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10 - 模块与导入系统

Viper 的模块系统基于 Python 的 import 语法，但编译时通过 TransPyC 的符号表和类型系统实现跨模块的类型解析。

注：extern/export/define 关键字属语言语法（includes/ast parser 中的软关键字；define 为宏函数），而非 t 模块的类型注解。

导入语法

标准导入

import t, c                              # Viper 内置类型和操作模块
import asm                               # 汇编辅助模块
import string                            # 字符串操作模块

模块导入

import bootinfo
import intr
import platform.pch as pch
import drivers.serial.uart.serial as serial

from 导入

from stdint import *                     # 导入所有 stdint 类型别名
from drivers.video.vesafb.vga import _VGAScreenDriver

相对导入

from . import submodule
from .. import parent_module

特殊模块

t 模块

类型定义模块，提供所有 C 类型对应的 Viper 类型。每个 Viper 文件通常都需要导入：

import t

c 模块

C 语言操作模块，提供指针操作、内联汇编、预处理指令等：

import c

asm 模块

汇编辅助模块，提供常用汇编指令的封装：

import asm

asm.sti()          # __asm__ __volatile__("sti");
asm.hlt()          # __asm__ __volatile__("hlt");
asm.cli()          # __asm__ __volatile__("cli");
asm.nop()          # __asm__ __volatile__("nop");
asm.BSSClean()     # 清零 BSS 段

string 模块

字符串/内存操作模块，对应 C 标准库的 string.h：

确认：string 模块确实使用 Viper c.Asm 内联汇编进行加速（memset/memcpy/memmove 等，见 includes/string.vp）。因使用 x86_64 专有汇编，某些函数在其它架构可能需要手动重新编写。

import string

string.memset(c.Addr(buf), 0, 64)        # memset(&buf, 0, 64);
string.memcpy(dst, src, size)            # memcpy(dst, src, size);
string.memmove(dst, src, size)           # memmove(dst, src, size);
string.memcmp(a, b, size)                # memcmp(a, b, size);
string.strcmp(a, b)                      # strcmp(a, b);
string.strcpy(dst, src)                  # strcpy(dst, src);

stdint 模块

提供 C stdint.h 中的类型别名：

from stdint import *

# 提供以下类型别名：
# UINT8PTR, UINT16PTR, UINT32PTR, UINT64PTR
# INT8PTR, INT16PTR, INT32PTR, INT64PTR
# 等等

viperlib 模块

ViperOS 标准库，提供常用 C 库函数：

import viperlib

viperlib.snprintf(c.Addr(buf), 64, "value=%d", 42)    # snprintf(&buf, 64, "value=%d", 42);

vpsdk 模块

vpsdk 模块 专供于基于 Viper 开发的示例操作系统 ViperOS，不可用于其它平台，且需要特殊配置。

ViperOS 应用 SDK，提供系统调用和窗口管理：

import vpsdk.window as window
import vpsdk.process as process
import vpsdk.dynlib as dynlib
import vpsdk.syscall as syscall

ast 模块（自研解析器）

includes/ast 是完全自研的 Python 解析器（词法器 + 语法器 + AST 构造，现行 9 个文件约 8K 行；"约 4176 LOC"为 2026-06 历史口径），覆盖 CPython 几乎全部语法。这是向 TransPyV 完全自举的关键组件——自举后编译器不再依赖 Python 运行时解析源文件。

from ast import parse, parse_expression

root: AST* = parse(src, pool)              # 解析整个源文件
expr: AST* = parse_expression(src, pool)   # 解析单个表达式

AST 采用胖节点设计：70+ 变体共用一个 struct，用 vtype（ASTVType 枚举）区分类型，通用字段直接属性访问。详见 13-bootstrapping.md 和 Test/AstTest。

llvmlite 模块（自研 IR 生成库）

includes/llvmlite 是完全自研的 LLVM IR 文本生成库（现行约 5.9K 行；"约 1500 LOC"为 2026-06 历史口径），封装类型/值/模块/函数/基本块/构造器的创建与打印。同样是自举的关键组件。

from llvmlite import LLVMTypeCore, LLVMModuleCore

type_core: LLVMTypeCore = LLVMTypeCore(pool)
i32: LLVMType* = type_core.Int32()
ptr_ty: LLVMType* = type_core.Ptr(i32)

mod_core: LLVMModuleCore = LLVMModuleCore(pool)
mod: Module* = mod_core.NewModule("main")
func: Function* = mod_core.CreateFunction(mod, "main", ret_ty)

类型系统用 t.REnum（LLVMType，少变体适合 match），指令 opcode 用 t.CEnum（IROp），对象分配用普通类 + mpool。详见 includes/llvmlite/README.md 的选型论证。

linkedlist 模块（novirtual + PEP 695 泛型示范）

includes/linkedlist 提供链表实现，是 novirtual 非多态继承和 PEP 695 递归泛型继承的典范用例：

from linkedlist import LinkedNode, GSList

novirtual class Node(LinkedNode):     # 非多态继承，零 vtable 开销
    value: int

lst: GSList[Node]* = &GSList[Node]()
node: Node* = &Node()
node.value = 42
lst.append(node)              # 类型安全：append 只接受 Node

包含 LinkedNode/SListNode（双向/单向节点）和 GSList[T]（泛型链表，支持递归泛型继承 class GNode(GSListNode[GNode])）。详见 05-classes.md 的泛型类章节 和 06-oop.md 的 novirtual 章节。

w32 模块（Win32 FFI 绑定）

includes/w32 提供 Win32 API 绑定，全部用 extern def 软关键字声明（解析器内部改写为 t.State 标记）：

from w32.win32file import CreateFileA, ReadFile, WriteFile
from w32.win32console import WriteConsole
from w32.win32memory import HeapAlloc, HeapFree
from w32.win32process import CreateProcess
from w32.win32sync import CreateMutex, WaitForSingleObject

handle: HANDLE = CreateFileA("test.txt", GENERIC_READ, FILE_SHARE_READ,
                             None, OPEN_EXISTING, FILE_ATTRIBUTE_NORMAL, None)

子模块：win32base（基础类型/常量）、win32file（文件 IO）、win32console（控制台）、win32memory（内存）、win32process（进程/线程）、win32sync（同步对象）、fileio（高层文件操作封装）。详见 08-c-operations.md 的 FFI 章节。

coro/stdio/stdlib/memhub/testcheck 等内置模块

特殊模块清单末尾补充：

• coro：协程运行时，提供 coro_run/coro_sleep/coro_destroy/coro_exception/coro_exception_msg/coro_gather
• stdio / stdlib：C 标准库风格的 IO 与通用库函数
• memhub：内存管理中枢
• testcheck：测试辅助（断言/检查用例）

模块解析流程

编译时模块加载

Viper 的 import 是编译时操作，不涉及运行时模块加载。完整的模块解析流程与两阶段编译紧密耦合：

1. 阶段一：从入口文件出发，通过 import 语句递归发现所有可达的源文件
2. 阶段一：对每个源文件生成 <SHA1>.vpi 签名存根和 <SHA1>.stub.ll LLVM IR 声明
3. 阶段二：加载所有 .vpi 和 .stub.ll，构建共享符号表
4. 阶段二：翻译源文件时，通过符号表解析跨模块的类型和函数引用
5. 阶段二：将被引用模块的 .stub.ll 声明嵌入到生成的 .ll 文件头部

注：阶段一主要产出 .vpi；.stub.ll/.text.ll 由阶段二 Phase A 写盘。.vpi/.stub 按需加载而非全量；共享符号表为内存 StubMergerStore；_sha1_map.txt 仅人类可读（映射本体在内存 Sha1Store）。

类型存根文件（.vpi）

.vpi 文件是模块的声明接口，由 PythonToStubConverter 在阶段一生成。TPV 自举路径使用自研 StubGen/Converter.vp（从 AST 直接生成，不依赖 CPython 的 PythonToStubConverter）。存根文件的内容规则：

元素	存根表示
t.CDefine 常量	保留完整定义（含赋值）
t.CDefine 函数	保留完整函数体
普通函数	仅保留签名：def foo(...) -> T: pass
全局变量	TPC 一代 PythonToStubConverter 会添加 t.CExtern；TPV 自研 StubGen/Converter.vp 不再添加（跨模块 external declare 由 VpiReader 依 vpi 全局自动注入）
类定义	保留成员类型注解和方法签名

SHA1 命名空间与导入

每个模块的函数和结构体在 LLVM IR 中自动加上 SHA1 前缀，消除跨模块符号冲突。SHA1 取文件内容 sha1 摘要的前 8 字节（16 个十六进制字符）。豁免（保留裸名）的符号：t.CExport / t.CExtern / t.State 标记的函数、以及 main。详见 01-overview.md 中 SHA1 命名空间机制。

跨模块约束

• static 不得跨模块：static 符号（函数 / 全局变量）仅限定义模块内可见，mod.x 取值、mod.f() 调用、from mod import x 三种形态都会编译期 NameError fail-fast。
• extern 全局：extern NAME: T 生成裸名 @NAME = external global T，跨模块引用侧由 vpi 注入同名 external 声明。
• extern 重名的解析顺序（临时规则，待修正）：当多个模块声明了同名 extern 符号时，调用点按依赖 / 导入顺序取「最近」的那个实体。顺序不同可能解析到不同实现 ⇒ 当前请避免多模块重复声明同名 extern；该行为是临时约定，日后会修正为可显式区分来源的机制。
• 循环 import 防护：翻译阶段禁止把模块自己的 vpi 反向注入（循环 import 会在同模块制造同名 declare）；本文件自己声明的 extern 裸名优先于依赖 vpi 注入的同名声明。
• 跨模块调用的 declare 形参以定义侧为准：调用点按 vpi 定义侧形参注解对实参 coerce，保证 call / declare / define 三者类型一致。

符号表

所有模块的类型信息统一存储在 SymbolTable 中，包含：

• 结构体/联合体/枚举定义
• 函数签名
• 全局变量
• typedef 别名
• t.CDefine 常量

跨模块类型引用

# 在 fat32_types.vp 中定义
class fat32_fileinfo:
    fname: [13]char
    attr: uint8
    file_size: uint32

# 在其他模块中引用
import fat32_types
info: fat32_types.fat32_fileinfo

跨模块引用的结构体在 LLVM IR 中使用 SHA1 前缀的类型名：

%"<SHA1_of_fat32_types>.fat32_fileinfo" = type { [13 x i8], i8, i32 }

项目 includes 配置

在 project.json 中配置模块搜索路径：

{
    "includes": ["../.."],
    "source_dir": "./Kernel"
}

编译器会在 includes 指定的目录中搜索导入的模块。