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附錄：外文翻譯
摘要機器語言編程實現(xiàn)
Stephan Diehla,?, Pieter Hartelb, Peter Sestoftc
aFB-14 Informatik, Universit?t des Saarlandes, Postfach 15 11 50, 66041 Saarbrücken, Germany
bDepartment of Electronics and Computer Science, University of Southampton, Highfield, Southampton SO17 1BJ, UK
cDepartment of Mathematics and Physics, Royal Veterinary and Agricultural University, Thorvaldsensvej 40,
DK-1871 Frederiksberg C, Denmark
Accepted 24 June 1999
摘要：
我們提出了廣泛的注釋書目，抽象機設計的每一個編程的主要范式（勢在必行，面向對象，功能，邏輯和并行）。我們得出這樣的結論：雖然大量高效摘要機器被設計為特定語言的實現(xiàn)，相對較小的工作已經完成設計摘要機以系統(tǒng)的方式。
1.什么是一個抽象的機器嗎？
摘要機機因為他們每—麻省理工學院一步一步的程序的執(zhí)行；他們
摘要因為他們忽略許多細節(jié)真實（硬件）機。
摘要機提供一個中間的局域網(wǎng)—計編譯階段。他們縮小差距之間的高級別的編程語言和低水平的一個真實的機器。指令一個抽象機是針對特別—拉爾操作要求執(zhí)行操作的具體的源語言或一類來源語言。最常見的抽象機器程序商店和一個國家，通常包括一個堆棧和寄存器—流淚。該程序是一個指令序列，與特殊寄存器（程序計數(shù)器）指著下一個要執(zhí)行的指令。程序計數(shù)器先進的指令完成時。這一文學學士—碳化硅控制機制的一個抽象機也被稱為其執(zhí)行循環(huán)。
1.1． 替代特征
上述特性適合許多抽象的名詞—中國，但一些抽象機抽象比其他的。極端的光譜焦—特點如下：
?抽象機是一個中間語言一個漸進的操作語義[ 107 ]。
?抽象機設計一個真正的機器尚未建立。
1.2． 相關術語
這個詞有時也用于抽象機對于不同的概念和術語用于抽象的概念，例如有些作者使用術語仿真器或解釋器和一些使用“虛擬機的實現(xiàn)—變頻機，類似我們使用的程序為實現(xiàn)的一種算法。孫呼吁摘要機的虛擬機[ 86,91 ]?！疤摂M機廣泛用于不同的操作系統(tǒng)抽象層—等[ 121 ]和中的虛擬操作系統(tǒng)虛擬機器執(zhí)行環(huán)境運行幾個版本的相同的操作系統(tǒng)上的同機。在理論計算機科學摘要機術語有時用來模型計算包括有限狀態(tài)機，粉狀機，下推自動機和圖靈機[ 61 ]。
1.3． 什么是抽象機用于？
在上述表征抽象機利用他們作為中間語言compila—是一個基本特征。因此，實現(xiàn)—心理狀態(tài)的一種編程語言是由2階段。編譯器的實現(xiàn)和實現(xiàn)的抽象機。這是一個典型的—1分而治之的辦法。從pedagogi—加州來看，這簡化了介紹和編程語言教學的原則實現(xiàn)方式。從軟件工程的角度看，在引進的抽象層—折痕可維護性和可移植性，它允許為設計的合同。摘要機已成功的設計，實現(xiàn)局域網(wǎng)—表，不符合“馮·諾依曼計算機”怎么樣。作為一個后果最為抽象機外來的或新的語言。目前只有少數(shù)摘要機器語言或語言。最近
摘要機已用于移動代碼異構網(wǎng)絡，如互聯(lián)網(wǎng)。
除了他們的實際優(yōu)勢摘要機器是理論上的吸引力，因為它們促進證明是正確的，代碼成，程序分析和變換[ 20111 ]。
2。摘要機哪里來的？
摘要目的通常是在一個特設的機器方式的基礎上的經驗與其他摘要馬—中國或口譯員或編譯器的實現(xiàn)對于同一來源語言。但也有一些系統(tǒng)—實驗方法進行了研究。是一個魔杖最先處理的問題，所產生的抗體—變頻機從語言的語義。在1982，他提出了一種基于組合算子[ 130 ]。找到合適的合子不自動是一個艱巨的任務，這是簡化了以后文[ 131 ]。凸輪（1985）是在一個類似的路[ 34 ]。另一種方法是根據(jù)部分評價—評估口譯人員的實例程序折疊反復出現(xiàn)的模式在中間代碼[ 44,80,98 ]。終于有辦法通過分離[ 45,56,70,89116 ]。通過分離是一個轉變，將口譯網(wǎng)—打樁和執(zhí)行部件，后者是摘要機。它還被用于在2big系統(tǒng)（1996）自動生成抽象機從編程語言規(guī)范[ 43,46 ]。
3。摘要機編程語言
討論在五十年代后期在美國和其他語言。各種uncols已提出康威的機[ 33 ]，例如一個寄存器機，雙指令。鋼機[ 119 ]有先進的尋址模式。原則一個面向是健全的，但他們沒有多
使用的。我們認為，這主要是由于缺乏績效所產生的代碼。
議員和加納帕蒂[ 30 ]給概述抽象機命令式編程語言被惡狗—租金在80年代中期。有些人認為，工業(yè)—虛擬機[ 86 ] 20世紀90年代后期可能最終發(fā)揮作用的一個面向，但我們認為，績效將仍然是一個問題在許多領域的計算。
現(xiàn)在我們要看看一些抽象的馬—中國，其目的是為更溫和目標：
?AL GOL目標代碼（1964）[ 109 ]是一個抽象algol60機。它有一個堆棧，堆程序存儲。其指令提供機甲—結構變量和程序的范圍，配置內存，訪問變量和數(shù)組，和傳值調用名稱的程序和要求。
?p4-machine（1976）是一個抽象機執(zhí)行的程序，由沃斯和同事[ 7 ]。編譯程序語言小和抽象機代碼記錄在[ 102 ]。4機有固定長度指令—全文。它實現(xiàn)了塊結構的堆棧交流—發(fā)唱片（幀），采用動態(tài)和靜態(tài)鏈接實現(xiàn)遞歸和靜態(tài)作用域，再—L。
?折射p-machine [ 32 ]是一個抽象的馬—中國執(zhí)行的程序，用可變長度指令。緊湊的字節(jié)碼該機具有特殊的指令調用帕斯卡爾的嵌套程序，稱為正規(guī)專業(yè)—程序，用于記錄和數(shù)組索引和索引檢查，處理（語言），信號和等待信號燈，等p-machine用于流行的加州巴斯卡系統(tǒng)微型計算機（約1977）。一個商業(yè)硬—軟件實現(xiàn)的p-machine了（見11節(jié)）。
?（1970）可被視為一個直接執(zhí)行—一個基于堆棧的抽象機器語言痊愈：只是名字子程序代碼地址，[ 77,94 ]等。
4。面向對象的抽象機，編程語言
摘要機的面向對象的語言是通?；诙褩５暮陀刑貏e指示訪問域和對象的方法。記憶管理往往是隱含的（由一個垃圾關口—講師）在這些機器。
?Small talk - 80（1980）是一個動態(tài)類型基于類的面向對象語言，實施匯編成一個基于堆棧的虛擬機代碼。字節(jié)碼指令棧馬—nipulation，發(fā)送消息的對象（對訪問一個領域或調用方法），做為回報，為跳，等[ 51 ]（在第二版[ 52 ]省材料大部分的虛擬機器）。
?自（1989）是一個動態(tài)類型的階級面向對象語言。我有一個特別簡單而優(yōu)雅的基于堆棧的虛擬機代碼：每一個指令有一個3位指令操作碼和一個5位的指標，或指令的參數(shù)—彪。八個指令：自己推，推文字，發(fā)送消息（調用方法或訪問一場），發(fā)送，發(fā)送，代表（以平價—），返回，和延伸指數(shù)。字節(jié)碼動態(tài)翻譯成機器代碼[ 28 , 29 ]。
?JAVA（1994）是一種靜態(tài)類型分類面向對象的語言，其官方中等—高級語言是靜態(tài)類型的虛擬機（虛擬機）的字節(jié)碼。虛擬機有特殊的支持動態(tài)連接，與時間驗證（包括類型檢查）的字節(jié)碼。指令集支持對象創(chuàng)作，現(xiàn)場訪問，虛方法調用，鑄造一個對象的一個類，等[ 86 ]。實現(xiàn)硬件Java虛擬機（見11節(jié)）。
5。摘要機字符串處理和語言文字
字符串處理語言是一個網(wǎng)絡編程—表，字符串處理而不是重點處理數(shù)字數(shù)據(jù)。字符串處理語言已存在幾十年的形式，網(wǎng)站—和炮彈，編程工具，宏處理器，和腳本語言。這后一類是腳本語言來突出使用'綁定'組件[ 101 ]。組件通常是寫在一個局域網(wǎng)（系統(tǒng)）—衡量，如C，但他們可能是java成分自己的。串處理語言被實施解釋一個專有的表示源文本，或執(zhí)行是基于一些低層次的抽象機。有2個原因使用適當?shù)某橄髾C：改進執(zhí)行速度和更好的可移植性。機器獨立性有becomel的問題近年來，因為一些不同的計算機架構已經下降顯著隨著時間的推移，和因為作為一個通用的弗蘭卡幾乎每一個平臺，目前使用的。
我們將討論的突出例子早期串處理語言，在一個抽象的馬—中國主要是用來實現(xiàn)機獨立—證據(jù)。
?[ 54 ]是一個字符串處理語言一個強大的模式匹配裝置。語言已被廣泛用于生成編譯器，符號代數(shù)軟件包，等在摘要馬—中國（南港）數(shù)據(jù)上操作的描述，這些—那是標量數(shù)據(jù)或資料，以及數(shù)據(jù)類型和一些控制信息。本數(shù)據(jù)表示可以把字符串作為變量，并提供數(shù)據(jù)調度經營，在許多相同的方式作為面向對象系統(tǒng)提供的今天。機器運轉的一對堆，一堆垃圾收集（標記掃描）。本指令集的設計首先提供高效支持最常見的操作和秒—ondly緩解任務，它移[ 53 ]。
? [ 23 ]是一個宏處理器。宏處理器是基于一個替代模式，而普通字符串處理字符串數(shù)據(jù)處理器的操作—靈活應用。宏處理器通常是更難比普通串親—cessors。毫升/我宏處理器實現(xiàn)通過低地抽象機。本機提供雙棧，三個寄存器，非遞歸的子程序和一個小指令集。門—能力一直是主要的驅動程序的設計。
UNIX產生了深遠的影響，我們考慮到腳本語言今天。與系統(tǒng)來現(xiàn)在古典工具集，包括外殼體，使。據(jù)我們所知，所有這些都是簡單的—執(zhí)行使用內部表示貼近源文本。后代這些工具目前美聯(lián)社—pearing使用抽象的機器，主要用于速度也是機獨立：
?AWK[ 1 ]構造解析樹從源。本解釋器，然后遍歷解析樹，解釋—該節(jié)點。內部節(jié)點對應于一個運算—通過它完成或控制流的構建；葉通常數(shù)據(jù)指針。翻譯函數(shù)返回細胞包含計算結果。控制流—terruptions喜歡休息，繼續(xù)，和函數(shù)返回特殊處理的主要翻譯。
?NMARK [ 49 ]是一個版本的制作工具操作系統(tǒng)，它提供了一個更靈活的方式的—懸垂斷言能夠港口這些新使文件的舊系統(tǒng)，n可以翻譯其輸入到指令使摘要機（MAM）。這些都是很容易轉化為更常見的文件格式[ 78 ]。
?TCL[ 100 ]是一個命令語言設計為容易擴展與具體應用，網(wǎng)站—堆命令。應用最廣泛的認識—信息是知識庫的建立用戶界面。靈活性是實現(xiàn)主要由代表所有數(shù)據(jù)作為字符串通過使用一個簡單的和統(tǒng)一的接口組件—要求。例如，而建造的語言是由一個程序，以2個字符串作為參數(shù)。第一個字符串是有條件的表達，其次是要執(zhí)行的語句。該程序調用命令解釋器的遞歸評價有條件的聲明（[ 100 ]，321頁）。抽象機沒有任何棧它自己，它依賴于實現(xiàn)。自8版本的使用一個字節(jié)碼解釋器[ 74 ]。
?perl[ 128 ]是一種腳本語言，與一個錯誤—諒解備忘錄模塊集為各種各樣的應用，如建筑腳本網(wǎng)頁服務器。實現(xiàn)編譯代碼如下到中間，樹結構表示，每個指令指向下。本摘要機有七個棧是前—plicitly操縱的匯編指令。有六種不同的數(shù)據(jù)類型，以及超過300指令。引用計數(shù)是用來執(zhí)行存儲管理[ 118 ]。
?python是一種面向對象的腳本語言[ 87 ]。python是使用基于堆棧的摘要機。指令而不是像方法來電，調度操作數(shù)的類型發(fā)現(xiàn)在堆棧。有超過100的指示，或—集團作為代碼段，與跳躍改變控制流。Py thon使用引用計數(shù)垃圾收集器。hugunin [ 63 ]創(chuàng)造了一個實現(xiàn)jpython，而目標的虛擬機相反的。
性能的腳本語言以上研究了一批作者。Kernighan和van Wyk [ 74 ] 比較Awk, Perl, Tcl, Java,Visual Basic, Limbo, C and Scheme.。他們表現(xiàn)這取決于基準和平臺，、有時比較C and Java語言，Romer et al [ 110 ]，benchmark Java, Perland Tcl 使用一級緩存模擬器使用的聚合物建筑。他們得出這樣的結論：盡管JAVA語言表現(xiàn)較差，特殊的硬件支持是不必要的。
6。摘要機功能的編程和語言文字
第一個抽象機功能的所有語言，如SECD [ 81 ]和FAM[ 26 ]，嚴格評價，也被稱為渴望或傳值評價—評估，其中評估函數(shù)參數(shù)—在呼叫，并準確地。最近，最工作重點是懶惰（或call-by-need）評價—其中，在函數(shù)的參數(shù)進行評估如果需要，最多一次。一個原因是有效的—有效實施嚴格的評估是現(xiàn)在理解，因此，需要通過via—這種機器在中國已經減少。
核心概念抽象機功能語言包括：
?堆棧一般代表的一個嵌套計算。它將中間結果待計算，激活記錄的活動函數(shù)調用，活躍異常處理程序，等等。堆棧是有時也用于存儲參數(shù)—要通過職能。
?環(huán)境變量的地圖程序和使用情況。
?封閉環(huán)是用來表示一個函數(shù)作為一種價值。它通常包括一個代碼的地址（的功能—教育機構）和環(huán)境（結合自由變量的函數(shù)體）。
?堆存儲數(shù)據(jù)的計算。摘要摘要從機器的細節(jié)內存管理，并因此包括指示用于分配數(shù)據(jù)結構堆中，而不是釋放他們；堆棧被認為是無限的。
?垃圾收集器支持的假象堆是無限的；它有時回收可達—能堆空間并使其可用于分配—對新的對象。
6.1．被嚴格限定的語言功能
?secd的設計是由Landin完成，被評價為lambda語言 [ 81 ]。該機得名于其組件的狀態(tài)：評價一個棧，一環(huán)境，一個控制持有的指示執(zhí)行，并轉儲和持有的延續(xù)。（即，一個描述下一步該做什么）。
?Cardelli’s Functional Abstract Machine（1983）是一個擴展和優(yōu)化播種機在第一次使用本機代碼實現(xiàn)毫升[ 26 , 27 ]。
? The Categorical Abstract Machine（1985）是德—運用贊諾等人。[ 34 ]。其指令對應于構造一個直角閉范疇：身份，組成，抽象，應用，配對，和選擇。這是基地為caml實施ML.
?Zinc Abstract Machine (1990)（1990）由Leroy [ 82 ]允許更有效的執(zhí)行。這是一個
優(yōu)化，嚴格版本的Krivinemachine（參見以下部分6.2）。本機為基礎的字節(jié)碼版本的Leroy’s Caml Light [ 35135 ]Objective Caml和目的實現(xiàn)，并用在Moscow ML 117 ]。
6.2。懶惰的語言功能
在一個懶惰的語言，功能和構造函數(shù)的參數(shù)—試驗的評價只有如果需要的話，然后在最
一次。雖然這可以實施的代表—有一種未鑒定的論點，“咚”，一個函數(shù)這將評估論證和取代自身結果，呼吁其他approaches.anim效率—由于沃茲沃思的重要思想是代表親—克用圖是重寫的評價。本評價（重寫）的一個共同的子圖將汽車—巨大的利益都提到它。怎么用。曾經，多次搜索圖的表達式重寫是緩慢的。
早期實現(xiàn)的編譯程序一固定組合子（蘭布達條款全部關閉其抽象的頭）；這些可能是視為圖重寫規(guī)則[ 123 ]。后來它證明是有益的，讓程序施工—試指導選擇合子（所謂的supercombinators）[ 62 ]。
?在他的開創(chuàng)性論文[ 123 ]，戴維特納描述該sk-machine支持實施sasl。編譯器是基于等效—吐溫組合邏輯[ 113 ]和λ演算[ 40 ]。它生成的代碼基本上是一二進制教學機。使機器更有效—投加，特納的進一步指示，每一個功能，可證明是相當于一個數(shù)字—S和K組合算子。
? The G-machine (1984) 目的是）評價功能程序在supercombinator形式[ 10,68104 ]。相反的解釋supercombi—nators作為重寫規(guī)則，他們被編譯成順序代碼特別指示圖操縱。G-machine是以Lazy ML [11] and HBC Haskell [13]為基礎的。
? The Krivine machine (1985) 是一個簡單的摘要機調用名稱評價（即無共享參數(shù)評價）的純lamb da微積分[ 39 ]。它只有三個指令，林—回應三構造的蘭布達微積分：變量訪問，抽象，和應用—陽離子。一個顯著的特征是這個論點堆棧也返回堆棧（續(xù)）。
? The Three Instruction Machine TIM (1986)是一個簡單的抽象機評價超—合子，由費爾貝恩和瑞[ 48 ]?；菊{用名稱版本的馬—中國是相當類似的克里維納機。一個懶（call-by-need）版本需要額外的機械更新的共享函數(shù)參數(shù)；這是有點復雜的實現(xiàn)效率[ 8 ]。
? The Krivine machine懶惰就像是提姆[ 36,37115 ]。另外一個可能添加一個—清楚堆與一個單一的新的指令，使遞歸let-bindings [ 116 ]。由此產生的機已在一些理論研究，例如[ 112 ]。
? The Spineless-Tagless G-machine (1989) 是德—運用佩頓瓊斯作為一個精致的g-machine [ 105 ]。這是用在格拉斯哥的哈斯克爾編譯器[ 103 ]。
有許多更抽象的機器功能—傳統(tǒng)的語言比我們在這里可以提。典型的他們開發(fā)的理論究，或在工作上一些新的語言或執(zhí)行技術。
這是最終的表現(xiàn)，決定是否一個抽象機已被精心設計的。一個網(wǎng)站—綜合概述了在25語言功能實現(xiàn)提供假臺—標記[ 58 ]。
7。摘要機器的邏輯編程和語言文字
邏輯編程語言的基礎上預測—美食微積分。該程序是作為一個有限集推理規(guī)則。執(zhí)行一個邏輯程序每—形式邏輯的推論。語言是最有益—永邏輯編程語言。在序言本規(guī)則在一個標準的形式被稱為普遍量化角條款。一個目標表是用于啟動計算，試圖找到證據(jù)，這一目標。
大多數(shù)研究在編譯的程序圍繞的Warren Abstract Machine WAM(1983)這已成為事實上的標準[ 133 ]。它提供了特殊用途的指示，其中包括統(tǒng)一的各種類型的數(shù)據(jù)和指令控制流指令執(zhí)行回溯。原來的報告沃倫[ 132 ]給出的赤裸的骨骼和有一些努力，目前本丸的教學方式[ 2,50138 ]。阿聯(lián)酋的使用四個內存領域：堆，棧。
? The WAM分配結構和變量的堆。收集垃圾自動回收堆分配的空間結構和變量這是不再包含從程序。
?堆棧包含點的選擇和環(huán)境。在選擇點有條目的地址以往的選擇點，下一個選擇條款（連續(xù)指針）和一些存儲寄存器的丸。環(huán)境建設—sists的永久性的變量的一個條款。欺詐—ceptually堆棧可以分為2組，所謂的那or-stacks。該and-stack包含環(huán)境和or-stack包含選擇點。
?在這種方法下，WAN的跟蹤哪些綁定—還有要收回后失敗和條款—前一個替代條款可以嘗試，即在回溯法。
?最后按下表，PDL，包含對節(jié)點，它必須被視為未來的大學—分類算法。統(tǒng)一的電流匹配目標與頭一個條款和約束變量在這兩個目標和頭。
研究側重于代優(yōu)化—生產后的代碼和結果擴展和國防部—ifications的WAN已提出。一些技術，進行了調查，索引條款，環(huán)境微調，登記等—位置[ 66,88 ]和[ 108 ]提出的目標。數(shù)據(jù)流分析，特別是抽象解釋，和尾巴遞歸優(yōu)化的基礎已經被有效實現(xiàn)方法[ 125127 ]。
8。摘要機的混合編程和語言文字
編程語言的研究人員嘗試結合最好的不同語言模式雜交親—編程語言。函數(shù)式邏輯語言
摘要機器已經被設計為擴展抽象機的功能性語言[ 79,97 ]或擴展的WAN[ 21,57 ]。WAN的有同樣是基礎，抽象機器約束邏輯編程語言[ 16,65 ]，同時，約束邏輯編程語言OZ[ 90 ]和同時，實時語言ORLANG[ 9 ]。
9。摘要機的并行編程和語言文字
asnotedbyblair [ 18 ]，平行地分布模型—由于超收斂趨勢高速網(wǎng)—作品，平臺獨立性和微內核操作系統(tǒng)。幾個這樣的模型進行了討論在[ 73 ]，最值得注意的是并行虛擬機系統(tǒng)（1990）這是一個抽象的臨—克組異相電腦作為一個單一的組件—putational資源[ 15120 ]。螺紋摘要機器擔（1993）[ 38 ]和一個類似的，但更簡單摘要機[ 3,47 ]已提出的創(chuàng)—ALLY目標架構的多線程的高度并行機。并行和分布式體系結構提供網(wǎng)站—計算，編程語言的實現(xiàn)—機構對這些系統(tǒng)試圖利用。
一些重要的問題在執(zhí)行標準—并行抽象機編程語言靜態(tài)和動態(tài)調度[ 19114 ]，粒度任務，分布式垃圾收集[ 69 ]和代碼和線程遷移[ 126136 ]。
10。專用抽象機
在自然語言解析抽象機對WAN進行調查。相對于一般的臨—
日志的程序，在統(tǒng)一的語法往往大和有效的統(tǒng)一指令
添加到WAN[ 17139 ]。超文本摘要機（1988）是一個服務器一個超文本存儲系統(tǒng)[ 25 ]。數(shù)據(jù)結構—對機器的圖形，背景，鏈接節(jié)點，和屬性。指令的機器的初始—吞并交易與服務器訪問和修改這些。
11.結論
近40年來抽象機已用于編程語言的實現(xiàn)。如新語言的出現(xiàn)，從而將抽象機器工具來處理復雜的實現(xiàn)語言文字。而抽象的機器是一個有用的工具橋之間的差距，一個高層次的語言和低層建筑，還有許多工作要做發(fā)展理論抽象機。這種理論是必要的支持系統(tǒng)的開發(fā)抽象機器語言和結構規(guī)格。
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