JIT编译器在运行时将代码编译为机器码并执行。示例中生成返回42的x86-64指令,使用mmap分配可执行内存,拷贝机器码并通过函数指针调用,展示了JIT核心机制:代码生成、内存管理与动态执行。

实现一个简单的JIT(Just-In-Time)编译器在C++中并不需要依赖复杂的框架,核心思想是:把代码生成为机器码,然后直接执行这段可执行内存。这在解释器优化、动态语言实现或高性能计算中非常有用。
JIT 编译器在程序运行时将中间代码或高级指令动态翻译成机器码,并立即执行。与AOT(提前编译)不同,JIT 能根据运行时信息做优化,比如热点函数识别。
最简单的 JIT 实现包括以下几个步骤:
下面是一个极简的 JIT 示例,目标是在 x86_64 平台上动态生成一个返回整数的函数。
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我们手动写出对应的机器码(x86-64 汇编的二进制编码),然后让程序跳转到这段内存执行。
示例:JIT 执行 "return 42;"
#include <iostream>
#include <memory>
#include <sys/mman.h> // mmap
#include <cstring> // memcpy
// 生成一个返回固定值的函数机器码 (x86-64)
// 对应汇编:
// mov eax, 42
// ret
std::vector<uint8_t> generateReturnCode(int value) {
std::vector<uint8_t> code;
// 检查值是否能放入32位立即数
if (value >= -2147483648 && value <= 2147483647) {
code.push_back(0xB8); // mov eax, imm32
code.push_back(value & 0xFF);
code.push_back((value >> 8) & 0xFF);
code.push_back((value >> 16) & 0xFF);
code.push_back((value >> 24) & 0xFF);
} else {
// 如果值太大,这里简化处理,不支持
throw std::runtime_error("Value out of range");
}
code.push_back(0xC3); // ret
return code;
}
int main() {
int returnValue = 42;
auto codeBytes = generateReturnCode(returnValue);
// 分配可读可写可执行内存
void* execMem = mmap(
nullptr,
codeBytes.size(),
PROT_READ | PROT_WRITE | PROT_EXEC,
MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS,
-1,
0
);
if (execMem == MAP_FAILED) {
perror("mmap failed");
return 1;
}
// 拷贝机器码到可执行内存
std::memcpy(execMem, codeBytes.data(), codeBytes.size());
// 将函数指针指向这块内存
int (*func)() = reinterpret_cast<int(*)()>(execMem);
// 调用 JIT 生成的函数
std::cout << "JIT function returned: " << func() << std::endl; // 输出 42
// 释放内存
munmap(execMem, codeBytes.size());
return 0;
}上面的例子虽然简单,但涵盖了 JIT 的基本原理。
1. 机器码生成
x86-64 指令 `mov eax, 42` 的编码是:B8 2A 00 00 00。其中 B8 是操作码,后面四个字节是立即数的小端序表示。
2. 可执行内存分配
普通内存默认不可执行,必须使用 mmap 或 VirtualAlloc(Windows)分配带有执行权限的内存。Linux 上需开启 PROT_EXEC,否则会触发 SIGSEGV。
3. 函数指针跳转
将生成的内存地址转为函数指针,即可像调用普通函数一样执行 JIT 代码。
4. 安全与平台限制
真实 JIT 不会手动写机器码。可以设计一个中间表示(IR),比如:
IR::Return(42)
然后通过模式匹配转换为对应机器码。也可以引入轻量级汇编器(如 X86 assembly emitter)来生成指令。
更进一步可用开源库简化开发:
例如用 AsmJit 可以这样写:
```cpp #include// ... 在函数内 JitRuntime rt; CodeHolder code; code.init(rt.codeInfo()); x86::Builder cb(&code); x86::Compiler cc(&cb);
x86::FuncDetail func; func.setRet(TypeId::kInt32); cc.addFunc(func); cc.ret(cc.iconst(42)); cc.endFunc(); cc.finalize();
void fn; rt.add(&fn, &code); int result = ((int()())fn)();
<p>基本上就这些。从手动拼接字节到使用专业库,JIT 的复杂度可以逐步提升。理解最底层的执行机制,有助于掌握高性能运行时的设计本质。</p>
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