CPP源碼和二進制混合編程）。因為它視平臺DLL為組件，因此能做到動態持續從“DLL源碼”(DLL其中源碼實際并不可見，這里說的是其中符號類似llvm jit眼中的“源碼”，被它當成了組件）加載符號和運行. 這點意義上，寵統來說，JIT就是一個更高級的”DLL“機制而已，使其還可以直接視庫為開發件，具備組件的特性。這是后話更多組件的情況將在第三部分介紹。

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