语言实现如何实现本机扩展类实例化？

Question

我正在用C编写语言解释器，我目前正在实现一个系统，允许用C语言为解释器编写扩展模块。

这些模块像普通模块一样加载到代码文件中，但在幕后它们是用C编写的动态加载库。这是一种类似于Python解释器中的方法。

在C代码中(无论是在主解释器中还是在扩展模块中)，当前实例化类的方法如下：

ObjectInstance* instance = vm_instantiate_class(class_object, arguments);

vm_instantiate_class负责分配新实例，如果存在则调用其类的初始化器方法，以及一些更多的簿记。

ObjectInstance* vm_instantiate_class(ObjectClass* klass, ValueArray args) {
    // Allocate instance
    ObjectInstance* instance = object_instance_new(klass);

    // This goes to the instance's class, gets the requested attribute, and if it's a method,
    // the method is wrapped with a BoundMethod so it remembers it's associated instance when it's called
    ObjectBoundMethod* init_method = (ObjectBoundMethod*) object_load_attribute((Object*) instance, "@init");

    // Invoke the initializer on the instance
    vm_call_bound_method(init_method, args);

    instance->is_initialized = true;
    return instance;
}

这对于创建实例非常有用，无论是在主解释器循环中调用用户代码时，还是从C扩展调用它。

但是，在考虑如何实例化本机类时，我陷入了两难境地。

当前，扩展中的本机类实现如下所示。我们定义了一个“继承”ObjectInstance的结构：

typedef struct {
    ObjectInstance base;
    // ... other native fields
    int x;
    int y;
} ObjectInstanceMyClass;

如上面所示，当object_instance_new被vm_instantiate_class调用时，它会检查类对象是本机类还是用户类。如果是本机内存，类对象将说明实际需要为实例分配多少内存(例如sizeof(ObjectInstanceMyClass))。如果是用户类，则分配sizeof(ObjectInstance)。

这允许用户代码可以看到本机实例，就像任何其他实例一样--但是它实际上可以在内部携带本机数据，在通过语言公开的数据类型之外。

在我正在编写的扩展中，有一个本机类包装了本机OS资源--假设有一个文件句柄。在扩展本身中，我希望能够像实例化常规类一样优雅地实例化它：

ValueArray args = make_value_array();
value_array_write(args, <a native C file handle>);
ObjectInstanceFile* file_object = (ObjectInstanceFile*) vm_instantiate_class(file_class, args);

但是，我不能这样做，因为在我的语言中，<a native C file handle>不是合法类型的，因此不能写入ValueArray。

我能想到的一个解决办法是：

// Use vm_instantiate_class to create an instance, and do actual initialization
// ad-hoc in the outside code.

ValueArray args = make_value_array(); // Empty args
ObjectInstance* instance = vm_instantiate_class(file_class, args);
ObjectInstanceFile* file_object = (ObjectInstanceFile*) instance;
file_object->handle = <a native C file handle>; // Initialize the field

这种方法是可行的，但它并不优雅。

我希望能够在包装本机资源的类上调用vm_instantiate_class (在语言级别上没有等效资源)，并且使它能够工作，而不必在调用之后对实例进行进一步修补。

这种事情是如何在语言实现中普遍实现的呢？具体来说，我想了解CPython实现，但否则任何语言实现示例都可以。

Answer 1

我不确定CPython，但是Lua解释器(和亲属)所做的解决方案是有一个与void * +方法相对应的对象类型(Lua调用这个用户数据)。Lua没有构造函数，所以它们所需要的只是一个有效返回包装器的make_userdata(void *, methods)函数。通过在args到vm_instantiate_class中传递这样的用户数据(它甚至不需要支持方法，它实际上只是指针的包装器)，这可以很容易地适应您的情况。

另一方面，您有构造函数(@init)。为什么不在构造函数中打开句柄呢？然后，它可以设置自己的方式，它想要。所有东西都被很好地封装，而且，作为一个额外的好处，对象实际上是可以从用户代码中实例化的，这在当前系统中似乎不是这样的。

Answer 2

在滑翔和GObject的源代码中寻找灵感(来自GTK)。阅读有关ObjVLisp模型的论文。

在RefPerSys中，我们面临着同样的问题，这也与垃圾收集垃圾收集密切相关。

假设您的目标平台具有相同大小的所有指针(指向数据的指针和指向函数的指针)，具有单一的平面虚拟地址空间和冯·诺依曼 (而不是哈佛大学)体系结构。在2020年，大多数操作系统和处理器(但不是全部)都是如此: Linux/x86-64、Windows/x86-64、Android/ARM等等.

然后，您可以将任何指针(不安全地)从void*或向转换。因此，您的file_object->handle将是(例如)一个适当地从/到一个void*转换的FILE*。你会得到有标记的工会。