主要观点:介绍数据结构扁平化(arena 或 region)的概念及其在编译器等领域的应用,通过构建基本解释器的正常方式和扁平方式来展示其优势,包括性能提升和人体工程学优势等。
关键信息:
- 现代语言实现中 arena 无处不在,文中聚焦于数据结构扁平化,即用只包含一种类型的 arena 替代指针。
- 以表示算术表达式的抽象语法树(AST)为例,展示正常 AST 的 Rust 代码及相关操作,如解析、打印和解释。
- 阐述扁平化 AST 的两个要点:将 Expr 对象打包进连续数组,用数组索引替代指针引用子节点,并给出 Rust 代码实现,如定义 ExprPool 和 ExprRef 等。
- 列举扁平化 AST 的性能优势,包括局部性、更小的引用、廉价的分配和释放等,以及人体工程学优势,如更简单的生命周期管理和方便的去重。
- 通过微基准测试比较正常和扁平解释器的执行时间,发现扁平版本快 2.4 倍,且即使不考虑释放内存,扁平解释器仍比正常解释器快 1.5 倍。
- 介绍利用扁平表示的第三种解释器,通过从左到右扫描 ExprPool 来避免递归,可能具有更好的局部性,但也有随机访问大 state 向量的缺点。
重要细节: - 在 Rust 中,
Box<Expr>
表示指向 Expr 的指针,ExprPool
是 Expr 向量的新类型表示,ExprRef
是用于索引 ExprPool 的 32 位无符号整数。 - 微基准测试中预留足够空间以容纳整个程序,实验结果可能因程序大小和工作负载而有所不同。
- 额外扁平解释器本质上类似于字节码解释器,通过交换简单的 state 表为栈可进一步优化。
- 文中还提到其他关于数据结构扁平化的相关写作和领域,如 LuaJIT、Sorbet、Oil shell 等,以及在游戏开发等领域的类似概念。
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