第 1 章：概述与背景

QuickJS 是一个由 Fabrice Bellard（著名的 FFmpeg、QEMU、TinyCC 作者）与 Charlie Gordon 共同开发的轻量级 JavaScript 引擎。 它以 高标准兼容性、极小体积、易于嵌入 为核心目标，成为现代嵌入式系统、游戏引擎、配置脚本系统与工具型软件的理想脚本引擎。

QuickJS 的诞生源于一个明确的需求：

“让开发者在资源受限的设备上，也能运行现代 ECMAScript（ES2023）语法，而无需庞大的 JIT 引擎。”

1.1 基本信息

1.2 QuickJS 的设计目标

1. 符合 ECMAScript 标准

   • 支持 ES2023 的几乎所有特性（模块、Promise、async、Proxy、Map、WeakRef 等）。

2. 极小的二进制体积

   • 核心库编译后仅数百 KB，可直接静态链接。

3. 可嵌入与可移植

   • 可在 C/C++ 项目中作为脚本运行时，类似 Lua、AngelScript。

4. 安全与确定性执行

   • 不依赖外部线程或系统调用，可在沙箱中执行用户脚本。

5. 可扩展与可编译分发

   • 提供 qjsc 将 JS 源码编译为字节码或独立可执行文件。

第 2 章：设计理念与架构剖析

QuickJS 的架构基于“最小可实现 ECMAScript”理念。它不是简化版 JS，而是完整支持语言规范的轻量实现。

2.1 体系结构概览

┌──────────────────────────┐
│     JavaScript 源代码     │
└──────────────┬───────────┘
               │ Parser / Compiler
┌──────────────▼──────────────┐
│     字节码（Bytecode）       │
└──────────────┬──────────────┘
               │ Interpreter
┌──────────────▼──────────────┐
│  执行引擎（VM Core）         │
│  ├─ 堆管理 (GC)             │
│  ├─ 作用域与闭包模型        │
│  ├─ 对象与原型系统          │
│  ├─ Promise/Event Loop      │
└──────────────┬──────────────┘
               │
┌──────────────▼──────────────┐
│   Native API / C Bindings   │
└─────────────────────────────┘

flowchart TB
    A["JavaScript 源代码"] -->|Parser / Compiler| B["字节码 (Bytecode)"]
    B -->|Interpreter| C["执行引擎 (VM Core)"]
    C --> D["Native API / C Bindings"]

    %% VM Core 内部子模块
    subgraph C ["执行引擎 (VM Core)"]
        C1["堆管理 (GC)"]
        C2["作用域与闭包模型"]
        C3["对象与原型系统"]
        C4["Promise / Event Loop"]
    end

    C1 --> C2
    C2 --> C3
    C3 --> C4

2.2 内部模块划分

第 3 章：ECMAScript 标准支持详解

QuickJS 支持 ECMAScript 2023 的大部分特性：

QuickJS 是少数无 JIT 但仍完整支持 ES 模块的引擎之一。

第 4 章：核心运行时与内存模型

4.1 Runtime / Context 概念

QuickJS 的执行模型基于两层结构：

• JSRuntime：运行时对象，包含 GC、模块缓存、全局配置。
• JSContext：执行上下文，保存变量作用域、对象、异常状态等。

一个运行时可拥有多个上下文，用于隔离脚本环境。

4.2 垃圾回收机制

QuickJS 使用 标记-清除（Mark-Sweep）GC，并提供手动触发接口：

JS_RunGC(rt); // 手动执行一次 GC

它支持弱引用与 Finalizer，可安全管理 C 资源绑定。

4.3 类型系统与 JSValue

JSValue 是所有 JavaScript 值的统一封装类型。

typedef union JSValue {
    int64_t tag;
    void *ptr;
} JSValue;

通过 JS_TAG_* 区分类型（如 JS_TAG_STRING, JS_TAG_OBJECT 等）。 开发者通过 JS_ToInt32, JS_ToCString, JS_NewInt32 等 API 进行类型转换。

第 5 章：嵌入式 API 与原生扩展接口

QuickJS 通过 quickjs.h 提供完整 C API，可实现：

• 执行字符串脚本；
• 注册原生函数；
• 绑定 C 结构到 JS 对象；
• 加载 JS 模块；
• 自定义内存分配与错误处理。

5.1 执行脚本示例

JSValue val = JS_Eval(ctx, "1 + 2", strlen("1 + 2"),
                      "<eval>", JS_EVAL_TYPE_GLOBAL);

5.2 注册原生函数

static JSValue js_log(JSContext *ctx, JSValueConst this_val,
                      int argc, JSValueConst *argv) {
    const char *str = JS_ToCString(ctx, argv[0]);
    printf("[LOG] %s\n", str);
    JS_FreeCString(ctx, str);
    return JS_UNDEFINED;
}

JS_NewCFunction(ctx, js_log, "log", 1);
JS_SetPropertyStr(ctx, global_obj, "log",
                  JS_NewCFunction(ctx, js_log, "log", 1));

JS 侧调用：

log("Hello from C!");

第 6 章：命令行工具 qjs 与 qjsc

6.1 qjs 解释器

qjs 类似 Node.js CLI，可直接运行 JS 文件：

$ qjs script.js

内置模块：

• std：文件、控制台、进程 API；
• os：系统调用与路径操作。

6.2 qjsc 编译器

将 JS 编译为字节码或可执行程序：

$ qjsc -o hello hello.js
$ ./hello

也可输出 C 源文件：

$ qjsc -o hello.c hello.js
$ gcc hello.c -lquickjs -o hello

支持选项：

• -c：生成 .c 文件；
• -m：启用模块模式；
• -fno-std：不包含 std 模块；
• -e：编译为字节码并执行。

第 7 章：模块系统与加载机制

QuickJS 模块完全遵循 ECMAScript Module 规范。

// math.js
export function add(a, b) { return a + b; }

// main.js
import { add } from './math.js';
console.log(add(1, 2));

qjs 执行时根据当前目录解析模块路径。 嵌入式环境可通过 JS_SetModuleLoaderFunc 自定义模块加载逻辑（如从内存或数据库中加载）。

第 8 章：Big 系列类型与 math 模式

QuickJS 独有的数值扩展包括：

• BigInt：大整数（标准）
• BigFloat：任意精度浮点
• BigDecimal：任意精度十进制
• operator overloading：可自定义 +, -, *, / 等操作符行为。

"use math";
let x = 1.2345bf;  // BigFloat
let y = 2.0bf;
print(x * y);

通过 "use math" 可启用高精度模式。

第 9 章：与其他引擎对比

QuickJS 在标准支持度 + 体积 + 可嵌入性之间取得最佳平衡。

第 10 章：应用场景与案例实践

1. 游戏脚本系统（如 Defold、Skynet 项目）

   • 将 QuickJS 作为规则引擎；
   • 玩家行为逻辑通过 JS 编写并热加载；
   • 服务器端可限制 CPU/内存以防滥用。

2. 可配置规则系统

   • 业务规则由 JS 脚本配置；
   • 动态执行时无需重新编译 C 程序。

3. 轻量 CLI 工具

   • 通过 qjsc 将 JS 编译为单文件执行程序；
   • 类似“无 Node 的脚本工具”。

4. 嵌入式设备

   • IoT、智能家居中用于运行脚本逻辑；
   • 支持 ARM/MIPS/RISC-V。

第 11 章：性能优化与工程集成策略

11.1 优化策略

• 使用 预编译字节码 提升加载速度；
• 合理使用 JS_RunGC() 控制内存；
• 在多上下文场景复用 Runtime；
• 避免频繁 C ⇄ JS 切换。

11.2 与其他语言集成

• C/C++：直接链接；
• Go：通过 CGO 封装（如 quickjs-go）；
• Rust：通过 quickjs-rs；
• Python：通过 ctypes 或 pybind 调用。

第 12 章：生态、社区与未来方向

12.1 QuickJS-NG

社区维护分支，提供：

• 更完善的测试；
• Windows/macOS 打包；
• WebAssembly 目标。

12.2 WebAssembly 计划

QuickJS 已能编译为 Wasm 运行于浏览器或沙盒中， 可实现“JS 解释 JS”实验性环境。

12.3 未来方向

• 更好的多线程支持；
• 可选的 JIT（外部模块）；
• 内置 TypeScript 预编译；
• 与 Rust/Wasm 的深度融合。

结语

QuickJS 并不是要取代 V8，而是填补 “轻量标准兼容 JS 引擎” 这一空白。 它让开发者能在极低资源成本下运行现代 JavaScript， 在工具、游戏、嵌入式与边缘计算领域中拥有广阔前景。

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