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5.5 KiB
Raw Blame History

函数式运行时布局：GHC 堆对象 / OCaml 值表示 / 调用约定

Haskell（GHC）与 OCaml 的产物共性：堆对象头部携带"分派指针"（GHC info table / OCaml block 头），函数调用经闭包间接跳转。本文件字段基于 GHC 9.14.1 与 OCaml 4.14.2 实测，版本差异单独标注。

GHC 堆对象（closure）

closure 布局（实测）

closure:
  +0  info table 指针（StgInfoTable 的 entry code 地址）← 分派点
  +8  字段 0（构造器参数/捕获变量/求值结果）
  +16 字段 1 ...
  • closure 首字段 = info 指针（实测：Main_main_closure 内容 = Main_main_info 地址，字节验证见 examples）
  • 分派：调用/求值 = 读 info 指针 → 跳到 entry code；entry code 末尾通常 jmp 到后续处理（更新帧/返回）

info table 与 entry code

  • _info 符号 = entry code 地址；info table 字段（layout/type/srt）在 entry code 之前的负偏移区
  • 符号形态：<模块>_<名字>_closure（数据）+ <模块>_<名字>_info（代码）；模块名 z 编码（zi=. 等）
  • 求值链：thunk 的 entry code 求值后写回 closure 并跳更新帧（stg_upd_frame_info 相关）——stg_upd_frame_info/stg_enter_info 出现处 = 惰性求值机制

CAF（常量应用形式）

  • 顶层常量/无参函数以 CAF 形式静态分配（.data 区），首次引用才求值（thunk）
  • 定位：newCAF 调用点（RTS 符号）；Main_main_closure 即典型 CAF

GHC 调用约定

项 规则
参数 经栈传递（STG 栈，非硬件栈）
返回值 R1-R3 寄存器（盒值在 R1）
分派 经 info 指针（闭包调用 = 读 info → 跳 entry）
求值触发 thunk entry → 求值 → 更新 closure（WHNF）

OCaml 值表示

tagged int 与 block（64 位，原生代码）

值 表示 判定
整数 value = 真值 << 1 | 1 最低位=1（奇数）
block 指针 指向 header 的 8 字节对齐指针 最低位=0（偶数）
未装箱 double 特殊 tag（250）block 或寄存器 —

block 头（header，64 位）

header = (size << 10) | (color << 8) | tag
         size: 字段数（字）   color: GC 三色   tag: 构造器标签
  • tag 语义：0-246 构造器标签（模式匹配按 tag 分发）；247-255 特殊（250=double，248=string 等）
  • 双字段加速：caml_alloc2/alloc3 一次分配多字段 block（caml_alloc 单字段通用）

闭包（函数值）

  • 闭包 = 带 tag 的 block，字段 = 环境（捕获变量）+ 代码指针（首字段）
  • 调用：装载参数到寄存器 → caml_apply2/caml_apply3（按参数个数分派）或直接跳闭包代码
  • 运行时函数符号：caml_apply1..N（部分应用）、caml_alloc*（分配）、caml_main/caml_startup_common/caml_startup/caml_start_program（入口链）

OCaml 入口链（原生，实测 4.14.2）

main (C 入口，runtime/main.c)
  └─ caml_main(argv)                ← runtime/main.c 定义 main 并调用 caml_main（caml_main 定义于 startup_byt.c/startup_nat.c）
       └─ caml_startup_common
            └─ caml_start_program   ← 仅 native 运行库（4.14.2 libasmrun.a 实测）；字节码入口 caml_main → caml_startup_aux → caml_interprete（无此符号）
                 └─ caml<模块>__entry（各模块初始化，含全局数据分配）
                      └─ 业务入口（camlHello__entry）
  • 主链是 caml_main；caml_startup/caml_startup_pooled 是供 C 嵌入方调用的等价入口（签名同为 void (char_os **argv)，区别在 pooling 标志与异常行为），勿混淆。4.14.2 实测地址：caml_main=0x26180、caml_startup_common=0x25ec0、caml_startup=0x26150、caml_start_program=0x4a990（反汇编见 examples）
  • 模块级函数命名：caml<模块>__<名字>_<数字id>（如 camlHello__add_267）

OCaml 字节码产物结构

可执行文件:
  #!<ocamlrun 路径>\n    脚本头（file 报 "ocamlrun script executable"）
  T                      前导魔数（4.x 实测）
  代码区（无长度字段，长度见尾部 TOC）
  各分节数据 + 尾部 TOC: 分节名(4 字符)+大端长度逐条列出，末为分节数与 "Caml1999X031"
  分节: CODE 代码 / PRIM 原语表 / DATA 数据 / SYMB 全局符号 / CRCS CRC 串 / DLLS 动态库
  • 判别：file sample 输出 ocamlrun script executable；head -c 32 | xxd 见 #! 头
  • 结构分析：ocamlobjinfo sample（.cmo/.cmx/字节码 exe 均可，输出导入单位/CRC/CLambda 近似）

版本差异要点

项 老版本 实测版本（本文档）
OCaml 入口 main → caml_main → caml_startup_common → caml_start_program（各版本一致；runtime/main.c 定义 main 并调用 caml_main，caml_main 定义于 startup_byt.c/startup_nat.c） 同左（4.14.2 实测，地址见 examples）
字节码魔数 魔法串在文件尾 TOC（Caml1999X+版本号，exec.h 定义） 前导 T + 尾部 Caml1999X031（4.14 实测）
GHC 版本 RTS 符号命名随版本微调 9.14.1（stg_ap_*/stg_upd_frame_info 稳定）
  • 跨版本稳定的锚点：OCaml tagged int 最低位规则、block 头 tag 低字节、GHC closure 首字段 info 指针

使用注意

  • 静态分析无需沙箱；跨平台（Linux/Windows/macOS）产物结构一致（C 运行时移植）
  • 与 re-analyze/analysis-contract（数据流图传递）、re-cpp-abi（表指针分派对照）配合使用