Baitkood

Baitkood (ingl. bytecode, mõnikord ka p-kood, p-kood porditavast koodist, ingl. portable code) on käsustiku vorm, mis on projekteeritud tõhusaks käivitamiseks tarkvaralise interpretaatori poolt. Erinevalt inimloetavast lähtekoodist koosneb baitkood kompaktsetest numberkoodidest, konstantidest ja viidetest (milleks harilikult on numbrilised aadressid), mis kodeerivad kompilaatori parsimise tulemuse ja teostavad semantilist analüüsi programmiobjektide tüübile, skoobile ja pesastamise sügavusele. Tehnilisest vaatenurgast on baitkood lähtekoodist genereeritud ja madala taseme masinast sõltumatu kood.

Paljud kaasaegsed programmeerimiskeeled, eriti kompileeritavad, kasutavad baitkoodi kompilaatori töö hõlbustamiseks ja kiirendamiseks.

Vormilt sarnaneb baitkood masinakoodiga, kuid see on mõeldud täitmiseks mitte reaalse protsessori, vaid virtuaalmasina poolt. Tavaliselt vastava programmeerimiskeele tõlk (mõnikord täiendab seda JIT- või AOT-kompilaatoriga) toimib virtuaalmasinana. Baitkoodi ja seda teostavate virtuaalmasinate spetsifikatsioonid võivad eri keeltes oluliselt erineda: sageli koosneb baitkood juhendist pinupõhise virtuaalmasina jaoks, kuid saab kasutada ka registripõhiseid masinaid. Siiski on enamus baitkoodide juhendeid tavaliselt võrdsed ühe või mitme assembleri käsuga.

Baitkoodi on nime saanud sellest, et iga opkood on traditsiooniliselt ühe baidi suurune. Iga käsk on tavaliselt ühebaidine opcode (0 kuni 255), millele võivad järgneda parameeterid, näiteks registrinumber või mäluaadress.

Täitmine 

Tavaliselt baitkoodi programmi täidab baitkoodi interpretaator. Baidikoodi eelis on suurem efektiivsus ja teisaldatavus, st sama baitkood saadakse teostada erinevatel platvormidel ja arhitektuuridel, mille jaoks interpretaator on rakendatud. Otseselt interpreteerivad keeled pakuvad samasugust eelist, kuid tavaliselt baitkood on vähem abstraktne ja kompaktsem kui lähtekood, baitkoodi interpreteerimise tõhusus on tavaliselt kõrgem kui lähtekoodi või abstraktne interpretatsiooni tõlgenduse puhas interpreteerimine. Lisaks on baitkoodi interpretaator sageli lihtsam kui lähtekoodi interpretaator ja seda on lihtsam teisele riistvaraplatvormile üle kanda.

Virtuaalsete masinate kõrgtehnoloogilistes rakendustes saab kasutada interpretaatori ja JIT-kompilaatori kombinatsiooni, mis programmitöö käigus tõlgib sageli kasutatavaid baitekoodi fragmente masina koodiks, rakendades erinevaid optimeeringuid. JIT-i kompileerimise asemel võib enne täitmist kasutada AOT-kompilaatorit, tõlkides baitkoodi masina koodiks.

Samal ajal on võimalik luua protsessoreid, mille jaoks antud baitkood on otse masina kood (sellised eksperimentaalsed protsessorid loodi näiteks Java ja Forth keelte jaoks).

Ajalugu 

Esimesed baitkoodi kasutavad süsteemid olid BCPL-i O-kood (1960ndad), Smalltalk (1976), SIL (Süsteemi rakendamise keel) Snobol-4 jaoks (1967), p-kood (p-kood, 1970, koos Niklaus Wirthiga), Pascal programmeerimiskeele porditavatele kompilaatoritele.

P-koodi variante kasutati laialdaselt Pascali keele mitmesugustes rakendustes, näiteks UCSD p-süsteemis (UCSD Pascal).

Rakendus

Baitkoodi interpreteeritud keeled on Perl, PHP (näiteks Zend Engine), Ruby (alates versioonist 1.9), Python, Erlang ja paljud teised.

Baitkoodi kasutavad laialdased platvormid:

Java baitkood (stack virtuaalne masin), mida teostavad erinevad Java virtuaalmasinad. Platvorm oli loodud Sun poolt Java keelele, kuid seda kasutati ka teistes keeltes; On olemas kümneid suure jõudlusega JVM-i rakendusi kasutades JIT-kompilaatoreid.
Java on võimalik tõlkida registri-masina baitkoodiks, näiteks Dalvik virtuaalmasinas (koos JIT-i koostamisega) või AOT-i kompileerimisega ART-is
Microsoft .NET-i platvorm kasutab vahepealset keele Intermediate Language (CIL, MSIL) stack-baitkoodi, mida rakendatakse ühise keele Common Language Runtime (CLR) abil, mille on loonud Microsoft C # ja mõnele muule keelele.
Skriptikeel JavaScript täidetakse erinevate kõrgtehnoloogiliste "mootorite" abil, mis on peamiselt veebibrauseritega varustatud, sageli koos JIT-i optimeerimise võimalusega. Paljud interpretaatorid on ehitatud baitkoodi abil, kuid Javascripti programmid levitatakse lähtekoodidena.
ActionScript-skriptikeel on tõlgitud stack-baitkoodi, mida jagatakse swf- ja pdf-failidena ning virtuaalsed masinad teostavad seda Adobe Flashis ja Adobe Acrobatis.

Clipper-kompilaator loob käivitatava faili, mis sisaldab programmi lähtekoodist tõlgitud baitekoodi ja seda baitekoodi täitvat virtuaalse masina.

Tavaliselt Java programmid kompileeritakse klassifailidesse (class-fail), mis sisaldavad Java baitkoodi. Need universaalsed failid kantakse üle erinevatesse sihtmärkmehhanismidesse.

Visual Basici varajastes rakendustes (kuni versioon 6) kasutati kõrgetasemelist Microsoft p-koodi

DBMSis kasutati kõrgetasemelisi p-koode ja baitkoode, mõned BASICi ja Pascali rakendused.

Sun Microsystemsi standardse Open Firmware Openloaderi puhul esindab baitkood Forth operaatorit.

Näited

Python 
Kood:
>>> print("Hello, World!")
Hello, World!
Baitkood:
>>> import dis # impordime mooduli "dis" - Disassembler of Python byte code into mnemonics.
>>> dis.dis('print("Hello, World!")')
  1           0 LOAD_NAME                0 (print)
              2 LOAD_CONST               0 ('Hello, World!')
              4 CALL_FUNCTION            1
              6 RETURN_VALUE

Java 
Kood:
outer:
for (int i = 2; i < 1000; i++) {
    for (int j = 2; j < i; j++) {
        if (i% j == 0)
            continue outer;
    }
    System.out.println (i);
}

Baitkood:

  0:   iconst_2
  1:   istore_1
  2:   iload_1
  3:   sipush  1000
  6:   if_icmpge       44
  9:   iconst_2
  10:  istore_2
  11:  iload_2
  12:  iload_1
  13:  if_icmpge       31
  16:  iload_1
  17:  iload_2
  18:  irem
  19:  ifne    25
  22:  goto    38
  25:  iinc    2, 1
  28:  goto    11
  31:  getstatic       #84; //Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
  34:  iload_1
  35:  invokevirtual   #85; //Method java/io/PrintStream.println:(I)V
  38:  iinc    1, 1
  41:  goto    2
  44:  return

Arvustus 

Traditsiooniliselt on baitkood projekteeritud pinupõhiste virtuaalmasinate stiilis, mis lihtsustab AST genereerimist (!?!?), võimaldab kasutada lihtsamat ja kompaktsemat baitkoodi kodeeringut, lihtsustada interpretaatorit ja vähendada ühe baitkoodi käsu täiitmiseks vajaliku masinkäskude arvu. Teiselt poolt sellised baitkoodivariandid sisaldavad antud programmiks rohkem juhiseid kui registripõhiste virtuaalmasinate  baitkoodid , mille tõttu interpretaator peab tegema rohkem kaudse väärtuse alusel hargnemisi, mille puhul hargnemiste ennustamine ei toimi hästi. Registripõhiste virtuaalmasinate baitkoodil on veidi suurem masina koodide arv, kuid hargnemiste arv on umbes kaks korda väiksem kui stopp-baitkood(?) ja interpretaator on kümneid protsente kiirem. Samuti on pinupõhiste masinate baitkood optimeerimise jaoks keerulisem (viited muutuvad kaudseteks, seotud käsud ei ole rühmitatud, väljendid jagatakse mitme põhiploki vahel) ja nõutakse korstna kasutamise õigsuse kontrollimist

Vead kontrollimises stack-masinate baitkoodi tõid kaasa hulga äärmiselt ohtlike haavatavuste tekkimise, eriti kümneid AVM2 virtuaalmasinas, mida Adobe Flashis kasutati ActionScript ja mitme varasema populaarse Java-süsteemiga (JVM). )

2000ndate lõpus - 2010. aasta alguses, kahtlesid V8-kompilaatorite autorid (JavaScript-i keel, mida sageli rakendatakse baitkoodi kaudu)) ja Dart, et kiire ja tõhusa virtuaalse masina jaoks on vaja vaheprotseduuride baitkoode. Nendes projektides oli realiseeritud otsene JIT-i koostamine (koostamine käivitusajal) lähtekoodist otse masina koodis.

Viited

Tarkvara