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005-step-03-bytecode-loader.md

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005-step-03-bytecode-loader.md

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第 3 步：字节码加载与反汇编

状态

已完成。

这一阶段的目标，是把 Lua 5.5 的 chunk 结构和指令布局先固定下来，为后续的 chunk 读取器、反汇编器和 VM 提供统一的字节码模型。

背景与参考

这一阶段主要参考这些官方文件：

  • references/lua-5.5.0/src/lundump.c
  • references/lua-5.5.0/src/lundump.h
  • references/lua-5.5.0/src/ldump.c
  • references/lua-5.5.0/src/lopcodes.h
  • references/lua-5.5.0/src/lopcodes.c
  • references/lua-5.5.0/src/lopnames.h
  • Lua 5.5 手册：https://www.lua.org/manual/5.5/

这一阶段先做“模型对齐”，再做“完整读取”。

也就是说，先把下面这些内容稳定下来：

  • chunk 头常量
  • 指令格式
  • 参数位宽与偏移
  • opcode 顺序
  • opcode 模式表

本步骤范围

本阶段会依次完成这些内容：

  • 建立 Lua.Bytecode 项目
  • 定义 Lua 5.5 chunk 头常量
  • 定义指令格式枚举
  • 定义指令位布局
  • 定义 opcode 枚举
  • 定义 opcode 名称表
  • 定义 opcode 模式表
  • 定义 LuaInstruction 解码结构
  • 建立基础测试

这一阶段已经进入后半段，重点从静态模型推进到了真实 chunk 读取。

设计原则

1. 先把布局钉死

Lua 5.5 的指令字段布局、参数位宽、signed 参数偏移，都是后续字节码处理的基础。

这些内容一旦抽象稳定，后面无论是：

  • 读取 chunk
  • 反汇编
  • 构建 proto 模型
  • 驱动 VM 执行

都可以复用同一套位操作逻辑。

2. opcode 顺序必须严格对齐官方

Lua 的 opcode 顺序不是随便取的。

官方 lopcodes.h、lopcodes.c、lopnames.h 里的顺序必须保持一致，否则：

  • 反汇编输出会错
  • 指令模式判断会错
  • 运行时调度也会错

所以这一步会先把顺序和模式表明确写死，并用测试保护。

3. 先做可测的静态模型

这一步先把“静态字节码知识”提取出来：

  • 常量
  • 表
  • 解码逻辑

这样后面再写二进制读取器时，重点就只剩下 I/O 和结构还原，不会把位布局和流读取搅在一起。

模型说明

LuaChunkHeaderConstants

职责：

  • 定义 Lua 5.5 chunk 头部使用的固定字节和数值

当前重点包括：

  • LUA_SIGNATURE
  • LUAC_DATA
  • LUAC_VERSION
  • LUAC_FORMAT
  • LUAC_INT
  • LUAC_INST
  • LUAC_NUM

LuaInstructionFormat

职责：

  • 对齐 Lua 5.5 的 6 种指令格式：
    • iABC
    • ivABC
    • iABx
    • iAsBx
    • iAx
    • isJ

LuaInstructionLayout

职责：

  • 定义字段位宽
  • 定义字段偏移
  • 提供 MAXARG_* 与 OFFSET_*
  • 为指令解码提供统一位运算入口

LuaOpcode

职责：

  • 按官方顺序列出所有 Lua 5.5 opcode

LuaOpcodeTables

职责：

  • 提供 opcode 名称表
  • 提供 opcode 模式表
  • 提供基础元数据访问入口

LuaInstruction

职责：

  • 表示一条原始 32 位指令
  • 提供 Opcode、A、B、C、Bx、sBx、Ax、sJ 等访问方法
  • 为反汇编和后续 VM 解码提供统一入口

当前实现清单

  • 编写本阶段文档
  • 创建 Lua.Bytecode 项目
  • 定义 chunk 头常量
  • 定义指令格式与位布局
  • 定义 opcode 顺序、名称表和模式表
  • 定义基础指令解码结构
  • 创建 Lua.Bytecode.Tests
  • 为常量和指令解码补测试
  • 建立第一版 chunk 与 proto 模型
  • 实现第一版 chunk 读取器
  • 用真实 Lua 5.5 chunk 夹具验证读取结果
  • 输出第一版反汇编文本

完成标准

本阶段完成时，应满足：

  • Lua.Bytecode 可以独立编译
  • opcode 顺序与官方 Lua 5.5 一致
  • 指令字段解码有测试保护
  • chunk 头常量与官方 Lua 5.5 一致
  • 能读取真实 Lua 5.5 chunk 的基础结构
  • 能输出第一版可读反汇编结果

延后处理的内容

这些内容放到下一轮继续展开：

  • 更完整的指令参数格式化
  • 更多 chunk 夹具
  • 更复杂的函数嵌套和字符串场景验证
  • 让反汇编结果进一步向官方 luac -l -l 靠拢

下一步

当前 chunk 读取和第一版反汇编已经落稳，下一步继续：

  • 增加更多真实 Lua 5.5 chunk fixture
  • 扩展反汇编格式化规则
  • 进入 VM 骨架设计与实现