用JavaScript帶你體驗V8引擎解析標識符

時間  2019-11-09
標籤 javascript 體驗 v8 引擎 解析 標識符 欄目 JavaScript 简体版
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上一篇講了字符串的解析過程，這一篇來說講標識符(IDENTIFIER)的解析。html

先上知識點，標識符的掃描分爲快解析和慢解析，一旦出現Ascii編碼大於127的字符或者轉義字符，會進入慢解析，略微影響性能，因此最好不要用中文、特殊字符來作變量名(不過如今代碼壓縮後基本不會有這種狀況了)。git

 

每一位JavaScript的初學者在學習聲明一個變量時，都會遇到標識符這個概念，定義以下。github

第一個字符，能夠是任意Unicode字母（包括英文字母和其餘語言的字母），以及美圓符號（$）和下劃線（_）。
第二個字符及後面的字符，除了Unicode字母、美圓符號和下劃線，還能夠用數字0-9。

籠統來說，v8也是經過這個規則來處理標識符，下面就來看看詳細的解析過程。算法

老規矩，代碼我丟github上面，接着前面一篇的內容，進行了一些整理，將文件分類，保證下載便可運行。app

連接：https://github.com/pflhm2005/V8ToJS工具

 

待解析字符以下。性能

var

目的就是解析這個var關鍵詞。學習

首先須要完善Token映射表，添加關於標識符的內容，以下。this

const TokenToAsciiMapping = (c) => {
  return c === '(' ? 'Token::LPAREN' : 
  c == ')' ? 'Token::RPAREN' :
  // ...不少不少
  c == '"' ? 'Token::STRING' :
  c == '\'' ? 'Token::STRING' :
  // 標識符部分單獨抽離出一個方法判斷
  IsAsciiIdentifier(c) ? 'Token::IDENTIFIER' :
  // ...不少不少
  'Token::ILLEGAL'
};

在那個超長的三元表達式中添加一個標識符的判斷，因爲標識符的合法字符較多，因此單獨抽離一個方法作判斷。編碼

方法的邏輯只要符合定義就夠了，實現以下。

/**
 * 判斷給定字符(數字)是否在兩個字符的範圍內
 * C++經過static_cast同時處理了char和int類型 JS就比較坑了
 * 這個方法其實在C++超簡單的 然而用JS直接炸裂
 * @param {char} c 目標字符
 * @param {char} lower_limit 低位字符
 * @param {chat} higher_limit 高位字符
 */
export const IsInRange = (c, lower_limit, higher_limit) => {
  if(typeof lower_limit === 'string' && typeof higher_limit === 'string') {
    lower_limit = lower_limit.charCodeAt();
    higher_limit = higher_limit.charCodeAt();
  }
  if(typeof c === 'string') c = c.charCodeAt();
  return (c >= lower_limit) && (c <= higher_limit);
}

/**
 * 將大寫字母轉換爲小寫字母 JS沒有char、int這種嚴格類型 須要手動搞一下
 */
const AsciiAlphaToLower = (c) => { return String.fromCharCode(c.charCodeAt() | 0x20); }

/**
 * 數字字符判斷
 */
const IsDecimalDigit = (c) => {
  return IsInRange(c, '0', '9');
}

/**
 * 大小寫字母、數字
 */
const IsAlphaNumeric = (c) => {
  return IsInRange(AsciiAlphaToLower(c), 'a', 'z') || IsDecimalDigit(c);
}

/**
 * 判斷是不是合法標識符字符
 */
const IsAsciiIdentifier = (c) => {
  return IsAlphaNumeric(c) || c == '$' || c == '_';
}

v8內部定義了不少字符相關的方法，這些只是一部分。比較有意思的是那個大寫字母轉換爲小寫，通常在JS中都是toLowerCase()一把梭，可是C++用的是位運算。

方法都比較簡單，能夠看到，大小寫字母、數字、$、_都會認爲是一個合法標識符。

獲得一個Token::IDENTIFIER的初步標記後，會進入單個Token的解析，即Scanner::ScanSingleToken(翻上一篇)，在這裏，也須要添加一個處理標識符的方法，以下。

class Scanner {
  /**
   * 單個詞法的解析
   */
  ScanSingleToken() {
    let token = null;
    do {
      this.next().location.beg_pos = this.source_.buffer_cursor_ - 1;
      if(this.c0_ < kMaxAscii) {
        token = UnicodeToToken[this.c0_];
        switch(token) {
          /**
           * 在這裏添加標識符的case
           */
          case 'Token::IDENTIFIER':
            return ScanIdentifierOrKeyword();
          // ...
        } 
      }
      /**
       * 源碼中這裏處理一些特殊狀況
       * 特殊狀況就包括Ascii編碼過大的標識符 特殊狀況暫不展開
       */
    } while(token === 'Token::WHITESPACE')
    return token;
  }
}

上一篇這裏只有Token::String，多加一個case就行。通常狀況下，全部字符都是普通的字符，即Ascii編碼小於128。若是出現相似於中文這種特殊字符，會進入下面的特殊狀況處理，如今通常不會出現，這裏就不作展開了。

接下來就是實現標識符解析的方法，從名字能夠看出，標識符分爲變量、關鍵詞兩種類型，那麼仍是須要再弄一個映射表來作類型快速判斷，先來完善上一篇留下的尾巴，字符類型映射表。

裏面其實還有一個映射表，叫character_scan_flag，也是對單個字符的類型斷定，屬於一種可能性分類。

以前還覺得這個表很麻煩，其實挺簡單的(假的，噁心了我一中午)。表的做用如上，經過一個字符，來判斷這個標識符多是什麼東西，類型總共有6種狀況，以下。

/**
 * 字符類型
 */
const kTerminatesLiteral = 1 << 0;
const kCannotBeKeyword = 1 << 1;
const kCannotBeKeywordStart = 1 << 2;
const kStringTerminator = 1 << 3;
const kIdentifierNeedsSlowPath = 1 << 4;
const kMultilineCommentCharacterNeedsSlowPath = 1 << 5;

這6個枚舉值分別表示：

  • 標識符的結束標記，好比')'、'}'等符號都表明這個標識符沒了
  • 非關鍵詞標記，好比一個標識符包含'z'字符，就不多是一個關鍵字
  • 非關鍵詞首字符標記，好比varrr的首字符是'v'，這個標識符多是關鍵詞(實際上並非)
  • 字符串結束標記，上一篇有提到，單雙引號、換行等均可能表明字符串結束
  • 標識符慢解析標記，一旦標識符出現轉義、Ascii編碼大於127的值，標記會被激活
  • 多行註釋標記，參考上面那個代碼的註釋

始終須要記住，這只是一種可能性類型推斷，並非斷言，只能用於快速跳過某些流程。

有了標記和對應定義，下面來實現這個字符類型推斷映射表，以下。

const GetScanFlags = (c) => {
  (!IsAsciiIdentifier(c) ? kTerminatesLiteral : 0) |
  ((IsAsciiIdentifier(c) && !CanBeKeywordCharacter(c)) ? kCannotBeKeyword : 0) |
  (IsKeywordStart(c) ? kCannotBeKeywordStart : 0) |
  ((c === '\'' || c === '"' || c === '\n' || c === '\r' || c === '\\') ? kStringTerminator : 0) |
  (c === '\\' ? kIdentifierNeedsSlowPath : 0) |
  (c === '\n' || c === '\r' || c === '*' ? kMultilineCommentCharacterNeedsSlowPath : 0)
}

// UnicodeToAsciiMapping下標表明字符對應的Ascii編碼 上一篇有講
const character_scan_flags = UnicodeToAsciiMapping.map(c => GetScanFlags(c));

對照定義，上面的方法基本上不用解釋了，用到了我前面講過的一個技巧bitmap(文盲不懂專業術語，難怪阿里一面就掛了)。因爲是按照C++源碼寫的，上述部分工具方法仍是須要挨個實現。源碼用的宏，寫起來一把梭，用JS仍是挺繁瑣的，具體代碼我放github了。

 

有了這個映射表，後面不少地方就很方便了，如今來實現標識符的解析方法。

實現以前，來列舉一下可能出現的標識符：var、vars、avr、1ab、{ '\a': 1 }、吉米(\u5409\u7c73)，這些標識符有些合法有些不合法，可是都會進入解析階段。因此總的來講，方法首先保證能夠處理上述全部狀況。

對於數字開頭的標識符，其實在case階段就被攔截了，雖說數字1也會出如今一個IDENTIFIER中，可是1會首先被優先解析成'Token::Number'，有對應的方法處理這個類型，以下。

case 'Token::STRING':
  return this.ScanString();
// 數字開頭
case 'Token::NUMBER':
  return ScanNumber(false);
case 'Token::IDENTIFIER':
  return ScanIdentifierOrKeyword();

因此1ab這種狀況不用考慮，實現方法以下。

Scanner::ScanIdentifierOrKeyword() {
  this.next().literal_chars.Start();
  return this.ScanIdentifierOrKeywordInner();
}
Scanner::ScanIdentifierOrKeywordInner() {
  /**
   * 兩個布爾類型的flag 
   * 一個標記轉義字符 一個標記關鍵詞
   */
  let escaped = false;
  let can_be_keyword = true;
  if(this.c0_ < kMaxAscii) {
    // 轉義字符以'\'字符開頭
    if(this.c0_ !== '\\') {
      let scan_flags = character_scan_flags[this.c0_];
      // 這個地方比較迷 沒看懂
      scan_flags >>= 1;
      this.AddLiteralChar(this.c0_);
      this.AdvanceUntil((c0) => {
        // 當某個字符的Ascii編碼大於127 進入慢解析
        if(c0 > kMaxAscii) {
          scan_flags |= kIdentifierNeedsSlowPath;
          return true;
        }
        // 疊加每一個字符的bitmap
        let char_flags = character_scan_flags[c0];
        scan_flags |= char_flags;
        // 用bitmap識別結束標記
        if(TerminatesLiteral(char_flags)) {
          return true;
        } else {
          this.AddLiteralChar(c0);
          return false;
        }
      });
      // 基本上都是進這裏 快分支
      if(!IdentifierNeedsSlowPath(scan_flags)) {
        if(!CanBeKeyword(scan_flags)) return 'Token::IDENTIFIER';
        // 源碼返回一個新的vector容器 這裏簡單處理成一個字符串
        let chars = this.next().literal_chars.one_byte_literal();
        return this.KeywordOrIdentifierToken(chars, chars.length);
      }
      can_be_keyword = CanBeKeyword(scan_flags);
    } else {
      escaped = true;
      let c = this.ScanIdentifierUnicodeEscape();
      // 合法變量以大小寫字母_開頭
      if(c === '\\' || !IsIdentifierStart(c)) return 'Token::ILLEGAL';
      this.AddLiteralChar(c);
      can_be_keyword = CharCanBeKeyword(c);
    }
  }
  // 邏輯同上 進這裏表明首字符Ascii編碼就過大
  return ScanIdentifierOrKeywordInnerSlow(escaped, can_be_keyword);
}

感受C++的類方法實現的寫法看起來很舒服，博客裏也這麼寫了，但願JavaScript何時也借鑑一下，貌似::在JS裏目前還不是一個運算符，總之真香。

首先能夠發現，標識符的解析也用到了Literal類，以前說這是用了字符串解析並不許確，所以我修改了AdvanceUntil方法，將callback做爲參數傳入。啓動類後，掃描邏輯以下。

  • 一旦字符出現Ascii編碼大於127或者轉義符號，扔到慢解析方法中
  • 對全部字符進行逐個遍歷，方式相似於上篇的字符串解析，結束標記略有不一樣
  • 通常狀況下不用慢解析，根據bitmap中的kCannotBeKeyword快速判斷返回變量仍是進入關鍵詞解析分支

v8中字符相關的工具方法就單獨搞了一個cpp文件，裏面方法很是多，後續若是是把v8所有翻譯過來估計也要分好多文件了，先這樣吧。

先無論慢解析了，大部分狀況下也不會用中文作變量，相似於zzz、jjj的變量會快速跳出，標記爲"Token::IDENTIFIER"。而多是關鍵詞的標識符，好比上面列舉的var、vars、avr，因爲或多或少的具備一些關鍵詞特徵，會深刻再次解析。

須要說的是，從一個JavaScript使用者的角度看，關鍵詞的識別只須要對字符串作嚴格對等比較就好了，好比長度3，字符順序依次是v、a、r，那麼一定是關鍵詞var。

可是v8的實現比較迷，用上了Hash，既然是v8體驗文章，那麼就按照源碼的邏輯實現上面的KeywordOrIdentifierToken方法。

// 跳到另一個文件裏實現
Scanner::KeywordOrIdentifierToken(str, len) {
  return PerfectKeywordHash.GetToken(str, len);
}
/**
 * 特殊const就放這裏算了
 */
const MIN_WORD_LENGTH = 2;
const MAX_WORD_LENGTH = 10;

class PerfectKeywordHash {
  static GetToken(str, len) {
    if(IsInRange(len, MIN_WORD_LENGTH, MAX_WORD_LENGTH)) {
      let key = PerfectKeywordHash.Hash(str, len) & 0x3f;
      if(len === kPerfectKeywordLengthTable[key]) {
        const s = kPerfectKeywordHashTable[key].name;
        let l = s.length;
        let i = -1;
        /**
         * C++能夠直接操做指針 JS只能搞變量了
         * 作字符嚴格校對 形如avr會被識別爲變量
         */
        while(i++ !== l) {
          if(s[i] !== str[i]) return 'Token::IDENTIFIER';
        }
        return kPerfectKeywordHashTable[key].value;
      }
    }
    return 'Token::IDENTIFIER';
  }
}

整體邏輯如上所示，關鍵詞的長度目前是2-10，因此根據長度先篩一波，再v8根據傳入的字符串算出了一個hash值，而後根據這個值從映射表找出對應的特徵，對二者進行嚴格對對比，來斷定這個標識符是否是一個關鍵詞。

涉及1個hash算法和2個映射表，這裏把hash算法給出來，映射表實在是繁瑣，有興趣去github看吧。

/**
 * asso_values保存了Ascii編碼0-127的映射
 * 全部關鍵詞字符都有對應的hash值 而非關鍵詞字符都是56 好比j、k、z等等
 * 經過運算返回一個整形
 */
static Hash(str, len) {
  const asso_values = [
    56, 56, 56, 56, 56, 56, 56, 56, 56, 56, 56, 56, 56, 56, 56, 56,
    56, 56, 56, 56, 56, 56, 56, 56, 56, 56, 56, 56, 56, 56, 56, 56,
    56, 56, 56, 56, 56, 56, 56, 56, 56, 56, 56, 56, 56, 56, 56, 56,
    56, 56, 56, 56, 56, 56, 56, 56, 56, 56, 56, 56, 56, 56, 56, 56,
    56, 56, 56, 56, 56, 56, 56, 56, 56, 56, 56, 56, 56, 56, 56, 56,
    56, 56, 56, 56, 56, 56, 56, 56, 56, 56, 56, 56, 56, 56, 56, 56,
    56, 8,  0,  6,  0,  0,  9,  9,  9,  0,  56, 56, 34, 41, 0,  3,
    6,  56, 19, 10, 13, 16, 39, 26, 37, 36, 56, 56, 56, 56, 56, 56,
  ];
  return len + asso_values[str[1].charCodeAt()] + asso_values[str[0].charCodeAt()];
}

能夠看到，hash方法的內部也有一個映射表，每個關鍵字符都有對應的hash值，經過前兩個字符進行運算(最短的關鍵詞就是2個字符，而且)，獲得一個hash值，將這個值套到另外的table獲得其理論上的長度，長度一致再進行嚴格比對。

這個方法我的感受有一些微妙，len主要是作一個修正，由於前兩個字符同樣的關鍵詞仍是蠻多的，好比說case、catch，delete、default等等，可是長度不同，加上len能夠區分。若是有一天出現前兩個字符同樣，且長度也同樣的關鍵詞，這個hash算法確定要修改了，反正也不關我事咯。

通過這一系列的處理，標識符的解析算是完成了，代碼能夠github上面下載，而後修改test文件裏面傳入的參數就能看到輸出。

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