简介

由于不同的系统、硬件等外部条件对于内存有不同的支持和定义，因此为了使AQ虚拟机满足跨平台运行的要求，设计统一的类型标准是必不可少的。本文对于AQ虚拟机的类型进行了定义和规范，以确保在不同系统上的AQ虚拟机均能正常运行。

设计思路

首先，为实现类型的精简和更高的运行效率，对于原生类型（不通过代码定义，虚拟机直接支持的类型）的设计应尽可能少。因此对于相关的复杂类型，如枚举、结构体等，我们在编译器层面开发，减少虚拟机的类型数量和复杂度。

根据memory.h中对于AqvmMemory_Memory中type的定义，每一个uint8_t存储2个类型，因此类型的数量应在0x00-0x0F（16个）之间。

其次，通过对于其它编程语言的类型的研究，总结了常见的类型，我们设计了以下几种类型，以便于在虚拟机的性能与简洁达到平衡。

0. null - 空类型
1. byte - 1字节有符号整数类型
2. int - 4字节有符号整数类型
3. long - 8字节有符号整数类型
4. float - 4字节单精度浮点类型
5. double - 8字节双精度浮点类型

最后，我们为类型设计了详细的标准，以确保AQ虚拟机能够实现跨平台运行。

为了减少虚拟机的类型定义，无符号类型将在编译器层面被实现。

其它编程语言的类型定义

为了使AQ的类型更加广泛且易于被开发人员掌握，我们参考了现有的常见的编程语言的类型定义。
此处定义下文中的基础类型为整数、浮点数、空类型等一般的数据类型。其承担基本的数据存储工作或具有特殊的意义。

C

现行的C标准是ISO/IEC 9899:2018 Information technology — Programming languages — C。由于该标准版权归属ISO（国际标准化组织）和IEC（国际电工委员会），因此为避免版权纠纷，我们就其中的类型定义进行了归纳总结。下同。

官方网址：https://www.iso.org/standard/74528.html

1. _Bool - 声明为_Bool类型的对象足够大以存储值0和1。
2. (unsigned) char - 字符类型。声明为类型char的对象足够大，可以存储基本执行字符集的任何成员。如果基本执行字符集的成员存储在char对象中，则其值保证为非负值。如果任何其他字符存储在一个字符对象中，则结果值为implementation-defned，但应在该类型中可以表示的值范围内。
3. signed char - 有符号字符类型。
4. short int - 扩展有符号整数类型。
5. unsigned short int - 扩展无符号整数类型。
6. int - 扩展标准有符号整数类型。
7. unsigned int - 标准无符号整数类型。
8. long int - 扩展有符号整数类型。
9. unsigned long int - 扩展无符号整数类型。
10. long long int - 扩展有符号整数类型。
11. unsigned long long int - 扩展无符号整数类型。
12. float - 浮点类型。float 类型的值集是double类型的一组值的子集。
13. double - 浮点类型。double 类型的值集是long double类型的一组值的子集。
14. long double - 浮点类型。
15. void - void类型包含一组空值；它是一个不完整的对象类型，无法实现。

除此之外，C还有其它非基础类型，如枚举类型(enum类型)，指针类型等。在虚拟机的设计中不作讨论。

C++ 及其它C变种

现行的C++标准是ISO/IEC 14882:2020 Programming languages — C++。由于C++及其它C变种与C的类型基本一致，因此不再列出。

Python

最新的Python正式版本是3.12.4。在Python 3.12.4 Documentation中的内置类型记载了Python解释器中内置的标准类型。
其中的主要内置类型有数字、序列、映射、类、实例和异常。由于篇幅原因，在此对于除基础类型外的内容不作讨论。

源链接：https://docs.python.org/zh-cn/3/library/stdtypes.html

1. int - 整数 整数具有无限的精度。未经修饰的整数字面（包括十六进制、八进制和二进制数）产生整数。
2. float - 浮点数 浮点数通常在C中使用double实现。包含小数点或指数符号的数值字面产生浮点数。
3. complex - 复数 复数有实数部分和虚数部分，每一部分都是浮点数。在数值字面后面加上j或 J，可以得到一个虚数（实数部分为零的复数），将其与整数或浮点数相加，可以得到一个包含实数部分和虚数部分的复数。
4. bool - 布尔型 布尔型也是整数的一种子类型。代表真值的布尔对象。bool类型只有两个常量实例:True和False。
5. list - 列表 列表是可变序列，通常用于存放同类项目的集合（其中精确的相似程度将根据应用而变化）。
6. tuple - 元组 元组是不可变序列，通常用于储存异构数据的多项集（例如由enumerate()内置函数所产生的二元组）。元组也被用于需要同构数据的不可变序列的情况（例如允许存储到set或dict的实例）。
7. range - range类型表示不可变的数字序列，通常用于在for循环中循环指定的次数。
8. str - 文本序列类型 在Python中处理文本数据是使用str对象，也称为字符串。字符串是由Unicode码位构成的不可变序列。
9. bytes - bytes对象是由单个字节构成的不可变序列。由于许多主要二进制协议都基于ASCII文本编码，因此bytes对象提供了一些仅在处理ASCII兼容数据时可用，并且在许多特性上与字符串对象紧密相关的方法。
10. bytearray - bytearray对象是bytes对象的可变对应物。
11. memoryview - 内存视图 memoryview对象允许Python代码访问一个对象的内部数据，只要该对象支持缓冲区协议而无需进行拷贝。
12. set - 集合类型 set对象是由具有唯一性的hashable对象所组成的无序多项集。 常见的用途包括成员检测、从序列中去除重复项以及数学中的集合类计算，例如交集、并集、差集与对称差集等等。set类型是可变的，其内容可以使用add()和remove()这样的方法来改变。由于是可变类型，它没有哈希值，且不能被用作字典的键或其他集合的元素。
13. frozenset - 集合类型 frozenset类型是不可变并且为hashable，其内容在被创建后不能再改变，因此它可以被用作字典的键或其他集合的元素。
14. dict - 映射类型 mapping对象会将hashable值映射到任意对象。映射属于可变对象。目前仅有一种标准映射类型字典。
15. GenericAlias - GenericAlias对象通常是通过抽取一个类来创建的。它们最常被用于 容器类，如list或dict。举例来说，list[int]这个GenericAlias对象是通过附带int参数抽取list类来创建的。GenericAlias对象的主要目的是用于类型标注。
16. union - 联合对象包含了在多个类型对象上执行| (按位或)运算后的值。 这些类型主要用于类型标注。与typing.Union相比，联合类型表达式可以实现更简洁的类型提示语法。

Java

JVM（Java虚拟机）的规范是The Java® Virtual Machine Specification，最新版本是Java SE 22 Edition，发布日期为2024-02-09。相较与其它语言的编译器层面的类型定义，JVM的情况更符合虚拟机的设计。同时JVM的类型分为基元类型和引用类型，由于虚拟机开发需要，选择了基元类型进行讨论。
除此之外，Java还有一份规范是The Java Language Specification, Java SE 22 Edition，HTML链接：https://docs.oracle.com/javase/specs/jls/se22/html/index.html PDF链接：https://docs.oracle.com/javase/specs/jls/se22/jls22.pdf 。由于虚拟机开发的特殊需要，因此在本文选择研究JVM的类型定义而非Java语言的类型定义

源链接（HTML）：https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se22/html/jvms-2.html#jvms-2.3
源链接（PDF）：https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se22/jvms22.pdf

1. byte - 整数类型 其值是8位有符号二进制补码整数，其默认值为零。从-128至127（-2⁷至2⁷ - 1），包括在内。
2. short - 整数类型 其值为16位有符号二进制补码整数，其默认值为零。从-32768至32767（-2¹⁵至2¹⁵ - 1），包括在内。
3. int - 整数类型 其值为32位有符号二进制补码整数，其默认值为零。从-2147483648至2147483647（-2³¹至2³¹ - 1），包括在内。
4. long - 整数类型 其值为64位有符号二进制补码整数，其默认值为零。从 -9223372036854775808至9223372036854775807（-2⁶³至2⁶³ - 1），包括在内。
5. char - 整数类型 其值为16位无符号整数，表示基本多语言平面中的Unicode码位，编码为UTF-16，其默认值为null码位 (\u0000)。从0到65535。
6. float - 浮点类型 其值完全符合32位IEEE 754 binary32格式，默认值为正零。
7. double - 浮点类型 其值与64位IEEE 754 binary64格式的值完全一致，默认值为正零。

详细标准

类型定义

复杂的类型会有编译器处理以保证虚拟机的简洁和效率，对于简单的类型，则会被虚拟机直接支持。
以下是AQ虚拟机定义的6种基本类型有：

未直接支持的类型包括无符号整数，内存地址（指针），字符串等。这些类型将在编译器层面得到实现。对于虚拟机来说，这些类型被间接实现。

0. null - 0x00 - 空类型
   空类型仅代表未知类型或无需使用的类型（例如：无返回）。没有长度。
   

1. byte - 0x01 - 1字节（8位）有符号整数类型
   采用二进制补码存储。一般用于存储bool或char。从-128至127（-2⁷至2⁷ - 1），包括在内。
   

2. int - 0x02 - 4字节（32位）有符号整数类型
   采用二进制补码存储。从-2147483648至2147483647（-2³¹至2³¹ - 1），包括在内。
   

3. long - 0x03 - 8字节（64位）有符号整数类型
   采用二进制补码存储。内存地址（指针）也用此存储。其值为64位有符号二进制补码整数，其默认值为零。从 -9223372036854775808至9223372036854775807（-2⁶³至2⁶³ - 1），包括在内。
   

4. float - 0x04 - 4字节（32位）单精度浮点类型
   采用ISO/IEC 60559 Information technology — Microprocessor Systems — Floating-Point arithmetic标准。
   

5. double - 0x05 - 8字节（64位）双精度浮点类型
   采用ISO/IEC 60559 Information technology — Microprocessor Systems — Floating-Point arithmetic标准。
   

补码

定义

补码是计算机中有符号数的表示方法。

方法

正数和0的补码就是该数字本身再补上最高比特0。负数的补码则是将其绝对值按位取反再加1。

浮点数标准

定义

浮点数标准采用ISO/IEC 60559 Information technology — Microprocessor Systems — Floating-Point arithmetic标准。该标准又称IEEE二进制浮点数算术标准（IEEE 754）

官方网址：https://www.iso.org/standard/80985.html

方法

浮点数的实际值，等于符号位乘以指数偏移值再乘以分数值。详细定义见ISO/IEC 60559 Information technology — Microprocessor Systems — Floating-Point arithmetic标准。

32位浮点数

64位浮点数

types.h完整代码：

对于类型同样有相关代码。以下是types.h的代码：

// Copyright 2024 AQ author, All Rights Reserved.
// This program is licensed under the AQ License. You can find the AQ license in
// the root directory.

#ifndef AQ_AQVM_MEMORY_TYPES_H_
#define AQ_AQVM_MEMORY_TYPES_H_

#include <stdint.h>

// null - 0x00 - null type
// The null type simply represents an unknown type or a type that is not needed
// (e.g., returns nothing). Has no length.
typedef void aqnull;

// byte - 0x01 - 1 byte (8-bit) signed integer type
// Using two's complement storage. Generally used to store bool or char. From
// -128 to 127 (-2^7 to 2^7 - 1), inclusive.
typedef int8_t aqbyte;

// int - 0x02 - 4-byte (32-bit) signed integer type
// Stored in two's complement notation. From -2147483648 to 2147483647 (-2^31 to
// 2^31 - 1), inclusive.
typedef int aqint;

// long - 0x03 - 8-byte (64-bit) signed integer type
// Stored in two's complement notation. From -9223372036854775808 to
// 9223372036854775807 (-2^63 to 2^63 - 1), inclusive.
typedef int64_t aqlong;

// float - 0x04 - 4-byte (32-bit) single-precision floating point type
// Using ISO/IEC 60559 Information technology — Microprocessor Systems —
// Floating-Point arithmetic standard.
typedef float aqfloat;

// double - 0x05 - 8-byte (64-bit) double-precision floating point type
// Using ISO/IEC 60559 Information technology — Microprocessor Systems —
// Floating-Point arithmetic standard.
typedef double aqdouble;

// The part beyond 0x05 and within 0x0F is currently designated as a reserved
// type. The part beyond 0x0F cannot be used because it exceeds the 4-bit size
// limit.

#endif

我们正在更加努力地开发AQ虚拟机。如果您想了解更多信息或参与开发工作，请关注我们的官网：https://www.axa6.com 和 Github：https://github.com/aq-org/AQ。

本文章基于AQ License：https://github.com/aq-org/AQ/blob/main/LICENSE 发布，如有需要，请根据AQ License进行改编或转载。