构建Clang后端并将Doom移植到我的自定义字节码虚拟机

# 为我的自定义字节码虚拟机构建 Clang 后端并移植《毁灭战士》 来源：https://pointersgonewild.com/2026-07-07-building-a-clang-backend-and-porting-doom-to-my-custom-bytecode-vm/ 早在2023年初（https://pointersgonewild.com/2023/02/24/building-a-minimalistic-virtual-machine/），我写过一篇关于UVM（https://github.com/maximecb/uvm）的文章，那是一个我当时正在捣鼓的极简栈式字节码虚拟机。当时我已经让UVM支持了浮点数、多线程，以及创建帧缓冲（https://pointersgonewild.com/2023/11/01/preparing-uvm-for-3d-graphics/）和产生音频输出的简单API。不幸的是，我后来失去了继续推进这个项目的动力，就把它搁置了。 我平时做不少业余编程，和很多人一样，我有在各个项目之间来回跳跃的倾向。有时候想到自己把一个项目留在了未完成的状态，会有点小伤感；但灵感重新回来、有动力继续搞老项目的时候，感觉也挺好的。最近我重新拾起了UVM，然后开始想，既然现在有了智能体AI，我能做点什么呢？ UVM最大的弱点之一在于：要给它写软件，要么得用虚拟机的自定义汇编语言，要么得用ncc——那是我自己写的一个C子集的玩具编译器。ncc这个名字的意思是“不是C编译器”（not a C compiler），因为我在语言上做了一些自由发挥。写这个玩具编译器我觉得挺有趣，但它的局限性和怪癖意味着它并不能直接用来编译现成的软件。不过一个月前，我开始琢磨：我能不能直接“氛围编码”（vibe code）一个UVM的Clang后端呢？如果UVM能支持Clang，我就能编译真正的软件了。说不定我还能让UVM跑起《毁灭战士》。 我稍微研究了一下，发现写一个Clang后端工作量相当大。而且很明显，Clang的设计目标就是针对物理硬件。它是为了给拥有固定数量寄存器和子寄存器（比如x86上的AX、EAX和RAX）的CPU编译而设计的。要让Clang为拥有无限寄存器文件或者消费栈式字节码的VM生成代码，存在很大的不匹配。但我也知道，Clang可以直接生成文本形式的LLVM IR，也许我可以转而消费这个IR。 有一个开源项目叫PureDOOM（https://github.com/Daivuk/PureDOOM/tree/master），它是一个单头文件实现的《毁灭战士》，设计得易于移植。我用Clang编译了它，然后导出了LLVM IR。接着我试图找一个Rust crate来解析这个IR。不幸的是，我的两个选择是：要么用那个把整个LLVM作为依赖拉进来的crate（依赖性巨大），要么用一个纯Rust的crate，但它已经过时，无法解析Clang 21的输出。文本形式LLVM IR的缺点在于它没有长期稳定性保证。虽然变化不大，但格式确实会变。 作为实验，我试着让Claude Opus 4.8用Rust写一个文本形式LLVM IR的解析器。它大约20分钟就完成了任务，生成的代码看起来相当不错，于是我决定从那里继续。结果几天内我就拥有了一个相当完整的Clang后端（或者应该叫它包装器？）。最终得到的编译器支持大部分C标准库，并且拥有一个兼容pthread的线程和互斥锁API。它主要的弱点是，它对你系统上安装的Clang版本敏感，但我认为应该可以通过调整解析器使其更灵活，并兼容更广泛的Clang版本。 这周我正在参加StartupFest大会的一个黑客马拉松，我决定最后做一下这个实验：尝试把《毁灭战士》编译到UVM上运行。借助Claude Code的帮助，我在一个多小时后就搞定了。剩下的时间我做了几轮优化工作。最初让《毁灭战士》编译成功时，在我的MacBook Air M5上只能跑大约27 FPS。这个帧率完全可以玩，但考虑到《毁灭战士》最初设计是在486上运行的，还是有点让人失望。经过几轮优化，我把它提升到了大约86 FPS。其中我修改了PureDOOM，使用调色板查找表，并且改进了帧缓冲上采样代码，用memcpy来复制像素行，而不是多次单独写出相同的像素行。 为了完整性，我还用Fable生成了一个MIDI合成器，这样我们就能听到《毁灭战士》那超带感的原声了，因为没这音乐游戏感觉就不一样了。我把uvm-doom（https://github.com/maximecb/uvm-doom）开源了，如果你想试试的话。如果遇到任何问题，欢迎在UVM仓库开一个issue，但请尽可能提供关于你配置的详细信息（例如操作系统和Clang版本）。至于下一步，我打算重构UVM，改用基于寄存器的指令集。人人都喜欢基于栈的解释器，因为它们某种程度上很直观，也许是一个很好的教学工具，但它们也会留下相当一部分性能没有充分发挥。 Copyright © 2011–2026 Maxime Chevalier-Boisvert。保留所有权利。