Я изучал, как работают языки программирования, а некоторые из них имеют так называемые виртуальные машины. Я понимаю, что это некоторая форма эмуляции языка программирования на другом языке программирования и что он работает так же, как скомпилированный язык будет выполнен со стеком. Правильно ли я понял?
С условием, что я сделал, что меня обманывает, так это то, что многие некомпилированные языки допускают переменные с "либеральными" типами систем. Например, в Python я могу написать это:
x = "Hello world!"
x = 2**1000
Строки и большие целые числа полностью не связаны между собой и занимают разное количество места в памяти, поэтому как этот код может быть представлен даже в среде на основе стека? Что именно здесь происходит? Является ли x указателем на новое место в стеке, а старые данные строк остались без ссылок? Не используют ли эти языки стек? Если нет, то как они представляют переменные внутри?
Возможно, ваш вопрос должен иметь название "Как работают динамические языки?".
Это просто, они сохраняют информацию типа переменной вместе с ней в памяти. И это делается не только в интерпретируемых или JIT-скомпилированных языках, но также в естественных скомпилированных языках, таких как Objective-C.
В большинстве языков VM переменные могут быть концептуализированы как указатели (или ссылки) на память в куче, даже если сама переменная находится в стеке. Для языков, которые имеют примитивные типы (например, int и bool в Java), они также могут быть сохранены в стеке, но им не могут быть назначены новые типы динамически.
Игнорируя примитивные типы, все переменные, которые существуют в стеке, имеют свои фактические значения, хранящиеся в куче. Таким образом, если вы динамически переназначаете для них значение, исходное значение будет отменено (а память очищена с помощью некоторого алгоритма сбора мусора), а новое значение будет выделено в новом бите памяти.
VM не имеет ничего общего с языком. Любой язык может работать поверх VM (у Java VM уже сотни языков).
Виртуальная виртуальная машина позволяет запустить другой тип "языка ассемблера", который больше подходит для адаптации компилятора. Все, что сделано в виртуальной машине, можно сделать в CPU, поэтому подумайте о VM как о процессоре. (Некоторые из них реализованы на аппаратном уровне).
Это чрезвычайно низкий уровень, а во многих случаях сильно основан на стеке - вместо регистров математика машинного уровня относится к местоположениям относительно текущего указателя стека.
С обычными скомпилированными языками для одного шага требуется много инструкций. a + может выглядеть так: "Возьмите элемент из точки относительно указателя стека в reg a, возьмите другую в reg b. добавьте reg a и b. поместите reg a в место относительно указателя стека.
VM делает все это с помощью одной короткой инструкции, возможно, одного или двух байтов вместо 4 или 8 байтов PER INSTRUCTION в машинном языке (в зависимости от архитектуры 32 или 64 бит), которая (угадывание) должна означать около 16 или 32 байты x86 для 1-2 байтов машинного кода. (Я мог ошибаться, мое последнее кодирование x86 было в эпоху 80286.)
Microsoft использовала (возможно, все еще использует) виртуальные машины в своих офисных продуктах, чтобы уменьшить количество кода.
Процедура создания кода виртуальной машины такая же, как и для создания машинного языка, в основном по типу процессора.
VM также могут реализовать свои собственные механизмы защиты, восстановления ошибок и памяти, которые очень тесно связаны с языком.
Некоторые из моих описаний здесь суть резюме и из памяти. Если вы хотите самостоятельно изучить определение байт-кода, это выглядит как весело:
http://java.sun.com/docs/books/jvms/second_edition/html/Instructions2.doc.html
Ключ к многим из того, как виртуальные машины обрабатывают переменные, подобные тому или иному, действительно сводится к метаданным... Мета-информация, хранящаяся, а затем обновленная, дает VM гораздо лучший способ определить, как распределить, а затем выполнить правильная вещь с переменными.
Во многих случаях это накладные расходы, которые могут действительно мешать производительности. Тем не менее, современные современные реализации и т.д. Прошли долгий путь в правильном направлении.
Что касается ваших конкретных вопросов - обработка переменных как объектов ванили/и т.д. сводится к переназначению/переоценке метаинформации о новых назначениях - поэтому x может выглядеть так, а затем и в следующем.
Чтобы ответить на часть ваших вопросов, я бы рекомендовал google tech talk о python, где некоторые из ваших вопросов, касающихся динамических языков ответы; например, какая переменная (это не указатель, не ссылка, а в случае питона - метка).