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小型字节码 VM

当前提供指令与代码对象、内部执行帧、取指执行循环，语言函数已接入执行器。参考 CPython 3.14 的职责划分和栈式执行设计；源码 lexer/parser 由独立 frontend 提供，基础源码已由独立 compiler 接入字节码生成；执行器不读取 Python .pyc，不承诺 CPython 操作码编号、ABI 或完整语言兼容性。

Endor 是解释型语言，字节码是内部执行表示；从 AST 生成字节码属于自动执行准备，不要求使用者发布编译产物。当前没有字节码持久化缓存或跨版本装载协议；现有不可变代码对象仍可在 VM 内共享复用。平台升级与源码修订的区别见 执行与版本模型。

指令、CodeLayout、EndorCode 与 EndorCodeObject 的定义、编解码和静态校验位于 objects 包；core 只拥有 VM、执行帧与求值循环。执行器通过公开的只读代码接口读取指令、槽名和共享代码，通过 ObjectStore 委托维护对象根；现有 endor_core 类型导入继续可用。

与 CPython 的对应

职责	CPython 3.14	Endor
指令定义与解码	opcode/oparg、_Py_CODEUNIT、EXTENDED_ARG	Opcode、Instruction、DecodedInstruction
保存可执行代码	PyCodeObject	堆中的 EndorCodeObject，持有不可变 EndorCode
一次调用的状态	_PyInterpreterFrame	EndorFrame
执行入口	PyEval_EvalCode、函数调用入口	Vm::execute、Vm::call
帧求值	_PyEval_EvalFrameDefault	eval_frames 的取指／分派循环

Vm::new() 仍从空堆启动，按宿主需求创建代码、全局字典和函数。没有自动加载 Python type、语言根类或默认 print。

指令：要做什么

Instruction 是一个操作码与 u32 参数。实际 wordcode 每个代码单元为 [opcode: u8, argument: u8]，先操作码、后参数，与机器端序无关。大于 255 的参数在前面使用最多三个 EXTENDED_ARG 单元补足高位。单个逻辑指令因此可以占多个代码单元。

Instruction::encode_all 接受逻辑指令并自动生成扩展参数。EndorCode::with_layout 也可以接收原始字节序列，先解码并验证再使用。

所有执行位置和跳转距离以两字节代码单元计数，包含扩展参数单元；不是字节偏移，也不一定等于逻辑指令下标。前跳从当前逻辑指令之后的位置加距离；后跳从该位置减距离。目标必须是完整逻辑指令的开头，不能跳进扩展参数中间。

当前有 29 个可执行操作码和一个由编解码器处理的 EXTENDED_ARG：

指令组	内容
常量与局部变量	LoadConst、LoadFast、StoreFast、DeleteFast
名称与属性	LoadGlobal、StoreGlobal、DeleteGlobal、LoadAttr、StoreAttr
栈操作	Nop、PopTop、Copy、Swap、PushNull
函数定义、调用与返回	MakeFunction、Call、ReturnValue
控制流	JumpForward、JumpBackward、PopJumpIfFalse、PopJumpIfTrue
真值与比较	ToBool、UnaryNot、CompareOp
闭包	LoadDeref、StoreDeref、DeleteDeref、LoadClosure
容器	BuildMap

没有把 Number 转为 f64 来补运算。数字仍以无损表示为主；真假可以根据是否为零判断，数值比较和算术尚未定义。文本可作内容比较，普通对象使用现有比较接口。

代码构造时检查：未知操作码、奇数字节长度、悬空／过长扩展参数、非法索引、错误 Cell 槽、无效跳转、栈下溢、控制流汇合的栈高度不一致，以及可达路径跌出代码末尾。返回时栈必须只剩一个返回值。验证同时计算最大求值栈深度。NULL 调用标记的实际用法在执行时继续检查，它不能作为语言值返回。

代码对象：保存静态信息

EndorCode 保存 wordcode、解码结果、常量、名称表、局部变量布局、参数与自由变量信息、最大栈深度、代码名和源码位置元信息。它是不可变 Rust 数据。

vm.new_code(code) 把数据放进 EndorCodeObject，分配一个受管理的堆对象。代码对象持有常量中的对象引用，并参与引用计数和循环回收；函数持有代码对象句柄，所以多个函数可共享同一代码对象，代码常量也只由这一对象统一持有。

CodeLayout 规定：

1. locals 的开头必须与 parameters 一致，目前只支持位置参数。
2. cell_variables 必须来自本地变量名；捕获的局部变量仍占原来的本地槽位，但槽内保存 Cell。
3. free_variables 的 Cell 槽紧接所有本地槽位；不得与本地名称重复。
4. names 提供全局名称和属性名称的索引表。

函数通过 vm.new_function(name, code_ref, globals, defaults, closure) 创建。工厂检查代码与全局字典种类、默认参数数量和闭包 Cell 数量，并从 globals 的可选 __builtins__ 字典捕获内建环境。全局查找先查 globals，缺失再查捕获的 builtins。

执行帧：这一次运行到哪里

EndorFrame 不是堆中的语言对象，没有 EndorObject 头。它类似 CPython 的内部 _PyInterpreterFrame；以后可另加可见的帧包装，不把反射对象强加给每次调用。

帧保存函数及代码引用、共享可执行数据、globals／builtins、调用者帧索引、当前与下一条指令位置、本地／Cell／自由变量槽，以及求值栈。Rust 使用安全容器表达这些逻辑区域，没有复制 CPython 的 C 指针和柔性数组物理布局。

帧初始化时绑定位置参数及尾部默认参数，未绑定局部槽为空，捕获的局部槽转为 Cell，并放入闭包提供的自由变量 Cell。读取空槽或已删除变量会报错。Cell 初始化在建帧时完成，首版无需单独的 MAKE_CELL／COPY_FREE_VARS 启动指令。

执行循环与函数调用

Vm::execute(code, globals)
  创建临时函数
  → Vm::call
  → 准备第一个 EndorFrame
  → 读取当前指令
  → match opcode 执行操作
  → 推进或跳转到下一位置
  → CALL 切入新帧 / RETURN_VALUE 恢复调用者

语言函数互调使用一个显式帧向量，不递归调用 Rust 求值器。调用者已推进的指令位置就是返回后继续的位置，previous 用向量索引连接调用者。NativeFunction 则通过已有的 Rust 回调入口执行。

普通函数调用采用 [callable, NULL, arg0, ...] 栈布局，CALL 参数是显式位置参数个数。NULL 是内部标记，与 Value::Nil 不同；如果第二个位置是实际值，就把它作为隐式接收者加在参数前。尚未实现属性描述符或自动方法绑定。

在字节码中创建函数

MakeFunction（操作码编号 28）将代码对象、已经求值的默认参数和共享 Cell 组装为一个新的语言函数。使用 Instruction::make_function(default_count, closure_count) 构造指令，两个计数均为 u16（0～65535）：参数低 16 位为默认参数数，高 16 位为闭包 Cell 数；大参数继续由 EXTENDED_ARG 编解码。不含默认参数和闭包时也可使用 Instruction::simple(Opcode::MakeFunction)。

执行前后栈形状如下，右边为栈顶：

[..., default0, ..., defaultN, cell0, ..., cellM, code]
→ [..., function]

默认值按尾部位置参数的声明顺序排列，Cell 按目标代码的 free_variables 顺序排列。没有默认值或闭包时省略对应区域；每个默认值、每个 Cell 和代码对象都占一个栈项。函数名取自目标代码的 name；globals 使用当前帧的 globals，builtins 在创建时从该 globals 的可选 builtins 字典捕获，与宿主 new_function 工厂一致。

例如，无参数的函数定义与调用可生成如下逻辑指令。函数体代码对象预先放入当前代码的常量表中：

LoadConst    body_code_index
MakeFunction 0
StoreGlobal  function_name_index
LoadGlobal   function_name_index
PushNull
Call         0
ReturnValue

嵌套函数使用 LoadClosure 取出当前帧的共享 Cell，再压入内层代码对象并执行 MakeFunction。创建函数不运行函数体；默认值表达式应先由外围代码求值，创建时保存其结果，因此同一函数的后续调用共享这些默认值。重复执行创建指令会产生不同函数对象，它们可以共享同一代码对象。

静态校验根据两个计数检查所需栈高度、合流高度和最大栈深。执行时复用 new_function 校验代码对象种类、默认参数数量、闭包数量与 Cell 种类；NULL 调用标记不能用作任何输入值。类型和数量不匹配通过现有 VmError 返回。所有输入在完整校验及分配成功前都保持在栈中，成功后由函数持有其托管引用，再消费输入并压入函数的一份根；失败时沿现有帧清理路径释放输入。

函数创建后不提供修改其默认值或闭包的指令。当前一条 MakeFunction 直接构造完整函数，不要求 tuple 对象或 CPython 3.13 起的 SET_FUNCTION_ATTRIBUTE；操作数格式和操作码编号均为 Endor 自有协议。

对象引用与返回值

每个帧持有函数的一份执行根，函数继续保活代码、全局字典、内建字典、默认值及闭包。局部槽和求值栈中的每个对象值也各自持有执行根，重复出现分别计数。执行根复用现有外部强引用计数，所以循环回收能保留它们。

装载借用值时先 retain，弹栈或清空槽时 release；槽之间移动直接转移持有。调用先准备并保活被调函数的参数，再清理调用者的输入。返回值从当前帧移交给调用者栈或宿主，帧清理不会释放这一份结果。

API 变化：Vm::call 现在接收 &mut self，语言函数和原生函数统一返回持有的一份结果。返回 Value::Object 后，宿主完成使用时调用 vm.release_value(result)，或取出句柄后 release。原生回调本身仍接收借用参数、返回借用值；VM 会验证并 retain 回调的结果，之后才弹出输入参数。即使回调返回的是刚在字节码里创建的临时参数，也不会在清理输入时失效。

get_attr、dict_get、dict_items、cell_get 仍返回借用内容，不属于上述调用返回值变化。

执行出错时，当前尚未消费的栈值仍由帧持有；所有活动帧按从内到外顺序清理。已完成的全局字典／属性写入不会回滚，但未完成操作和临时执行根会清理。字典构造失败时也会清理尚未返回的临时字典。

最小示例

use endor_core::{CodeLayout, EndorCode, Instruction, Opcode, Value, Vm};

fn main() -> Result<(), endor_core::VmError> {
    let mut vm = Vm::new()?;
    let globals = vm.new_dict()?;
    let code = EndorCode::from_instructions(
        &[
            Instruction::new(Opcode::LoadConst, 0),
            Instruction::simple(Opcode::ReturnValue),
        ],
        vec![Value::Text("Hello Endor".into())],
        CodeLayout::default(),
    )?;
    let code = vm.new_code(code)?;
    let result = vm.execute(code, globals)?;
    assert_eq!(result, Value::Text("Hello Endor".into()));
    vm.release_value(result)?;
    vm.release(code)?;
    vm.release(globals)?;
    Ok(())
}

该示例直接提供指令，不经过源码前端；当前 Endor 前端可生成 AST，但尚不能从源码生成字节码，也不解析 Python 源码。宿主仍负责准备代码对象和执行环境；函数既可由宿主 new_function 工厂创建，也可由上述 MakeFunction 在字节码运行期间创建。

限额、诊断与边界

ExecutionLimits 默认限制 1000 个活动帧，指令配额为 usize::MAX，正常使用不设置有限的指令预算。execute_with_limits／call_with_limits 可显式指定限额，所有嵌套语言调用共享计步器；扩展参数不单独计步。可选指令预算是 Endor 的宿主运行边界，不是 CPython 默认行为，也不会抢占正在执行的宿主回调。

运行错误仍返回 VmError。last_traceback() 另提供从外到内的函数名、文件、代码首行和出错指令偏移；它保存独立元数据，不保活已经清理的帧。首行是代码声明的 first_line，不是由行号表推导出的实际错误源码行。成功的新一次调用会清空旧记录。尚无语言异常对象传播、raise／try／except 或完整源码行号表。

暂未实现：源码闭包编译、关键字／可变参数、生成器／协程、迭代器专用指令、数值算术、自动方法绑定、指令特化和 JIT。

验证

execution.rs 覆盖 wordcode、控制流校验、变量、循环、嵌套调用与默认参数、闭包、字节码函数定义／默认值／环境捕获、容器和返回值所有权、函数创建失败与后续错误清理及帧／指令限额；已有 builtins 测试已迁移共享代码对象和持有式调用返回值。lib.rs 另有可供远端 rustdoc 执行的例子。

验证命令与结果边界统一见 验证。限额与环境隔离见 配置，数据与校验见 objects 源码导航，执行职责见 core 源码导航。

参考：CPython 解释器设计、执行帧设计、帧结构、指令定义、求值入口与执行器。