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libb-runtime.md

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libb-runtime.md

File metadata and controls

244 lines (157 loc) · 4.67 KB

libb runtime

本文件解剖 src/libb/libb.c：不依賴 libc 的 B runtime。

總覽

libb.c 是 BCause 執行時的地基。

它不依賴 libc，不經 crt，不靠標準啟動流程；它自己提供：

  • _start
  • syscall wrapper
  • B 標準函式
  • 輸出與格式化

所以它不是「普通標準庫」，而是：

一個最小可用的 B/Linux runtime。

freestanding 設定

Makefile 會用：

  • -nostdlib
  • -ffreestanding
  • -fno-stack-protector

來建這個檔案。

意思是：

  • 不連 libc
  • 不假設 hosted C environment
  • 不依賴編譯器額外插入的保護 runtime

這就是為什麼 libb.c 自己還要定義：

  • strlen
  • assert
  • _start

B_TYPE 與 B word

B_TYPE 預設是 intptr_t。

這很重要，因為在這個實作裡：

  • integer
  • pointer
  • character-packed word
  • string address

全部都共用同一個 B word 模型。

_start() 一進來就 assert：

sizeof(B_TYPE) == sizeof(void *)

這不是多餘保險，而是 runtime 正確性的根條件。

B_FN symbol 包裝策略

B_FN(name) 允許在需要時改寫 exported symbol 名稱。

預設：

#define B_FN(name) name

所以 runtime 直接導出：

  • printf
  • open
  • char
  • time

若嵌入其他系統，理論上可以改成加 prefix/suffix，避免和宿主環境撞名。

syscall inline assembly

runtime 只包了 __syscall0 到 __syscall3，因為目前用到的 syscall 參數個數不超過 3。

每個 wrapper 都是：

  • syscall number 放 %rax
  • 前幾個參數進 %rdi/%rsi/%rdx
  • 執行 syscall
  • 回傳值從 %rax 取回

宏層再提供：

  • __scc
  • __syscall1/2/3
  • __SYSCALL_NARGS
  • __SYSCALL_DISP
  • syscall(...)

也就是用小型 variadic macro dispatcher，把：

syscall(SYS_write, 1, buf, len)

分派到對應 arity 的 wrapper。

這段宏不優雅，但很有效，而且很符合這種 runtime 的氣質。

Linux syscall number

libb.c 直接寫死 Linux x86-64 syscall ids，例如：

  • SYS_read
  • SYS_write
  • SYS_open
  • SYS_execve
  • SYS_exit
  • SYS_wait4
  • SYS_time

所以它的可移植性瓶頸非常明確：

runtime 和 Linux syscall ABI 綁死。

_start()

_start 被顯式綁定為符號 _start，直接成為最終 executable 的入口。

流程：

  1. assert B word size == pointer size
  2. 呼叫使用者 B 程式的 main()
  3. 用 SYS_exit 結束進程

也就是說，BCause 生成的可執行檔不需要 libc startup；libb.a 自己就是 startup。

char() / lchar()

這兩個函式把 B string 視為 word-valued address。

  • char(s, i)：讀第 i 個 byte
  • lchar(s, i, c)：寫第 i 個 byte

它們是 runtime 對字串按 byte 操作的最小原語。

putchar()：multi-character word 輸出

這是整個 runtime 最有 B 味道的函式之一。

putchar() 的參數不是單 byte，而是一個 B_TYPE word。

它把這個 word 放進 union：

  • word
  • char c[sizeof(B_TYPE)]

然後從高位往回裁掉 trailing zero bytes，最後把剩下的 bytes 一次寫出去。

這就是為什麼：

putchar('foo')

會真的輸出 foo。

對現代 C 讀者來說這有點邪門；對 B 來說這反而很自然。

printn()

printn(n, b) 用遞迴輸出非負整數在 base b 下的表示。

做法：

  1. 若 n < 0，先印 -
  2. 遞迴印 n / b
  3. 再印最低位 n % b + '0'

短、小、夠用。

printf()

printf() 支援的格式有限，但很夠 B 程式使用：

  • %d
  • %o
  • %c
  • %s
  • %%

它不依賴 libc 的格式化器，而是：

  1. 用 char(fmt, i) 逐 byte 掃 format string
  2. 普通字元直接 putchar
  3. %d/%o -> printn
  4. %c -> putchar
  5. %s -> 用 char() 逐 byte 印字串

%c 特別值得注意：因為它走的是 putchar()，所以 %c 可以自然接受 multi-character word。

文件、程序、時間 wrapper

大多數標準函式都只是對 Linux syscall 的直接薄包裝，例如：

  • open
  • close
  • creat
  • read/nread
  • write/nwrite
  • fork
  • execv
  • execl
  • wait
  • stat
  • fstat
  • seek
  • time

其中幾個值得注意：

  • execv：把 B vector 轉成 null-terminated argv
  • execl：從 variadic B words 收集 argv
  • gtty / stty：Linux 不存在，直接返回 -1
  • ctime：手寫整數曆法轉換，不靠 libc

runtime 的味道

libb.c 的趣味在於它既薄又完整。

它幾乎沒有抽象層：

  • 語言模型是 B word
  • 平台模型是 Linux syscall
  • 啟動模型是 _start -> main -> exit

短到近乎粗暴，但非常透明。對閱讀者來說，這反而是最好的事。

關聯源碼

  • src/libb/libb.c
  • tests/libb_test.cpp
  • examples/time.b