V8源码边缘试探-黑魔法指针偏移

　　这博客是越来越难写了，参考资料少，难度又高，看到什么写什么吧！

　　众多周知，在JavaScript中有几个基本类型，包括字符串、数字、布尔、null、undefined、Symbol，其中大部分都可以在我之前那篇博客(https://www.cnblogs.com/QH-Jimmy/p/9212923.html)中找到，均继承于Primitive类。但是仔细看会发现少了两个，null和undefined呢？这一节，就来探索一下，V8引擎是如何处理null、undefined两种类型的。

　　在没有看源码之前，我以为是这样的：

class Null : public Primitive {
public:
    // Type testing.
    bool IsNull() const { return true; }
    // ...
}

　　然而实际上没有这么简单粗暴，V8对null、undefined(实际上还包括了true、false、空字符串)都做了特殊的处理。

　　回到故事的起点，是我在研究LoadEnvironment函数的时候发现的。上一篇博客其实就是在讲这个方法，包装完函数名、函数体，最后一步就是配合函数参数来执行函数了，代码如下：

// Bootstrap internal loaders
Local<Value> bootstrapped_loaders;
if (!ExecuteBootstrapper(env, loaders_bootstrapper,
                        arraysize(loaders_bootstrapper_args),
                        loaders_bootstrapper_args,
                        &bootstrapped_loaders)) {
return;
}

　　这里的参数分别为：

1、env => 当前V8引擎的环境变量，包含Isolate、context等。

2、loaders_bootstrapper => 函数体

3、arraysize(loaders_bootstrapper_args) => 参数长度，就是4

4、loaders_bootstrapper_args => 参数数组，包括process对象及3个C++内部方法

5、&bootstrapped_loaders => 一个局部变量指针

　　参数是啥并不重要，进入方法，源码如下：

static bool ExecuteBootstrapper(Environment* env, Local<Function> bootstrapper,
                                int argc, Local<Value> argv[],
                                Local<Value>* out) {
  bool ret = bootstrapper->Call(
      env->context(), Null(env->isolate()), argc, argv).ToLocal(out);
  if (!ret) {
    env->async_hooks()->clear_async_id_stack();
  }

  return ret;
}

　　看起来就像JS里面的call方法，其中函数参数包括context、null、形参数量、形参，当时看到Null觉得比较好奇，就仔细的看了一下实现。

 

　　这个方法其实很简单，但是实现的方式非常有意思，源码如下：

Local<Primitive> Null(Isolate* isolate) {
    typedef internal::Object* S;
    typedef internal::Internals I;
    // 检测当前V8引擎实例是否存活
    I::CheckInitialized(isolate);
    // 核心方法
    S* slot = I::GetRoot(isolate, I::kNullValueRootIndex);
    // 类型强转 直接是Primitive类而不是继承
    return Local<Primitive>(reinterpret_cast<Primitive*>(slot));
}

　　只有GetRoot是真正生成null值的地方，注意第二个参数 I::kNullValueRootIndex ，这是一个静态整形值，除去null还有其他几个，所有的类似值定义如下：

static const int kUndefinedValueRootIndex = 4;
static const int kTheHoleValueRootIndex = 5;
static const int kNullValueRootIndex = 6;
static const int kTrueValueRootIndex = 7;
static const int kFalseValueRootIndex = 8;
static const int kEmptyStringRootIndex = 9;

　　上面的数字就是区分这几个类型的关键所在，继续进入GetRoot方法：

V8_INLINE static internal::Object** GetRoot(v8::Isolate* isolate,int index) {
    // 获取当前isolate地址并进行必要的空间指针偏移
    // static const int kIsolateRootsOffset = kExternalMemoryLimitOffset + kApiInt64Size + kApiInt64Size + kApiPointerSize + kApiPointerSize;
    uint8_t* addr = reinterpret_cast<uint8_t*>(isolate) + kIsolateRootsOffset;
    // 根据上面的数字以及当前操作系统指针大小进行偏移
    // const int kApiPointerSize = sizeof(void*);  // NOLINT
    return reinterpret_cast<internal::Object**>(addr + index * kApiPointerSize);
}

　　这个方法就对应了标题，指针偏移。

　　实际上根本不存在一个正规的null类来生成一个对应的对象，而只是把一个特定的地址当成一个null值。

　　敢于用这个方法，是因为对于每一个V8引擎来说isolate对象是独一无二的，所以在当前引擎下，获取到的isolate地址也是唯一的。

　　如果还不明白，我这个灵魂画手会让你明白，超级简单：

　　最后返回一个地址，这个地址就是null，强转成Local<Primitive>也只是为了垃圾回收与类型区分，实际上并不关心这个指针指向什么，因为null本身不存在任何方法可以调用，大多数情况下也只是用来做变量重置。

　　就这样，只用了很小的空间便生成了一个null值，并且每一次获取都会返回同一个值。

 

　　验证的话就很简单了，随意的在node启动代码里加一段：

auto test = Null(env->isolate());

　　然后看局部变量的调试框，当前isolate的地址如下：

　　第一次指针偏移后，addr的地址为：

　　通过简单计算，这个差值是72(16进制的48)，跟第一次偏移量大小一致，这里根本不关心指针指向什么东西，所以字符无效也没事。

　　第二次偏移后，得到的null地址为：

　　通过计算得到差值为48(16进制的30)，算一算，刚好是6*8。

　　最后对这个地址进行强转，返回一个Local<Primitive>类型的null对象。

 

------------------------------------------------------------------------------------------------分割线-------------------------------------------------------------------------------------------

 

　　虽然解释的差不多了，但是还是有必要做一个补充，就是关于一个类是否为null值的判断。

　　正推过去很简单，指定地址的值就是null，如果反推的话，那么想想也很简单，判断当前类的地址是否与指定地址相等。但是在源码里，这个过程可以说是相当的恶心了……

　　这里简单的过一遍，首先是测试代码：

auto t = Null(env->isolate());
t->IsNull();

　　每一个生成的null虽然是个废物，但是爸爸很厉害，父类Value有一个方法IsNull专门检测当前类是否是null值。

　　这个方法非常简单：

bool Value::IsNull() const {
#ifdef V8_ENABLE_CHECKS
  return FullIsNull();
#else
  return QuickIsNull();
#endif
}

　　根据情况有两种检测，一种快速的，一种完全体的。默认都是走完全检测分支，里面会同时调用快速检测。

　　方法源码如下：

bool Value::FullIsNull() const {
    // 通过这个可以获取到当前的isolate实例
    i::Handle<i::Object> object = Utils::OpenHandle(this);
    bool result = false;
    // 判断object是否为空值
    if (!object->IsSmi()) {
        // 内部方法
        result = object->IsNull(i::HeapObject::cast(*object)->GetIsolate());
    }
    // 调用快速检测与返回结果进行比对
    DCHECK_EQ(result, QuickIsNull());
    return result;
}

　　那个内部方法，就是完全体的核心，看似简单，实则跟厕所里的石头一样，又臭又硬。因为从这里开始，就要进入宏的地狱了。

　　因为调试模式对于宏的跳转十分不友好，所以只能一个一个的把宏复制到本地，然后进行拼接，看看最后出来的是什么。这里仅仅给出一系列的截图，看看什么是宏的地狱：

　　这两步，还原了object->IsNull(Isolate* isolate)究竟是个什么东西，整理后如下：

bool Object::IsNull(Isolate* isolate) const {     
    return this == isolate->heap()->null_value();          
}

　　看起来很简单，这里的null_value又是一个坑，如下：

　　这三个宏定义了isolate->heap()->null_value()是个什么东西，整理后如下：

Oddball* Heap::null_value() { return Oddball::cast(roots_[kNullValueRootIndex]); }

　　你以为这就完了？？？nonono，这个Oddball::cast(Object* object)又要搞事，如下：

　　转换成人话如下：

Oddball* Oddball::cast(Object* object) {              
    SLOW_DCHECK(object->IsOddball());             
    return reinterpret_cast<type*>(object);       
}   

　　发现没，SLOW_DCHECK，大写+下划线分割，又是一个宏，真的是无穷无尽，不过这个宏只是检测表达式是否为真。

　　这个Oddball是继承于HeapObject，而HeapObject继承于Object，这里只是简单判断当前类是否来源于Object，在上面生成null值的最后转换有这么一行代码：

return reinterpret_cast<internal::Object**>(addr + index * kApiPointerSize);

　　因此如果是null值，其内置类型必然为Object。

　　抛去一切上面无关的因素，最终判断条件其实就是那一行代码：Heap::null_value() { Oddball::cast(roots_[kNullValueRootIndex]); }

　　而这个roots_定义也是很魔性，来源于heap.h，简单的一行：

Object* roots_[kRootListLength];

　　这个length长达511，定义非常非常多的特殊值，初始化方式也是宏，这里仅仅调出null的定义：

　　简单讲，roots_在V8引擎初始化时已经预存了所有特殊值的地址，这里直接取this的地址与root_中保存的null值地址进行比较，最后得出结果。

　　因为宏调试很不直观，也很不方便，这里就不贴图了。