vety-language/vm/vm.h

#ifndef VETY_VM_H
#define VETY_VM_H

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdint.h>


#define MEMORY_SIZE 1024 * 1024 // 虚拟机内存大小
#define REGISTER_COUNT 64 // 虚拟机寄存器数量
#define STACK_SIZE 64 // 虚拟机栈大小
#define STACK_FRAME_SIZE 64 // 虚拟机栈帧大小
#define STACK_LOCAL_SIZE 64
#define CONSTANT_POOL_SIZE 64 // 虚拟机常量池大小
#define GLOBAL_VAR_COUNT 64 // 虚拟机全局变量数量

 enum {
    OP_PUSH,
    OP_POP,
    OP_MOV,             // 移动寄存器到寄存器
    OP_MOV_IMM,         // 移动立即数到寄存器
    OP_LOAD_CONST,      // 加载常量到寄存器
    OP_STORE_CONST,     // 存储寄存器值到常量池
    OP_GLOBAL_LOAD,     // 加载全局变量到寄存器
    OP_GLOBAL_STORE,    // 存储寄存器值到全局变量
    OP_LOAD_LOCAL,      // 加载局部变量到寄存器
    OP_STORE_LOCAL,     // 存储寄存器值到局部变量

    OP_FUNC_DEF,        // 函数定义
    OP_CALL,            // 调用函数
    OP_NATIVE_CALL,     // 调用本地函数
    OP_RETURN,          // 函数返回
    OP_ADD,             // 加法运算
    OP_SUB,             // 减法运算
    OP_MUL,             // 乘法运算
    OP_DIV,             // 除法运算
    OP_JMP,             // 无条件跳转
    OP_JMP_IF_FALSE,    // 条件跳转（如果为假）
    OP_JMP_IF_TRUE,     // 条件跳转（如果为真）
    OP_CMP_EQ,          // 比较相等
    OP_CMP_NE,          // 比较不相等
    OP_CMP_LT,          // 比较小于
    OP_CMP_LE,          // 比较小于等于
    OP_CMP_GT,          // 比较大于
    OP_CMP_GE,          // 比较大于等于
    OP_BLOCK_START,     // 块开始
    OP_BLOCK_END,       // 块结束
    OP_END_IF,          // 结束if语句
    OP_HALT,            // 停止执行
    OP_IF_START,        // if块开始
    OP_ELSE,            // else块
    OP_IF_END           // if块结束
};

typedef enum {
    TYPE_INT8,
    TYPE_INT16,
    TYPE_INT32,
    TYPE_INT64,
    TYPE_FLOAT32,
    TYPE_FLOAT64,
    TYPE_STRING,
    TYPE_BOOL,
    TYPE_CHAR,
    TYPE_OBJECT,
} VarType;

typedef union {
    int8_t int8_val;
    int16_t int16_val;
    int32_t int32_val;
    int64_t int64_val;
    float float32_val;
    double float64_val;
    uint8_t bool_val;
    char char_val;
    void* object_val;
    struct {
        uint64_t len;
        char* value;
    } string_val;
    struct {
        uint64_t code_offset;
        uint16_t* arity;
    } func_val;
} Value;


typedef struct {
    VarType type;
    Value value;
} Constant;

typedef struct {
    Constant* entries;
    uint64_t count;
    uint64_t capacity;
} ConstantPool;

typedef struct Frame {
    uint64_t ip; // 指令指针
    uint64_t* locals;
    uint64_t *stack;
    uint64_t sp;
    struct Frame* parent; // 父作用域
    uint8_t scope_depth; // 作用域深度
} Frame;

typedef struct {
    char* name;
    Value value;
    VarType type;
} GlobalVar;


typedef struct VM VM;

typedef struct {
    char* name;
    Value (*func)(VM*, Value* args, uint8_t argc);
} NativeFunction;

typedef struct {
    char* name;
    uint64_t code_offset;
    uint8_t param_count;
    uint8_t local_count;
    uint8_t instructions_count;
} Function;

typedef struct {
    uint8_t* code;
    size_t code_size;
    ConstantPool constants;
    size_t constants_size;
} Program;

enum {R0, R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11, R12, R13, R14, R15, R16, R17, R18, R19, R20, R21, R22, R23, R24, R25, R26, R27, R28, R29, R30, R31};

// 错误类型定义
typedef enum {
    VM_SUCCESS = 0,
    VM_ERROR_STACK_OVERFLOW,
    VM_ERROR_STACK_UNDERFLOW,
    VM_ERROR_INVALID_OPCODE,
    VM_ERROR_INVALID_REGISTER,
    VM_ERROR_INVALID_CONSTANT,
    VM_ERROR_INVALID_JUMP,
    VM_ERROR_INVALID_NATIVE_FUNCTION,
    VM_ERROR_MEMORY_ALLOCATION,
    VM_ERROR_DIVISION_BY_ZERO,
    VM_ERROR_INVALID_FRAME,
} VMError;

// 修改虚拟机结构体
typedef struct BlockInfo {
    uint64_t start_ip;
    uint64_t end_ip;
} BlockInfo;

typedef struct VM {
    Program* program;
    ConstantPool constants;
    uint64_t registers[REGISTER_COUNT];
    size_t frame_count;
    Frame* frames;
    uint64_t stack[STACK_SIZE];
    uint64_t sp;
    uint64_t ip;
    
    // 全局变量表
    GlobalVar globals[GLOBAL_VAR_COUNT];
    size_t global_count;

    // 本地函数表
    NativeFunction* native_functions;
    size_t native_function_count;
    
    // 用户定义函数表
    Function* functions;
    size_t function_count;

    // 错误处理
    VMError error;
    char error_message[256];
    uint64_t error_ip;    // 错误发生的指令位置
    uint8_t error_opcode; // 错误发生时的操作码

    // 块追踪
    BlockInfo block_stack[STACK_SIZE];
    uint64_t block_count;

    // if语句跟踪
    uint64_t if_stack[256];     // 存储if语句开始位置
    uint64_t else_stack[256];   // 存储else语句位置
    int if_sp;                  // if栈指针
} VM;



// 虚拟机创建
VM *vm_create();
void vm_destroy(VM *vm);
void vm_load(VM* vm, Program *program);
void vm_eval(VM *vm);

// 栈
void vm_push(VM *vm, uint64_t value);
uint64_t vm_pop(VM *vm);
uint64_t vm_peek(VM *vm, uint64_t offset);
int vm_register_native_function(VM* vm, const char* name, Value (*func)(VM*, Value* args, uint8_t argc));  // 更新函数声明

// 错误处理函数
const char* vm_error_to_string(VMError error);
void vm_set_error(VM* vm, VMError error, const char* message, uint64_t ip, uint8_t opcode);
VMError vm_get_error(VM* vm);
const char* vm_get_error_message(VM* vm);
void print_bytecode(Program program);
#endif //VETY_VM_H