Berry 指令设计

Berry 脚本源代码需要被编译为字节码指令流才能被 Berry 虚拟机执行。本文将详细地讲解 Berry 字节码指令（下面简称指令）的设计和实现。为了达到这个目的，本文由 3 部分构成：第 1 小节会描述指令的组成，以便让读者了解 Berry 字节码的二进制编码方式；第 2 小节简述在脚本的执行过程中，字节码如何生成并被执行；第 3 小节则通过对 Berry 源代码的分析说明字节码指令如何编码以及解码。解释器源码中对指令的定义可以参考 be_opcode.h 文件。

指令的构成

一条指令占用 4 个字节，也就是一个 32 位的整数，准确地说应该是 32 位的无符号整数。一条指令由操作码（Operation Code）和若干操作数构成，不同操作码的指令可以有不同的操作数成分。任何情况下，指令可能是以下几种情况：

Mode 1	Mode 2	Mode 3	Mode 4	Mode 5
OP: 6 bits	OP: 6 bits	OP: 6 bits	OP: 6 bits	OP: 6 bits
A: 8 bits	A: 8 bits	A: 8 bits	sAx: 26 bits	Ax: 26 bits
B: 9 bits	sBX: 18 bits	Bx: 18 bits	---	---
C: 9 bits	---	---	---	---

其中模式 1 和模式 2 比较常用，模式 4 和模式 5 目前没有用到。在所有几种模式中，一条指令的 32 位被分为不同的字段，例如模式 1 中被分为 6 位的 OP 字段，8 位的操作数 A 字段，9 位的操作数 B 字段以及 9 位的操作数 C 字段。

每种字段都有一个名字，以下是各字段名称的含义：

字段	Bits	说明
OP	31:26	操作码（下面简称 opcode 或者 OP），最多可容纳 64 种操作码
A	25:18	无符号操作数 A，一般用于表示寄存器的索引，取值范围为 0 ~ 255
B	17:9	无符号操作数 B，一般用于表示寄存器或者常量的索引，取值范围为 0 ~ 511
C	8:0	无符号操作数 C，一般用于表示寄存器或者常量的索引，取值范围为 0 ~ 511
sBx	17:0	有符号操作数 sBx，取值范围为 -13072 ~ 13071
Bx	17:0	无符号操作数 Bx，取值范围为 0 ~ 262143
sAx	25:0	有符号操作数 sAx，取值范围为 -33554432 ~ 33554431
Ax	25:0	无符号操作数 Ax，取值范围为 0 ~ 67108863

注意：指令字段并不是任意组合的，只能按上面表中的模式 1 到模式 5 中的 5 种方式组合。

B、C 指令具有 9 bit 的位宽，这个特性使得它们可以用来索引所有的寄存器（Berry 虚拟机中最多有 256 个寄存器）和前 256 个常量，这在一些操作中非常实用。

现在我们通过一个简单的例子来说明指令的二进码：假设一条指令的 opcode 为 12，操作数 A 为 50，操作数 B 为 32，操作数 C 为 1，则该指令的编码计算过程为：

ins = (12 << 26) | (50 << 18) | (32 << 9) | 1
    = 0x30C84001
    = 00000001,11011000,11000111,01000001 (bin)

该指令的操作数组合是 A、B、C，因此它是一个模式 1 指令。这种模式非常常见，例如所有的二元运算（binary operation）指令都是模式 1 指令。

后面，我们将使用下列方式来描述一条完整的指令：

OP A B C  ; 表示 Mode 1 指令
OP A sBx  ; 表示 Mode 2 指令
OP A Bx   ; 表示 Mode 3 指令

OP 可以用具体的操作码来代替，例如加法的 ADD 操作码。在说明了指令格式的前提下，也可以使用实际值带入 A、B、C 等操作数。由于 Mode 4 和 Mode 5 几乎没有实际使用，我们也没有必要说明