Hobbes 语言和嵌入式即时编译器发布

背景

Hobbes 是一门专门为高性能 C/C++ 应用集成而设计的语言，同时也是一个嵌入式即时编译器（JIT）和运行时系统。它的主要目标是实现高效的动态表达式求值、数据存储与分析。Hobbes 强调与 C/C++ 生态的深度互操作，而非提供沙箱或运行时安全特性。该项目的设计思路来源于对性能极致追求的场景，例如实时数据处理、系统编程和嵌入式分析任务。

核心内容

语言设计与运行时特性

Hobbes 是一门强类型语言，具备编译时类型检查，但有意放弃了沙箱运行时环境和运行时安全特性（如数组边界检查）。它直接暴露内存访问能力，不提供越界保护。此外，Hobbes 支持通过远程过程调用（RPC）在网络中编译和执行原生机器码，但该功能仅限受信任的内部网络使用，用户需充分理解其安全影响。

构建与依赖

构建 Hobbes 需要以下依赖：

• LLVM 3.3 或更高版本
• cmake 3.4 或更高版本
• GNU gcc 4.8 或更高版本
• Linux 内核 2.5 或更高版本

标准构建流程为：

$ cmake .
$ make
$ make install

若 LLVM 安装位置非标准，需设置环境变量 LLVM_DIR 指向包含 LLVMConfig.cmake 的目录。

构建产物包括：

• 静态库 libhobbes.a（用于链接进 C++ 可执行文件）
• 位置无关静态库 libhobbes-pic.a（用于生成 .so 动态库）
• 两个实用程序：hi（交互式解释器）和 hog（高效记录结构化数据到文件，这些文件可被 hi 加载查询）

嵌入 C++ 示例

以下代码演示了如何在 C++ 中嵌入 Hobbes，实现一个类似 hi 的基本 shell：

#include <iostream>
#include <stdexcept>
#include <hobbes/hobbes.H>

int main() {
    hobbes::cc c;
    while (std::cin) {
        std::cout << "> " << std::flush;
        std::string line;
        std::getline(std::cin, line);
        if (line == ":q") break;
        try {
            c.compileFn<void()>("print(" + line + ")")();
        } catch (std::exception& ex) {
            std::cout << "*** " << ex.what();
        }
        std::cout << std::endl;
        hobbes::resetMemoryPool();
    }
    return 0;
}

编译该程序需要链接 Hobbes 和 LLVM 的库，典型命令如下（路径需根据实际安装调整）：

$ g++ -pthread -std=c++17 -I <hobbes-headers> -I <llvm-headers> test.cpp -o test \
    -L <hobbes-libs> -lhobbes -ldl -lrt -ltinfo -lz \
    -L <llvm-libs> `llvm-config --libs x86asmparser x86codegen x86 mcjit passes`

内存管理机制

Hobbes 使用“内存区域”（memory region）管理动态分配的内存。区域是可动态增长的字节序列，分配极快，释放时通过 hobbes::resetMemoryPool() 整体回收。每个区域是线程局部的，因此多个线程可以并发使用同一个函数指针而无需同步。这种设计要求开发者明确划分“逻辑事务”边界。

语言特性与表达式示例

Hobbes 支持以下基本类型和常量：

• 单元类型 ()
• 布尔型 false, true
• 字符 'c'
• 字节 0Xff
• 短整数 42S
• 整数 42
• 长整数 42L
• 单精度浮点 42.0f
• 双精度浮点 42.0

组合类型：

• 数组：[1, 2, 3]，字符串 "foobar"，字节数组 0xdeadbeef
• 记录（record）：{name="Jimmy", age=45, job="programmer"}
• 元组：("Jimmy", 45, "programmer")
• 数组/元组/记录可打印为表格形式
• 变体（variant）：|food="pizza"|::|vehicle:int,food:[char]|
• 等递归类型构建的链表：cons("chicken", cons("hot dog", cons("pizza", nil())))

这些类型构造器构成了类似 ML 语言家族（如 SML、OCaml、Haskell）的代数数据类型。Hobbes 还支持类型类（type classes）和用户定义的约束解析器，允许混合类型算术与类型推断共存：

> 0X01+2+3.0+4L+5S
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通过 hi 的 :t 命令可以查看表达式类型，例如：

> :t {name="Jimmy", age=45, job="programmer"}
{ name:[char], age:int, job:[char] }
> :t \x.x.foo
(a.foo::b) => (a) -> b

关键要点

• 无沙箱设计：Hobbes 直接操作内存，无边界检查，无运行时安全措施，适合对性能敏感且可完全信任内部环境的场景。
• 嵌入式 JIT 编译器：通过 hobbes::cc 对象在 C++ 代码中动态编译 Hobbes 表达式为原生机器码，支持异常处理机制捕获编译/运行时错误。
• 高效内存管理：采用“内存区域”整体分配/回收策略，线程本地，避免锁竞争，但要求程序员手动管理事务边界。
• 远程编译执行：支持 RPC 方式在网络中编译并运行 Hobbes 代码，但明确限制仅用于受信内部网络。
• 强类型与类型推断：支持代数数据类型、类型类、用户定义约束解析器，混合类型算术自动提升。
• 丰富的原始类型与组合：提供单元、布尔、字符、字节、整数（多种宽度）、浮点（单/双精），以及数组、记录、元组、变体、递归类型。
• 跨语言集成：Hobbes 专为与 C/C++ 应用紧密耦合而设计，生成静态库可供链接，并附带交互式解释器 hi 和数据记录工具 hog。
• 构建依赖：需要 LLVM 3.3+、cmake 3.4+、gcc 4.8+、Linux 2.5+ 内核。

意义与影响

Hobbes 代表的是一种回归系统编程语言传统价值的设计思路：将性能与可控性置于安全性之上。它与目前主流的“安全