當 Compiler 遇上 Mobile

過去我們很難聯想進階的編譯器 (compiler) 技術到底與移動平台何涉，但隨著基礎建設的突破，我們就該有不同的思維。

從1960 年代發展至今，編譯器技術已是電腦科學最成熟的基礎之一，不斷地成長與蛻變，而透過 open source，GNU GCC 與 LLVM (Low Level Virtual Machine) 計畫獲得空前的成功，累積了驚人的編譯器技術。儘管 parser 仍是 compiler 的關鍵技術，但今日，我們會著重於打通任督二脈的技術展現，過去耳熟能詳卻貌似獨立的項目，比方說 virtual machine, binary translator, JIT compiler, HotSpot JVM, 等等，如今好似整合了金庸書中的武功精髓、淬湅出武術菁華，形成一套獨到的武功系統，透過 LLVM 一類的整合性技術而一瀉千里。

幾年前，知名的遊戲設計公司 id Software 在該公司靈魂人物 John Carmack 的主導下，將 Doom (毀滅戰士) 核心的遊戲引擎以 GNU GPL 開放授權釋出，自此開啟廣泛的平台移植與功能強化的的濫觴。早期的 Doom GPL 程式碼被 Sam Lantinga 移植到 SDL 圖形函式庫，藉由 SDL 優異的可攜性，眾多硬體環境得以運行 Doom 遊戲，儘管遊戲的資料檔並非自由軟體。另一方面，現在最火熱的移動平台，就屬 Google Android 開放源碼平台，為了迴避 Sun Microsystems 對 Java 的控制權 (logo + patent)，該平台整合大部分 Apache Harmony 專案的成果，建立了一套貌似 Java 語言但執行環境大異於 Java 的嶄新虛擬機器 -- Dalvik，將原本 stack-based VM (JVM) 轉換為 register-based VM (Dalvik VM)，而無論這裡頭有多少玄機，就 Android 的程式設計來說，Java 是唯一可用的程式語言，要不得搭配 Android framework / class library，不然就是透過 JNI 去呼叫 C/C++ 撰寫的動態函式庫。作為一個「慣 C 魔人」， 筆者反覆思考，是否能將以 C 語言搭配 SDL 函式庫撰寫的 Doom，透過編譯器轉換為 Android 平台可運作的 Dalvik bytecode 呢？此舉不僅讓 C/C++ 程式跨平台執行，還為移動平台提供了新的附加價值，於是，筆者就開始一系列的 hacking，現在有初步的成果，日前已發表於 OSDC.tw 2009 的「窮得只剩下 Compiler」議程中，請參考以下螢幕快照：
這可不是紙老虎或單純貼圖，電動玩具當然是設計來玩的：
詳細的資訊可參閱發表於 OSDC.tw 的議程簡報：

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筆者同事 luse 嘗言：「現在是一個充滿編譯器的世界，身為一個工程師，每次聽到編譯器技術，覺得深不可測 (或是腦海忽然浮現起自動機的回憶) 而輕言放棄，實著可惜」。許多人印象中艱澀的 (dynamic) Compiler 技術，其實廣泛應用於我們電腦資訊產業中，以「到處都是 Compiler」來闡述現實，一點也不為過。如此的案例多如牛毛，比方說，現在 Web 2.0 與 Mobile web browser 正火熱，為了要能改善 Web 應用程式的效能，Google 與 Apple 兩家公司的工程團隊，各自推出 V8 與 SquirrelFish Extreme 等 Just-In-Time compiler for JavaScript，而 Mozilla Foundation 更是將高速的 JavaScript 引擎當作 Mozilla 2 的重要賣點，知名的自由軟體開發者 Jim Blandy 甚至離開專業 GNU Toolchain 開發公司 CodeSourcery，加入 Mozilla Corporation，就為了致力開發 ActionMonkey (整合 Mozilla 原有 SpiderMonkey 與 Adobe 貢獻的 Tamarin)。自此，這個在瀏覽器平台的戰役，從桌面系統延續到手機，又將從手機移轉到各種不同的資訊裝置上。

而，撇開 JavaScript 執行引擎不論，實際上，連 Firefox/Mozilla 底層的向量繪圖函式庫 Cairo，也透過 JIT compiler 技術，去提昇整體繪圖的效能與使用者體驗。日前，Dan Amelang 揭露他的開發成果，可參見郵件論壇的訊息 "JIT for pixman"。pixman 是提供給 X Window System 與 Cairo 使用的 pixel-manipulation 函式庫，顧名思義，就是處理 image compositing 與 trapezoid rasterization 等操作，而在 Dan Amelang 的論文 "Jitblt: Efficient Run-time Code Generation for Digital Compositing" 給予令人振奮的突破，無疑是個極佳的突破點，我們也可預見 (dynamic) compiler 技術在更多資訊領域的廣泛應用。

當編譯器技術走入新的層次時，就需要更強大且多元的 Toolkit，LLVM 專案的出現，在整個電腦技術典範移轉 (paradigm shift) 的衝擊下，以嶄新編譯器架構、自由軟體協同開發模式，給予我們突破限制的可能性，顯然，我們可確定 LLVM 應用於 Android 應用程式開發，僅是一個牛刀小試，好戲才要登場呢。