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C语言简单虚拟机指令实现 CPU

以下是一个简单的虚拟机指令实现的C语言代码示例:

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #define STACK_SIZE 256 typedef enum { PUSH, ADD, SUB, MUL, DIV, HLT } InstructionSet; typedef struct { int* data; int size; int top; } Stack; Stack* createStack(int size) { Stack* stack = (Stack*) malloc(sizeof(Stack)); stack->data = (int*) malloc(sizeof(int) * size); stack->size = size; stack->top = -1; return stack; } void push(Stack* stack, int value) { if (stack->top < stack->size - 1) { stack->top++; stack->data[stack->top] = value; } else { printf("Stack overflow!\n"); } } int pop(Stack* stack) { if (stack->top > -1) { int value = stack->data[stack->top]; stack->top--; return value; } else { printf("Stack underflow!\n"); return -1; } } int main() { int program[] = { PUSH, 5, PUSH, 10, ADD, PUSH, 20, ADD, HLT }; int programSize = sizeof(program) / sizeof(program[0]); Stack* stack = createStack(STACK_SIZE); for (int i = 0; i < programSize; i++) { switch (program[i]) { case PUSH: i++; push(stack, program[i]); break; case ADD: { int a = pop(stack); int b = pop(stack); push(stack, a + b); break; } case SUB: { int a = pop(stack); int b = pop(stack); push(stack, b - a); break; } case MUL: { int a = pop(stack); int b = pop(stack); push(stack, a * b); break; } case DIV: { int a = pop(stack); int b = pop(stack); push(stack, b / a); break; } case HLT: printf("Program halted!\n"); break; default: printf("Unknown instruction!\n"); break; } } printf("Result: %d\n", pop(stack)); free(stack->data); free(stack); return 0; }

以上代码实现了一个简单的虚拟机,支持 PUSH、ADD、SUB、MUL、DIV 和 HLT 指令。程序通过一个数组来表示指令序列,每次循环读取一个指令并执行相应的操作。程序使用栈来实现运算和结果存储。

增加跳转指令

好的,以下是增加跳转指令后的C语言代码示例:

#include <stdio.h> #define STACK_SIZE 100 int stack[STACK_SIZE]; int sp = 0; // 栈指针 int pc = 0; // 程序计数器 void push(int value) { if (sp < STACK_SIZE) { stack[sp++] = value; } else { printf("Stack overflow!\n"); } } int pop() { if (sp > 0) { return stack[--sp]; } else { printf("Stack underflow!\n"); return 0; } } void execute(int code[], int size) { while (pc < size) { int opcode = code[pc++]; switch (opcode) { case 0: // HALT return; case 1: // PUSH push(code[pc++]); break; case 2: // ADD push(pop() + pop()); break; case 3: // SUB push(-pop() + pop()); break; case 4: // MUL push(pop() * pop()); break; case 5: // DIV push(1 / pop() * pop()); break; case 6: // JMP pc = code[pc]; break; case 7: // JZ if (pop() == 0) { pc = code[pc]; } else { pc++; } break; case 8: // JNZ if (pop() != 0) { pc = code[pc]; } else { pc++; } break; case 9: // PRINT printf("%d\n", pop()); break; default: printf("Unknown opcode: %d\n", opcode); return; } } } int main() { int code[] = { 1, 10, // PUSH 10 1, 20, // PUSH 20 2, // ADD 9, // PRINT 0 // HALT }; execute(code, sizeof(code) / sizeof(int)); return 0; }

其中,新增了三个跳转指令:

  • JMP:跳转到指定的程序计数器位置。
  • JZ:如果栈顶元素为0,则跳转到指定的程序计数器位置。
  • JNZ:如果栈顶元素不为0,则跳转到指定的程序计数器位置。

增加函数支持

好的,以下是增加函数支持后的C语言代码示例:

#include <stdio.h> #define MAX_STACK_SIZE 100 int stack[MAX_STACK_SIZE]; int sp = 0; // stack pointer int pc = 0; // program counter int instructions[] = { 1, // push 1 2, // push 2 3, // add 4, // print 5, // call add function 6, // ret 0 // end of program }; void push(int value) { stack[sp++] = value; } int pop() { return stack[--sp]; } int add(int a, int b) { return a + b; } void execute() { while (1) { int instruction = instructions[pc++]; switch (instruction) { case 0: // end of program return; case 1: // push push(1); break; case 2: // push push(2); break; case 3: // add push(add(pop(), pop())); break; case 4: // print printf("%d\n", pop()); break; case 5: // call add function push(pc); // save return address on stack pc = 7; // jump to add function break; case 6: // ret pc = pop(); // return to saved return address break; } } } int main() { execute(); return 0; }

在上述代码中,我们增加了一个add函数,用于计算两个数的和。同时,我们增加了两个新的指令:callret,用于支持函数调用和返回。当执行call指令时,我们将当前指令的地址保存到栈中,并跳转到函数的起始位置;当执行ret指令时,我们从栈中弹出保存的返回地址,并跳转回到该地址。这样就能够支持函数调用和返回了。

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