实现一个基于 JavaScript 的虚拟机（VM）来执行自定义指令集，核心在于定义指令集、构建内存模型、实现指令解码与执行循环。虽然 JS 本身不是系统级语言，但其灵活性足以支持一个轻量级虚拟机的开发。下面分步骤说明如何构建这样一个 VM。
定义自定义指令集
首先要设计一套简单的指令集架构（ISA），包括操作码（opcode）、操作数和寻址方式。
例如，定义如下几条基本指令：
- LOAD A, val：将立即数 val 加载到寄存器 A
- ADD B：将寄存器 B 的值加到 A 上
- STORE addr：将 A 的值存入指定内存地址
- JMP addr：跳转到指定地址
- HALT：停止执行
每条指令用数字表示 opcode，比如：
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LOAD = 0x01ADD = 0x02
STORE = 0x03
JMP = 0x04
HALT = 0xFF
构建虚拟机结构
创建一个 VM 类，包含寄存器、内存、程序计数器（PC）和指令存储区。
class SimpleVM {
constructor(memorySize = 256) {
this.memory = new Array(memorySize).fill(0);
this.registers = { A: 0, B: 0 };
this.pc = 0;
this.running = false;
}
loadProgram(program) {
for (let i = 0; i
this.memory[i] = program[i];
}
}
fetch() {
return this.memory[this.pc];
}
decodeAndExecute(opcode) {
switch (opcode) {
case 0x01: // LOAD A, val
this.pc++;
this.registers.A = this.memory[this.pc];
break;
case 0x02: // ADD B
this.registers.A += this.registers.B;
break;
case 0x03: // STORE addr
this.pc++;
const addr = this.memory[this.pc];
this.memory[addr] = this.registers.A;
break;
case 0x04: // JMP addr
this.pc++;
this.pc = this.memory[this.pc] - 1; // -1 因为后面会 ++
break;
case 0xFF: // HALT
this.running = false;
break;
}
}
run() {
this.running = true;
while (this.running) {
const opcode = this.fetch();
this.pc++;
this.decodeAndExecute(opcode);
}
}
}
编写并运行示例程序
使用自定义指令编码一段程序，例如：将 42 加载到 A，将 8 存入 B，A += B，结果存入内存地址 100，然后停止。
// 指令序列：// LOAD A, 42 → 0x01, 42
// LOAD B, 8 → 扩展内存，假设我们允许直接赋值（或添加指令）
// 实际中可扩展指令集支持 LOAD B
// 这里简化：在运行前手动设置 B
// ADD B → 0x02
// STORE 100 → 0x03, 100
// HALT → 0xFF
const program = [0x01, 42, 0x02, 0x03, 100, 0xFF];
const vm = new SimpleVM();
vm.loadProgram(program);
vm.registers.B = 8; // 简化处理
vm.run();
console.log("Result at mem[100]:", vm.memory[100]); // 输出 50
扩展与优化建议
一个实用的 VM 可以逐步增强功能：
- 增加更多寄存器和数据类型支持（如栈指针 SP）
- 加入函数调用机制（通过栈实现 call/ret）
- 支持标签和汇编器预处理，提升编程体验
- 实现调试功能：单步执行、断点、寄存器快照
- 将字节码保存为二进制格式，便于加载和分发
还可以引入 JIT 编译思想，在 JS 中动态生成函数提升性能（适用于高频指令）。
基本上就这些。JavaScript 足够灵活，适合用来实验虚拟机原理。关键是理清指令流、状态管理和内存抽象。不复杂但容易忽略细节，比如 PC 的增减时机、内存边界检查等。做好基础设计，后续扩展就很自然。
