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2025-07-13T13:34:56Z

BOTR：批量替換所有lang-xx模板為langx模板( V6.4.0.1 )

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{{NoteTA
|G1 = IT
}}

在[[計算機科學]]中，'''P-code機'''（{{langx|en|P-code machine}}）是一種被設計來執行P-code的[[虛擬機器]]。P-code是一種被設計來運行在虛擬[[CPU]]上的[[匯編語言]]，即是我們現代所稱[[Bytecode]]的前身。P-code机这个词可用于形容所有这类机器（例如[[Java虚拟机]]和[[MATLAB]]预编译的代码），或者特指最有名的P-code机，來自於[[Pascal (程式語言)|Pascal]]語言，特別是[[UCSD Pascal]]實作。

虽然這個概念在1966左右年就已首次实现（于[[BCPL]]的O-code与Euler语言的P - a code），<ref>{{cite book |title=EULER: a generalization of ALGOL, and its formal definition: Part II, Communications of the Association for Computing Machinery, Vol.9, No.2, pp.89-99 |url=http://dl.acm.org/citation.cfm?doid=365170.365202, |last1=Wirth |first1=N. |last2=Weber |first2=H. |publisher=ACM |location=New York |year=1966 }}{{Dead link|date=2020年3月 |bot=InternetArchiveBot |fix-attempted=yes }}</ref>但P-code这个词直到70年代初才首次出现。
1973年Nori, Ammann, Jensen, Hageli和Jacobi编写的Pascal-P編譯器<ref>{{cite book
|title=The Pascal P Compiler Implementation Notes
|last1=Nori |first1=K.V. |last2=Ammann| first2=U. |last3=Jensen |first3=K. |last4=Nageli |first4=H.
|publisher=Eidgen. Tech. Hochschule |location=Zurich |year=1975 }}</ref>
和1975年[[尼克劳斯·维尔特]]写的Pascal-S編譯器是早期的两个生成P-code的[[编译器]]。

P-code可以是一種與特定硬體平台無關的[[中間語言|中間碼]]，一種虛擬[[機器碼]]。程式原始碼會先被轉換成P-code；轉換成P-code的程序，之後會由一個軟體來進行[[直譯器|直譯]]。這個軟體可以[[模擬器|模擬]]出一個假想的CPU來讀取p-code，之後將p-code轉換成實體機器碼來執行。但如果有足够的商业利益，可能可以實作做出该规格CPU的硬件实现（例如Pascal MicroEngine和Java处理器）。

==UCSD p-Machine==

===架构===
如很多其他p-code机一样，UCSD p-Machine是一个[[堆疊結構機器]]，这意味着大多数指令从堆栈中获取它们的操作数，并将结果放回堆栈上面。因此，“add”指令将堆栈最顶部的两个元素替换成它们的和。有几条指令就取一个参数。像Pascal一样，p-code是强类型语言，原生支持boolean (b), character (c), integer (i), real (r), set (s)和pointer (a)类型。

一些简单的指令：

Insn. Stack Stack Description
before after
 
adi i1 i2 i1+i2 add two integers
adr r1 r2 r1+r2 add two reals
dvi i1 i2 i1/i2 integer division
inn i1 s1 b1 set membership; b1 = whether i1 is a member of s1
ldci i1 i1 load integer constant
mov a1 a2 move
not b1 ~b1 boolean negation

===环境===
与其他基于堆栈的环境（如[[Forth]]和[[Java虚拟机]]）不同的是，p-系统非常类似于真正的目标CPU，它只有一个堆栈供过程栈帧（提过[[返回地址]]等）和局部指令参数共享。机器的其中三个[[寄存器]]指向这个堆栈（向上增加）：

* SP 指向堆栈顶部（[[堆栈指针]]）。
* MP 标记活动的栈帧的开始（[[标记指针]])。
* EP 指向当前过程的最高堆栈位置（[[极端指针]]）。


第五个寄存器 PC 指向当前指令的代码区。

===调用约定===
栈帧是这样的：

EP ->
local stack
SP -> ...
locals
...
parameters
...
return address (previous PC)
previous EP
dynamic link (previous MP)
static link (MP of surrounding procedure)
MP -> function return value

程序调用序列的工作方式如下：下面指令引入调用
mst n
其中 ''n'' 指定嵌套级别的差异（记得Pascal支持过程嵌套）。这个指令会''标记''这个堆栈，即在上述栈帧中保留起始地5个格子，并初始化前面的 EP、动态链接和静态链接。

==范例机器==
尼克劳斯·维尔特在他1976年出的书《算法+数据结构=程序》中详述了一个简单的P-code机。这个机器有3个寄存器——一个[[程序计数器]] p，一个[[调用栈|基寄存器]] b，和一个[[堆栈|栈顶寄存器]] t。一共有8个指令，其中一个（opr）有多种形式。

这是机器的Pascal代码：

<syntaxhighlight lang="pascal">
const
levmax=3;
amax=2047;
type
fct=(lit,opr,lod,sto,cal,int,jmp,jpc);
instruction=packed record
f:fct;
l:0..levmax;
a:0..amax;
end;

procedure interpret;

const stacksize = 500;

var
p, b, t: integer; {program-, base-, topstack-registers}
i: instruction; {instruction register}
s: array [1..stacksize] of integer; {datastore}

function base(l: integer): integer;
var b1: integer;
begin
b1 := b; {find base l levels down}
while l > 0 do begin
b1 := s[b1];
l := l - 1
end;
base := b1
end {base};

begin
writeln(' start pl/0');
t := 0; b := 1; p := 0;
s[1] := 0; s[2] := 0; s[3] := 0;
repeat
i := code[p]; p := p + 1;
with i do
case f of
lit: begin t := t + 1; s[t] := a end;
opr:
case a of {operator}
0:
begin {return}
t := b - 1; p := s[t + 3]; b := s[t + 2];
end;
1: s[t] := -s[t];
2: begin t := t - 1; s[t] := s[t] + s[t + 1] end;
3: begin t := t - 1; s[t] := s[t] - s[t + 1] end;
4: begin t := t - 1; s[t] := s[t] * s[t + 1] end;
5: begin t := t - 1; s[t] := s[t] div s[t + 1] end;
6: s[t] := ord(odd(s[t]));
8: begin t := t - 1; s[t] := ord(s[t] = s[t + 1]) end;
9: begin t := t - 1; s[t] := ord(s[t] <> s[t + 1]) end;
10: begin t := t - 1; s[t] := ord(s[t] < s[t + 1]) end;
11: begin t := t - 1; s[t] := ord(s[t] >= s[t + 1]) end;
12: begin t := t - 1; s[t] := ord(s[t] > s[t + 1]) end;
13: begin t := t - 1; s[t] := ord(s[t] <= s[t + 1]) end;
end;
lod: begin t := t + 1; s[t] := s[base(l) + a] end;
sto: begin s[base(l)+a] := s[t]; writeln(s[t]); t := t - 1 end;
cal:
begin {generate new block mark}
s[t + 1] := base(l); s[t + 2] := b; s[t + 3] := p;
b := t + 1; p := a
end;
int: t := t + a;
jmp: p := a;
jpc: begin if s[t] = 0 then p := a; t := t - 1 end
end {with, case}
until p = 1;
writeln(' end pl/0');
end {interpret};
</syntaxhighlight>

这个机器是用来运行维尔特的[[PL/0]]的，一个为教学开发的Pascal子集编译器。

== 注释 ==
{{reflist}}

== 延伸阅读 ==
* [[Steven Pemberton]] and Martin Daniels: [http://www.cwi.nl/~steven/pascal/book/ Pascal Implementation: The P4 Compiler and Interpreter]{{Wayback|url=http://www.cwi.nl/~steven/pascal/book/ |date=20170813152711 }}. ISBN 0-85312-358-6; ISBN 0-13-653031-1
*[http://homepages.cwi.nl/~steven/pascal/ Steven Pemberton关于Pascal的网页]{{Wayback|url=http://homepages.cwi.nl/~steven/pascal/ |date=20150219202544 }}上有P4编译器和解释器的Pascal源代码、使用说明和[https://web.archive.org/web/20020228000352/http://www.cwi.nl/ftp/pascal/pcom.code4.Z 编译器的p-code] （自身生成的）。
*[http://www.threedee.com/jcm/psystem/ The Jefferson Computer Museum's page on the UCSD p-System]{{Wayback|url=http://www.threedee.com/jcm/psystem/ |date=20150217045428 }}
*[http://ucsd-psystem-vm.sourceforge.net/ 开源实现]{{Wayback|url=http://ucsd-psystem-vm.sourceforge.net/ |date=20140524054906 }}，包含打包和预编译的二进制文件；[http://www.klebsch.de Klebsch的实现版本]{{Wayback|url=http://www.klebsch.de/ |date=20200225210735 }}的一个友好的fork
* ''Compiling with C# and Java'', Pat Terry, 2005, ISBN 0-321-26360-X, 624
* ''[[Algorithms + Data Structures = Programs]]'', Niklaus Wirth, 1975, ISBN 0-13-022418-9
* ''Compiler Construction'', Niklaus Wirth, 1996, ISBN 0-201-40353-6
* ''The Byte Book of Pascal'', Blaise W. Liffick, Editor, 1979, ISBN 0-07-037823-1
* ''PASCAL - The Language and its Implementation'', Edited by D.W. Barron, 1981, ISBN 0-471-27835-1. 尤其参见文章''Pascal-P Implementation Notes''和''Pascal-S: A Subset and its Implementation''.

[[Category:Pascal]]
[[Category:编译器软件]]

P-code机 - 版本历史

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