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§9 档位与互操作

9.1 三档模型

档位 目标 内存 并发 stdlib 层
full Linux / macOS / Windows / 移动 NDK 并发分代 GC(可插拔) 任务+通道+并行 core < alloc < std
web WasmGC(浏览器/边缘/沙箱) 宿主 GC JSPI / wasm threads core < alloc < stdweb
bare Cortex-M / RISC-V / 裸机 wasm 无(arena/静态池) 可选协作调度器库 core
  • 分层按档位组织(非特性开关);包可声明最低所需层。
  • 兼容方向(硬规则):bare ⊆ full ⊆ (任何档) 向上兼容——bare/own 代码任何档位可用;依赖 GC 分配(alloc 属性)的代码进 bare = E3040(§6.5 机械判定)。

9.2 web 档

  • 后端 WasmGC;GC 用宿主;任务挂起经 JSPI/栈切换;wasm threads 启用时恢复全量 Send 检查(§7.8)。
  • JS 桥:类型化(无 any 泄漏);JS 异常在边界转为 Result;JS 回调按 web 档 Send 近似规则;DOM/Canvas/Fetch 经 stdweb。
  • stdweb 最小 API(v0.5 钉死,P1-D 起可用):use stdweb.dom 后——dom.set_title(Str) -> Void、dom.title() -> Str。其余 DOM/Canvas/Fetch 以此模式逐版扩充(锚定测试:10_web_dom.ct)。
  • 自举侧现状(T45 注记,v0.9·六):所有权三约定之 2 落地——CBox[T](std ffi 域包):C→Ctron 移交 cbox_own、调用期借用 cbox_borrow(约定之 3)、移交赴 C cbox_into_raw、显式释放 cbox_free(#[trusted] 释放面);所有权哨 = C 侧登记表(值拷贝不复制哨状态,双 free/free 后使用响亮 panic),CBox 恒编译通道(解释桥指针截断)。解释口径 extern 直调桥 float 帧闭合(f:/g: 帧按声明型驱动 + Ri:/Rf:/Rg: 返回别 + ABI 正确 SIMD 类 cast + 浮返 "%.17g" 文本零损回传;>4 参浮形状响亮 panic);整返回升 long 全宽(int 截断缺口 bootstrap 侧销)。cimport union/struct/enum 关键字限定指针形参(union Vals* 剥词走 typedef 名表)。锚定:tests/ffi/(cbox 三目录/ext_finterp 双通道/cimport union 形参)。
  • 自举侧现状(v0.7 注记):动态面——#[dlsym] 运行期 thunk(dlsym(RTLD_DEFAULT))+ dlopen/dlclose/dlsym 内建;变参 extern(形参表尾 ...,非 extern = E4044);#[link_name(x)] 符号重命名与堆叠属性;导出面 #[export](非静态 C 符号包装,嵌入面);extern 返回 fn 解禁(声明位装箱,env 哨兵双路径);USize → size_t(码 "z");#[repr(packed)]/#[repr(align(N))];C 头自动消费 compiler/tools/cimport.ct(decl 级子集:原型/#define/标量 struct,真实 math.h 实测 71 绑定)。锚定:tests/ffi/(cimport/dyn_link/variadic/export/ext_fn_ret/layout)。
  • 自举侧现状(v0.6 注记):--profile=web 下 stdweb.dom 检查面与运行面已可用(dom 为内建命名空间,标题存运行态;full 档 = E2020 拦截);发射面产出 ctron_dom_set_title/ctron_dom_title C stub,真实 JS 桥由 WasmGC 后端(P1-D)替换。

9.3 bare 档

  • 交叉编译内建:ctron build --target <triple>,工具链自包含(内嵌 lld + minilibc 选项)。
  • 首批 bare 目标(tier-1):thumbv7em-none-eabi、riscv32imac-unknown-none;其余 LLVM 支持目标 tier-2。
  • ISR 约束、显式分配器、硬实时路径见 §6.6。

9.4 性能口径(R4 规范化)

路径 指标 性质
own/热点档 与 C 互有 5% 内 硬指标(P3 出口)
GC 档 与 C 差距 ≤15% 带退出条件的目标:未达标则收紧 GC 默认策略并引导热点走 own(§15 风险对策)
bare 零隐式分配、无 GC 停顿、可确定性构建 硬指标

9.5 硬件利用

  • Simd[E, N] 定长向量一等公民;自动向量化 + comptime 展开。
  • 异步 I/O 统一层:io_uring / kqueue / IOCP(运行时内建,API 无色)。
  • NUMA 感知分配与任务亲和(运行时选项)。

  • GPU(kernel 块 → SPIR-V/PTX):预留 v2,经 codegen 插件(§10.5)。

  • 自举侧现状(T51 注,2026-10-03):异步 I/O 统一层四后端落库 (lib/net/c_src/ctron_rt.c reactor)——kqueue(darwin)/ epoll(linux)/ io_uring(linux,运行时探测:NODROP 特性门 + 开机双 NOP 自检,不过响亮登记回退 epoll;env CTRON_RT_REACTOR=epoll|io_uring 压制;ctron_rt_reactor_name() 观测)/ POSIX poll(其他)。同构映射 = POLL_ADD 天然 one-shot ≙ EV_ONESHOT/EPOLLONESHOT, armed 吞发/last-wins 零新契约;reactor 单消费者阻塞 enter,免 100ms 兜底 tick。 CTRON_RT_NUMA=off|on|auto 选项位 + ctron_rt_numa_nodes() 拓扑探测已立 (linux /sys/devices/system/node),感知分配/任务亲和为志向(触发条件 = 多节点 靶机)。IOCP:windows 无 net 靶机,环境依赖登记。双臂同形冒烟挂 ci.sh (linux = epoll + io_uring 双点名;darwin = kqueue)。Simd v0 = 语义/标量模拟, 向量化评估结论与志向分级见 docs/simd-vectorization-analysis.md(§3.11 同注)。

9.6 FFI 与 #[trusted]

  • extern "c" 函数声明 + #[trusted] 标记 = safe 子集外唯一入口;包级审计(ctron lint --trusted)。声明语法(v0.5):
#[trusted]
extern "c" fn ctron_add(a: I64, b: I64) -> I64     // 无函数体;定义在 C 侧
  • C ABI 类型映射(节选):I8↔int8_t USize↔size_t F64↔double Bool↔bool(C99) T[N]↔T[N] T[]↔(ptr,len)(经包装);struct 按声明布局(#[repr(c)] 默认对 FFI 导出)。
  • 所有权三约定(bindgen 按此生成包装):
  • C-owned:C 分配 C 释放,Ctron 仅调用期借用;
  • Ctron-owned:跨边界移交所有权必须经包装类型(如 CBox[T]),drop 责任显式;
  • borrowed:临时借用,生命周期 = 调用期,包装层内不外泄。
  • 禁止把 arena 内存交 C 长期持有(释放即悬垂);需要时深拷贝出边界。
  • 自举侧现状(v0.7 注记):动态面——#[dlsym] 运行期 thunk(dlsym(RTLD_DEFAULT))+ dlopen/dlclose/dlsym 内建;变参 extern(形参表尾 ...,非 extern = E4044);#[link_name(x)] 符号重命名与堆叠属性;导出面 #[export](非静态 C 符号包装,嵌入面);extern 返回 fn 解禁(声明位装箱,env 哨兵双路径);USize → size_t(码 "z");#[repr(packed)]/#[repr(align(N))];C 头自动消费 compiler/tools/cimport.ct(decl 级子集:原型/#define/标量 struct,真实 math.h 实测 71 绑定)。锚定:tests/ffi/(cimport/dyn_link/variadic/export/ext_fn_ret/layout)。
  • 自举侧现状(v0.6 注记):extern 原型外链修复(旧实现 static 靠链接器宽容);C-ABI 回调——fn 类型形参按边界映射 ct_fn1..3,裸 fn 名零包装直传,捕获闭包 E4042 拦(无 env 槽);#[repr(c)] struct 声明面(E4041 误用拦/W8051 非 C-ABI 字段警示),发射面按声明序直出 C struct 同型即 ABI 兼容;Str 编组 str_from_c(arena 深拷,Ctron-owned);边界治理 W8052(容器类型)/W8053(返回 fn)。Bool 以 int 落界(三线统一,ABI 等价于 bool)。锚定测试:tests/ffi/(§9.8 承诺落点),性能:compiler/test/bench_ffi.sh(标量调用/struct 按值与纯 C 1.00×)。缺陷清单与主流语言对比见 docs/ffi-analysis.md。

9.7 产物与工具链(规范性概要)

  • 默认静态单二进制;体积口径:bare+core 运行时 < 100KB(硬指标),full 完整运行时 < 1MB(目标)。
  • 后端矩阵(全部插件化):Cranelift(dev)/ LLVM(release)/ WasmGC(web)/ Wasm MVP(嵌入式 wasm)/ CVM 解释器(comptime、ctron run 脚本、调试)。
  • 一条命令:ctron build/test/fmt/doc/lint/bench/run/publish/add/target/check;ctron check --format=json 见 §10.2。

9.8 与测试集的对应

tests/08_bare.ct(bare 显式 arena)、tests/08_bare_alloc.neg.ct(bare E3040);FFI 多文件用例 P1 起由 tests/ffi/ 承载(v0.6 已落地:行为四件 + 负例/lint 七件,tests/ffi/run.sh 与 suite.py ffi/ 小节双通道验收)。