update NOTICE
[nit.git] / src / vm.nit
index 754b8ec..b253533 100644 (file)
 # Implementation of the Nit virtual machine
 module vm
 
-intrude import naive_interpreter
-import model_utils
+import interpreter::naive_interpreter
 import perfect_hashing
 
 redef class ModelBuilder
-       redef fun run_naive_interpreter(mainmodule: MModule, arguments: Array[String])
+       fun run_virtual_machine(mainmodule: MModule, arguments: Array[String])
        do
                var time0 = get_time
                self.toolcontext.info("*** NITVM STARTING ***", 1)
 
                var interpreter = new VirtualMachine(self, mainmodule, arguments)
-               init_naive_interpreter(interpreter, mainmodule)
+               interpreter.start(mainmodule)
 
                var time1 = get_time
                self.toolcontext.info("*** NITVM STOPPING : {time1-time0} ***", 2)
@@ -41,13 +40,34 @@ class VirtualMachine super NaiveInterpreter
        # Perfect hashing and perfect numbering
        var ph: Perfecthashing = new Perfecthashing
 
-       # Handles memory and garbage collection
+       # Handles memory allocated in C
        var memory_manager: MemoryManager = new MemoryManager
 
-       # Subtyping test for the virtual machine
+       # The unique instance of the `MInit` value
+       var initialization_value: Instance is noinit
+
+       init
+       do
+               var init_type = new MInitType(mainmodule.model)
+               initialization_value = new MutableInstance(init_type)
+               super
+       end
+
+       # Runtime subtyping test
        redef fun is_subtype(sub, sup: MType): Bool
        do
+               if sub == sup then return true
+
                var anchor = self.frame.arguments.first.mtype.as(MClassType)
+
+               # `sub` or `sup` are formal or virtual types, resolve them to concrete types
+               if sub isa MParameterType or sub isa MVirtualType then
+                       sub = sub.resolve_for(anchor.mclass.mclass_type, anchor, mainmodule, false)
+               end
+               if sup isa MParameterType or sup isa MVirtualType then
+                       sup = sup.resolve_for(anchor.mclass.mclass_type, anchor, mainmodule, false)
+               end
+
                var sup_accept_null = false
                if sup isa MNullableType then
                        sup_accept_null = true
@@ -67,11 +87,6 @@ class VirtualMachine super NaiveInterpreter
                end
                # Now the case of direct null and nullable is over
 
-               # An unfixed formal type can only accept itself
-               if sup isa MParameterType or sup isa MVirtualType then
-                       return sub == sup
-               end
-               
                if sub isa MParameterType or sub isa MVirtualType then
                        sub = sub.anchor_to(mainmodule, anchor)
                        # Manage the second layer of null/nullable
@@ -90,45 +105,57 @@ class VirtualMachine super NaiveInterpreter
 
                assert sup isa MClassType
 
-               # Create the sup vtable if not create
+               # `sub` and `sup` can be discovered inside a Generic type during the subtyping test
                if not sup.mclass.loaded then create_class(sup.mclass)
-
-               # Sub can be discovered inside a Generic type during the subtyping test
                if not sub.mclass.loaded then create_class(sub.mclass)
 
-               if anchor == null then anchor = sub
-               if sup isa MGenericType then
-                       var sub2 = sub.supertype_to(mainmodule, anchor, sup.mclass)
-                       assert sub2.mclass == sup.mclass
-
-                       for i in [0..sup.mclass.arity[ do
-                               var sub_arg = sub2.arguments[i]
-                               var sup_arg = sup.arguments[i]
-                               var res = is_subtype(sub_arg, sup_arg)
-
-                               if res == false then return false
-                       end
-                       return true
-               end
-
+               # For now, always use perfect hashing for subtyping test
                var super_id = sup.mclass.vtable.id
                var mask = sub.mclass.vtable.mask
 
-               return inter_is_subtype(super_id, mask, sub.mclass.vtable.internal_vtable)
+               var res = inter_is_subtype_ph(super_id, mask, sub.mclass.vtable.internal_vtable)
+               if res == false then return false
+               # sub and sup can be generic types, each argument of generics has to be tested
+
+               if not sup isa MGenericType then return true
+               var sub2 = sub.supertype_to(mainmodule, anchor, sup.mclass)
+
+               # Test each argument of a generic by recursive calls
+               for i in [0..sup.mclass.arity[ do
+                       var sub_arg = sub2.arguments[i]
+                       var sup_arg = sup.arguments[i]
+                       var res2 = is_subtype(sub_arg, sup_arg)
+                       if res2 == false then return false
+               end
+               return true
        end
 
        # Subtyping test with perfect hashing
-       private fun inter_is_subtype(id: Int, mask:Int, vtable: Pointer): Bool `{
+       # * `id` is the identifier of the target class
+       # * `mask` is the perfect hashing mask of the receiver class
+       # * `vtable` is the pointer to the virtual table of the receiver class
+       fun inter_is_subtype_ph(id: Int, mask:Int, vtable: Pointer): Bool `{
                // hv is the position in hashtable
                int hv = id & mask;
 
                // Follow the pointer to somewhere in the vtable
                long unsigned int *offset = (long unsigned int*)(((long int *)vtable)[-hv]);
-               
+
                // If the pointed value is corresponding to the identifier, the test is true, otherwise false
                return *offset == id;
        `}
-       
+
+       # Subtyping test with Cohen test (direct access)
+       # * `id` is the identifier of the target class
+       # * `mask` is the absolute position of the target identifier in the virtual table
+       # * `vtable` is the pointer to the virtual table of the receiver class
+       fun inter_is_subtype_sst(id: Int, position: Int, vtable: Pointer): Bool `{
+               // Direct access to the position given in parameter
+               int tableid = (long unsigned int)((long int *)vtable)[position];
+
+               return id == tableid;
+       `}
+
        # Redef init_instance to simulate the loading of a class
        redef fun init_instance(recv: Instance)
        do
@@ -136,83 +163,185 @@ class VirtualMachine super NaiveInterpreter
 
                recv.vtable = recv.mtype.as(MClassType).mclass.vtable
 
-               assert(recv isa MutableInstance)
-               recv.internal_attributes = init_internal_attributes(null_instance, recv.mtype.as(MClassType).mclass.cached_attributes.length)
+               assert recv isa MutableInstance
 
+               recv.internal_attributes = init_internal_attributes(initialization_value, recv.mtype.as(MClassType).mclass.mattributes.length)
                super
        end
-               
+
+       # Associate a `PrimitiveInstance` to its `VTable`
+       redef fun init_instance_primitive(recv: Instance)
+       do
+               if not recv.mtype.as(MClassType).mclass.loaded then create_class(recv.mtype.as(MClassType).mclass)
+
+               recv.vtable = recv.mtype.as(MClassType).mclass.vtable
+       end
+
+       # Create a virtual table for this `MClass` if not already done
+       redef fun get_primitive_class(name: String): MClass
+       do
+               var mclass = super
+
+               if not mclass.loaded then create_class(mclass)
+
+               return mclass
+       end
+
        # Initialize the internal representation of an object (its attribute values)
-       private fun init_internal_attributes(null_instance: Instance, size: Int): Pointer
+       # `init_instance` is the initial value of attributes
+       private fun init_internal_attributes(init_instance: Instance, size: Int): Pointer
                import Array[Instance].length, Array[Instance].[] `{
-               
+
                Instance* attributes = malloc(sizeof(Instance) * size);
 
                int i;
                for(i=0; i<size; i++)
-                       attributes[i] = null_instance;
+                       attributes[i] = init_instance;
 
-               Instance_incr_ref(null_instance);
+               Instance_incr_ref(init_instance);
                return attributes;
        `}
 
        # Creates the runtime structures for this class
        fun create_class(mclass: MClass) do     mclass.make_vt(self)
 
-       # Return the value of the attribute `mproperty for the object `recv
+       # Execute `mproperty` for a `args` (where `args[0]` is the receiver).
+       redef fun send(mproperty: MMethod, args: Array[Instance]): nullable Instance
+       do
+               var recv = args.first
+               var mtype = recv.mtype
+               var ret = send_commons(mproperty, args, mtype)
+               if ret != null then return ret
+
+               var propdef = method_dispatch(mproperty, recv.vtable.as(not null), recv)
+
+               return self.call(propdef, args)
+       end
+
+       # Method dispatch, for a given global method `mproperty`
+       # returns the most specific local method in the class corresponding to `vtable`
+       private fun method_dispatch(mproperty: MMethod, vtable: VTable, recv: Instance): MMethodDef
+       do
+               if mproperty.intro_mclassdef.mclass.positions_methods[recv.mtype.as(MClassType).mclass] != -1 then
+                       return method_dispatch_sst(vtable.internal_vtable, mproperty.absolute_offset)
+               else
+                       return method_dispatch_ph(vtable.internal_vtable, vtable.mask,
+                               mproperty.intro_mclassdef.mclass.vtable.id, mproperty.offset)
+               end
+       end
+
+       # Execute a method dispatch with perfect hashing and return the appropriate `MMethodDef`
+       # * `vtable` Pointer to the internal virtual table of the class
+       # * `mask` Perfect hashing mask of the receiver class
+       # * `id` Identifier of the class which introduce the method
+       # * `offset` Relative offset of the method from the beginning of the block
+       fun method_dispatch_ph(vtable: Pointer, mask: Int, id: Int, offset: Int): MMethodDef `{
+               // Perfect hashing position
+               int hv = mask & id;
+               long unsigned int *pointer = (long unsigned int*)(((long int *)vtable)[-hv]);
+
+               // pointer+2 is the position where methods are
+               // Add the offset of property and get the method implementation
+               MMethodDef propdef = (MMethodDef)*(pointer + 2 + offset);
+
+               return propdef;
+       `}
+
+       # Execute a method dispatch with direct access and return the appropriate `MMethodDef`
+       # * `vtable` Pointer to the internal virtual table of the class
+       # * `absolute_offset` Absolute offset from the beginning of the virtual table
+       fun method_dispatch_sst(vtable: Pointer, absolute_offset: Int): MMethodDef `{
+               // pointer+2 is the position where methods are
+               // Add the offset of property and get the method implementation
+               MMethodDef propdef = (MMethodDef)((long int *)vtable)[absolute_offset];
+
+               return propdef;
+       `}
+
+       # Return the value of the attribute `mproperty` for the object `recv`
        redef fun read_attribute(mproperty: MAttribute, recv: Instance): Instance
        do
                assert recv isa MutableInstance
 
-               # Read the attribute value with perfect hashing
-               var id = mproperty.intro_mclassdef.mclass.vtable.id
-               
-               var i = read_attribute_ph(recv.internal_attributes, recv.vtable.internal_vtable,
+               var i: Instance
+
+               if mproperty.intro_mclassdef.mclass.positions_attributes[recv.mtype.as(MClassType).mclass] != -1 then
+                       # if this attribute class has an unique position for this receiver, then use direct access
+                       i = read_attribute_sst(recv.internal_attributes, mproperty.absolute_offset)
+               else
+                       # Otherwise, read the attribute value with perfect hashing
+                       var id = mproperty.intro_mclassdef.mclass.vtable.id
+
+                       i = read_attribute_ph(recv.internal_attributes, recv.vtable.internal_vtable,
                                        recv.vtable.mask, id, mproperty.offset)
-               
+               end
+
+               # If we get a `MInit` value, throw an error
+               if i == initialization_value then
+                       fatal("Uninitialized attribute {mproperty.name}")
+                       abort
+               end
+
                return i
        end
 
-       # Return the attribute value in `instance with a sequence of perfect_hashing
-       #     `instance is the attributes array of the receiver
-       #     `vtable is the pointer to the virtual table of the class (of the receiver)
-       #     `mask is the perfect hashing mask of the class
-       #     `id is the identifier of the class
-       #     `offset is the relative offset of this attribute
-       private fun read_attribute_ph(instance: Pointer, vtable: Pointer, mask: Int, id: Int, offset: Int): Instance `{
+       # Return the attribute value in `instance` with a sequence of perfect_hashing
+       # * `instance` is the attributes array of the receiver
+       # * `vtable` is the pointer to the virtual table of the class (of the receiver)
+       # * `mask` is the perfect hashing mask of the class
+       # * `id` is the identifier of the class
+       # * `offset` is the relative offset of this attribute
+       fun read_attribute_ph(instance: Pointer, vtable: Pointer, mask: Int, id: Int, offset: Int): Instance `{
                // Perfect hashing position
                int hv = mask & id;
                long unsigned int *pointer = (long unsigned int*)(((long int *)vtable)[-hv]);
-               
+
                // pointer+1 is the position where the delta of the class is
                int absolute_offset = *(pointer + 1);
 
                Instance res = ((Instance *)instance)[absolute_offset + offset];
-               
+
+               return res;
+       `}
+
+       # Return the attribute value in `instance` with a direct access (SST)
+       # * `instance` is the attributes array of the receiver
+       # * `offset` is the absolute offset of this attribute
+       fun read_attribute_sst(instance: Pointer, offset: Int): Instance `{
+               /* We can make a direct access to the attribute value
+                  because this attribute is always at the same position
+                  for the class of this receiver */
+               Instance res = ((Instance *)instance)[offset];
+
                return res;
        `}
 
-       # Replace in `recv the value of the attribute `mproperty by `value
+       # Replace in `recv` the value of the attribute `mproperty` by `value`
        redef fun write_attribute(mproperty: MAttribute, recv: Instance, value: Instance)
        do
                assert recv isa MutableInstance
 
-               var id = mproperty.intro_mclassdef.mclass.vtable.id
-               
                # Replace the old value of mproperty in recv
-               write_attribute_ph(recv.internal_attributes, recv.vtable.internal_vtable,
+               if mproperty.intro_mclassdef.mclass.positions_attributes[recv.mtype.as(MClassType).mclass] != -1 then
+                       # if this attribute class has an unique position for this receiver, then use direct access
+                       write_attribute_sst(recv.internal_attributes, mproperty.absolute_offset, value)
+               else
+                       # Otherwise, use perfect hashing to replace the old value
+                       var id = mproperty.intro_mclassdef.mclass.vtable.id
+
+                       write_attribute_ph(recv.internal_attributes, recv.vtable.internal_vtable,
                                        recv.vtable.mask, id, mproperty.offset, value)
+               end
        end
 
        # Replace the value of an attribute in an instance
-       #     `instance is the attributes array of the receiver
-       #     `vtable is the pointer to the virtual table of the class (of the receiver)
-       #     `mask is the perfect hashing mask of the class
-       #     `id is the identifier of the class
-       #     `offset is the relative offset of this attribute
-       #         `value is the new value for this attribute
-       private fun write_attribute_ph(instance: Pointer, vtable: Pointer, mask: Int, id: Int, offset: Int, value: Instance) `{
+       # * `instance` is the attributes array of the receiver
+       # * `vtable` is the pointer to the virtual table of the class (of the receiver)
+       # * `mask` is the perfect hashing mask of the class
+       # * `id` is the identifier of the class
+       # * `offset` is the relative offset of this attribute
+       # * `value` is the new value for this attribute
+       fun write_attribute_ph(instance: Pointer, vtable: Pointer, mask: Int, id: Int, offset: Int, value: Instance) `{
                // Perfect hashing position
                int hv = mask & id;
                long unsigned int *pointer = (long unsigned int*)(((long int *)vtable)[-hv]);
@@ -223,6 +352,31 @@ class VirtualMachine super NaiveInterpreter
                ((Instance *)instance)[absolute_offset + offset] = value;
                Instance_incr_ref(value);
        `}
+
+       # Replace the value of an attribute in an instance with direct access
+       # * `instance` is the attributes array of the receiver
+       # * `offset` is the absolute offset of this attribute
+       # * `value` is the new value for this attribute
+       fun write_attribute_sst(instance: Pointer, offset: Int, value: Instance) `{
+               // Direct access to the position with the absolute offset
+               ((Instance *)instance)[offset] = value;
+               Instance_incr_ref(value);
+       `}
+
+       # Is the attribute `mproperty` initialized in the instance `recv`?
+       redef fun isset_attribute(mproperty: MAttribute, recv: Instance): Bool
+       do
+               assert recv isa MutableInstance
+
+               # Read the attribute value with internal perfect hashing read
+               # because we do not want to throw an error if the value is `initialization_value`
+               var id = mproperty.intro_mclassdef.mclass.vtable.id
+
+               var i = read_attribute_ph(recv.internal_attributes, recv.vtable.internal_vtable,
+                                       recv.vtable.mask, id, mproperty.offset)
+
+               return i != initialization_value
+       end
 end
 
 redef class MClass
@@ -232,55 +386,108 @@ redef class MClass
        # True when the class is effectively loaded by the vm, false otherwise
        var loaded: Bool = false
 
-       # Cached attributes for faster instanciations of this class
-       var cached_attributes: Array[MAttribute] = new Array[MAttribute]
+       # Color for Cohen subtyping test : the absolute position of the id
+       # of this class in virtual tables
+       var color: Int
+
+       # For each loaded subclass, keep the position of the group of attributes
+       # introduced by self class in the object
+       var positions_attributes: HashMap[MClass, Int] = new HashMap[MClass, Int]
+
+       # For each loaded subclass, keep the position of the group of methods
+       # introduced by self class in the vtable
+       var positions_methods: HashMap[MClass, Int] = new HashMap[MClass, Int]
+
+       # The `MAttribute` this class introduced
+       var intro_mattributes = new Array[MAttribute]
+
+       # The `MMethod` this class introduced
+       var intro_mmethods = new Array[MMethod]
+
+       # All `MAttribute` this class contains
+       var mattributes = new Array[MAttribute]
+
+       # All `MMethod` this class contains
+       var mmethods = new Array[MMethod]
 
        # Allocates a VTable for this class and gives it an id
        private fun make_vt(v: VirtualMachine)
        do
                if loaded then return
 
-               # Superclasses contains all superclasses except self
-               var superclasses = new Array[MClass]
-               superclasses.add_all(ancestors)
+               # `superclasses` contains the order of superclasses for virtual tables
+               var superclasses = superclasses_ordering(v)
                superclasses.remove(self)
-               v.mainmodule.linearize_mclasses(superclasses)
 
                # Make_vt for super-classes
                var ids = new Array[Int]
                var nb_methods = new Array[Int]
                var nb_attributes = new Array[Int]
 
+               # Absolute offset of attribute from the beginning of the attributes table
+               var offset_attributes = 0
+
+               # Absolute offset of method from the beginning of the methods table,
+               # is initialize to 3 because the first position is empty in the virtual table
+               # and the second and third are respectively class id and delta
+               var offset_methods = 3
+
+               # The previous element in `superclasses`
+               var previous_parent: nullable MClass = null
+               if superclasses.length > 0 then previous_parent = superclasses[0]
                for parent in superclasses do
-                       if parent.vtable == null then parent.make_vt(v)
-                       
+                       if not parent.loaded then parent.make_vt(v)
+
                        # Get the number of introduced methods and attributes for this class
-                       var methods = 0
-                       var attributes = 0
+                       var methods = parent.intro_mmethods.length
+                       var attributes = parent.intro_mattributes.length
+
+                       # Updates `mmethods` and `mattributes`
+                       mmethods.add_all(parent.intro_mmethods)
+                       mattributes.add_all(parent.intro_mattributes)
 
-                       for p in parent.intro_mproperties(none_visibility) do
-                               if p isa MMethod then methods += 1
-                               if p isa MAttribute then
-                                       attributes += 1
-                               end
-                       end
-                       
                        ids.push(parent.vtable.id)
                        nb_methods.push(methods)
                        nb_attributes.push(attributes)
+
+                       # Update `positions_attributes` and `positions_methods` in `parent`.
+                       # If the position is invariant for this parent, store this position
+                       # else store a special value (-1)
+                       var pos_attr = -1
+                       var pos_meth = -1
+
+                       if previous_parent.as(not null).positions_attributes[parent] == offset_attributes then pos_attr = offset_attributes
+                       if previous_parent.as(not null).positions_methods[parent] == offset_methods then pos_meth = offset_methods
+
+                       parent.update_positions(pos_attr, pos_meth, self)
+
+                       offset_attributes += attributes
+                       offset_methods += methods
+                       offset_methods += 2 # Because each block starts with an id and the delta
                end
-               
+
                # When all super-classes have their identifiers and vtables, allocate current one
-               allocate_vtable(v, ids, nb_methods, nb_attributes)
+               allocate_vtable(v, ids, nb_methods, nb_attributes, offset_attributes, offset_methods)
                loaded = true
+
+               # Set the absolute position of the identifier of this class in the virtual table
+               color = offset_methods - 2
+
                # The virtual table now needs to be filled with pointer to methods
+               superclasses.add(self)
+               for cl in superclasses do
+                       fill_vtable(v, vtable.as(not null), cl)
+               end
        end
 
        # Allocate a single vtable
-       #       ids : Array of superclasses identifiers
-       #       nb_methods : Array which contain the number of introducted methods for each class in ids
-       #       nb_attributes : Array which contain the number of introducted attributes for each class in ids
-       private fun allocate_vtable(v: VirtualMachine, ids: Array[Int], nb_methods: Array[Int], nb_attributes: Array[Int])
+       # * `ids : Array of superclasses identifiers
+       # * `nb_methods : Array which contain the number of introduced methods for each class in ids
+       # * `nb_attributes : Array which contain the number of introduced attributes for each class in ids
+       # * `offset_attributes : Offset from the beginning of the table of the group of attributes
+       # * `offset_methods : Offset from the beginning of the table of the group of methods
+       private fun allocate_vtable(v: VirtualMachine, ids: Array[Int], nb_methods: Array[Int], nb_attributes: Array[Int],
+                       offset_attributes: Int, offset_methods: Int)
        do
                vtable = new VTable
                var idc = new Array[Int]
@@ -298,35 +505,75 @@ redef class MClass
                var nb_attributes_total = new Array[Int]
 
                var self_methods = 0
-               var self_attributes = 0
-               
-               # For self attributes, fixing offsets
-               var relative_offset = 0
-               for p in intro_mproperties(none_visibility) do
-                       if p isa MMethod then self_methods += 1
-                       if p isa MAttribute then 
-                               self_attributes += 1
-                               p.offset = relative_offset
-                               relative_offset += 1
-                               cached_attributes.push(p)
+               var nb_introduced_attributes = 0
+
+               # Fixing offsets for self attributes and methods
+               var relative_offset_attr = 0
+               var relative_offset_meth = 0
+
+               # Update `intro_mmethods` and `intro_mattributes`
+               # For each MClassdef this MClass has
+               for classdef in mclassdefs do
+                       # For each property this MClassdef introduce
+                       for p in classdef.intro_mproperties do
+                               # Collect properties and fixing offsets
+                               if p isa MMethod then
+                                       self_methods += 1
+                                       p.offset = relative_offset_meth
+                                       p.absolute_offset = offset_methods + relative_offset_meth
+                                       relative_offset_meth += 1
+
+                                       intro_mmethods.add(p)
+                               end
+                               if p isa MAttribute then
+                                       nb_introduced_attributes += 1
+                                       p.offset = relative_offset_attr
+                                       p.absolute_offset = offset_attributes + relative_offset_attr
+                                       relative_offset_attr += 1
+
+                                       intro_mattributes.add(p)
+                               end
                        end
                end
 
+               # Updates caches with introduced attributes of `self` class
+               mattributes.add_all(intro_mattributes)
+               mmethods.add_all(intro_mmethods)
+
                nb_methods_total.add_all(nb_methods)
                nb_methods_total.push(self_methods)
 
                nb_attributes_total.add_all(nb_attributes)
-               nb_attributes_total.push(self_attributes)
+               nb_attributes_total.push(nb_introduced_attributes)
 
-               # Since we have the number of attributes for each class, calculate the delta 
-               var d = calculate_delta(nb_attributes_total)
-               vtable.internal_vtable = v.memory_manager.init_vtable(ids_total, nb_methods_total, d, vtable.mask)
+               # Save the offsets of self class
+               update_positions(offset_attributes, offset_methods, self)
+
+               # Since we have the number of attributes for each class, calculate the delta
+               var deltas = calculate_delta(nb_attributes_total)
+               vtable.internal_vtable = v.memory_manager.init_vtable(ids_total, nb_methods_total, deltas, vtable.mask)
+       end
+
+       # Fill the vtable with methods of `self` class
+       # * `v` : Current instance of the VirtualMachine
+       # * `table` : the table of self class, will be filled with its methods
+       private fun fill_vtable(v:VirtualMachine, table: VTable, cl: MClass)
+       do
+               var methods = new Array[MMethodDef]
+               for m in cl.intro_mmethods do
+                       # `propdef` is the most specific implementation for this MMethod
+                       var propdef = m.lookup_first_definition(v.mainmodule, self.intro.bound_mtype)
+                       methods.push(propdef)
+               end
+
+               # Call a method in C to put propdefs of self methods in the vtables
+               v.memory_manager.put_methods(vtable.internal_vtable, vtable.mask, cl.vtable.id, methods)
        end
 
        # Computes delta for each class
        # A delta represents the offset for this group of attributes in the object
-       #    nb_attributes : number of attributes for each class (classes are linearized from Object to current)
-       #    return deltas for each class
+       # *`nb_attributes` : number of attributes for each class (classes are linearized from Object to current)
+       # * return deltas for each class
        private fun calculate_delta(nb_attributes: Array[Int]): Array[Int]
        do
                var deltas = new Array[Int]
@@ -339,20 +586,145 @@ redef class MClass
 
                return deltas
        end
+
+       # Order superclasses of self
+       # Return the order of superclasses in runtime structures of this class
+       private fun superclasses_ordering(v: VirtualMachine): Array[MClass]
+       do
+               var superclasses = new Array[MClass]
+
+               # Add all superclasses of `self`
+               superclasses.add_all(self.in_hierarchy(v.mainmodule).greaters)
+
+               var res = new Array[MClass]
+               if superclasses.length > 1 then
+                       # Starting at self
+                       var ordering = self.dfs(v, res)
+
+                       return ordering
+               else
+                       # There is no super-class, self is Object
+                       return superclasses
+               end
+       end
+
+       # A kind of Depth-First-Search for superclasses ordering
+       # *`v` : the current executed instance of VirtualMachine
+       # * `res` : Result Array, ie current superclasses ordering
+       private fun dfs(v: VirtualMachine, res: Array[MClass]): Array[MClass]
+       do
+               # Add this class at the beginning
+               res.insert(self, 0)
+
+               var direct_parents = self.in_hierarchy(v.mainmodule).direct_greaters.to_a
+
+               if direct_parents.length > 1 then
+                       # Prefix represents the class which has the most properties
+                       # we try to choose it in first to reduce the number of potential recompilations
+                       var prefix = null
+                       var max = -1
+                       for cl in direct_parents do
+                               # If we never have visited this class
+                               if not res.has(cl) then
+                                       var properties_length = cl.mmethods.length + cl.mattributes.length
+                                       if properties_length > max then
+                                               max = properties_length
+                                               prefix = cl
+                                       end
+                               end
+                       end
+
+                       if prefix != null then
+                               # Add the prefix class ordering at the beginning of our sequence
+                               var prefix_res = new Array[MClass]
+                               prefix_res = prefix.dfs(v, prefix_res)
+
+                               # Then we recurse on other classes
+                               for cl in direct_parents do
+                                       if cl != prefix then
+                                               res = new Array[MClass]
+                                               res = cl.dfs(v, res)
+
+                                               for cl_res in res do
+                                                       if not prefix_res.has(cl_res) then prefix_res.push(cl_res)
+                                               end
+                                       end
+                               end
+                               res = prefix_res
+                       end
+
+                       res.push(self)
+               else
+                       if direct_parents.length > 0 then
+                               res = direct_parents.first.dfs(v, res)
+                       end
+               end
+
+               if not res.has(self) then res.push(self)
+
+               return res
+       end
+
+       # Update positions of the class `cl`
+       # * `attributes_offset`: absolute offset of introduced attributes
+       # * `methods_offset`: absolute offset of introduced methods
+       private fun update_positions(attributes_offsets: Int, methods_offset:Int, cl: MClass)
+       do
+               positions_attributes[cl] = attributes_offsets
+               positions_methods[cl] = methods_offset
+       end
 end
 
 redef class MAttribute
-       # Represents the relative offset of this attribute in the runtime instance
+       # Relative offset of this attribute in the runtime instance
+       # (beginning of the block of its introducing class)
        var offset: Int
+
+       # Absolute offset of this attribute in the runtime instance (beginning of the attribute table)
+       var absolute_offset: Int
+end
+
+redef class MMethod
+       # Relative offset of this method in the virtual table (from the beginning of the block)
+       var offset: Int
+
+       # Absolute offset of this method in the virtual table (from the beginning of the vtable)
+       var absolute_offset: Int
 end
 
 # Redef MutableInstance to improve implementation of attributes in objects
 redef class MutableInstance
-       
+
        # C-array to store pointers to attributes of this Object
        var internal_attributes: Pointer
 end
 
+# Redef to associate an `Instance` to its `VTable`
+redef class Instance
+
+       # Associate a runtime instance to its virtual table which contains methods, types etc.
+       var vtable: nullable VTable
+end
+
+# Is the type of the initial value inside attributes
+class MInitType
+       super MType
+
+       redef var model: Model
+
+       redef fun to_s do return "InitType"
+       redef fun as_nullable do return self
+       redef fun need_anchor do return false
+       redef fun resolve_for(mtype, anchor, mmodule, cleanup_virtual) do return self
+       redef fun can_resolve_for(mtype, anchor, mmodule) do return true
+
+       redef fun collect_mclassdefs(mmodule) do return new HashSet[MClassDef]
+
+       redef fun collect_mclasses(mmodule) do return new HashSet[MClass]
+
+       redef fun collect_mtypes(mmodule) do return new HashSet[MClassType]
+end
+
 # A VTable contains the virtual method table for the dispatch
 # and informations to perform subtyping tests
 class VTable
@@ -369,15 +741,11 @@ class VTable
        var classname: String is noinit
 end
 
-redef class Instance
-       var vtable: nullable VTable
-end
-
 # Handle memory, used for allocate virtual table and associated structures
 class MemoryManager
 
        # Allocate and fill a virtual table
-       fun init_vtable(ids: Array[Int], nb_methods: Array[Int], nb_attributes: Array[Int], mask: Int): Pointer 
+       fun init_vtable(ids: Array[Int], nb_methods: Array[Int], nb_attributes: Array[Int], mask: Int): Pointer
        do
                # Allocate in C current virtual table
                var res = intern_init_vtable(ids, nb_methods, nb_attributes, mask)
@@ -386,7 +754,7 @@ class MemoryManager
        end
 
        # Construct virtual tables with a bi-dimensional layout
-       private fun intern_init_vtable(ids: Array[Int], nb_methods: Array[Int], deltas: Array[Int], mask: Int): Pointer 
+       private fun intern_init_vtable(ids: Array[Int], nb_methods: Array[Int], deltas: Array[Int], mask: Int): Pointer
                import Array[Int].length, Array[Int].[] `{
 
                // Allocate and fill current virtual table
@@ -396,7 +764,7 @@ class MemoryManager
                for(i = 0; i<nb_classes; i++) {
                        /* - One for each method of this class
                        *  - One for the delta (offset of this group of attributes in objects)
-                       *  - One for the id 
+                       *  - One for the id
                        */
                        total_size += Array_of_Int__index(nb_methods, i);
                        total_size += 2;
@@ -406,20 +774,20 @@ class MemoryManager
                // Add one because we start to fill the vtable at position 1 (0 is the init position)
                total_size += mask+2;
                long unsigned int* vtable = malloc(sizeof(long unsigned int)*total_size);
-               
+
                // Initialisation to the first position of the virtual table (ie : Object)
                long unsigned int *init = vtable + mask + 2;
                for(i=0; i<total_size; i++)
                        vtable[i] = (long unsigned int)init;
 
-               // Set the virtual table to its position 0 
+               // Set the virtual table to its position 0
                // ie: after the hashtable
                vtable = vtable + mask + 1;
-               
+
                int current_size = 1;
                for(i = 0; i < nb_classes; i++) {
                        /*
-                               vtable[hv] contains a pointer to the group of introducted methods
+                               vtable[hv] contains a pointer to the group of introduced methods
                                For each superclasse we have in virtual table :
                                        (id | delta | introduced methods)
                        */
@@ -428,11 +796,36 @@ class MemoryManager
                        vtable[current_size] = Array_of_Int__index(ids, i);
                        vtable[current_size + 1] = Array_of_Int__index(deltas, i);
                        vtable[-hv] = (long unsigned int)&(vtable[current_size]);
-                       
+
                        current_size += 2;
                        current_size += Array_of_Int__index(nb_methods, i);
                }
 
                return vtable;
        `}
+
+       # Put implementation of methods of a class in `vtable`
+       # * `vtable` : Pointer to the C-virtual table
+       # * `mask` : perfect-hashing mask of the class corresponding to the vtable
+       # * `id` : id of the target class
+       # * `methods` : array of MMethodDef of the target class
+       fun put_methods(vtable: Pointer, mask: Int, id: Int, methods: Array[MMethodDef])
+               import Array[MMethodDef].length, Array[MMethodDef].[] `{
+
+               // Get the area to fill with methods by a sequence of perfect hashing
+               int hv = mask & id;
+               long unsigned int *pointer = (long unsigned int*)(((long unsigned int *)vtable)[-hv]);
+
+               // pointer+2 is the beginning of the area for methods implementation
+               int length = Array_of_MMethodDef_length(methods);
+               long unsigned int *area = (pointer + 2);
+               int i;
+
+               for(i=0; i<length; i++)
+               {
+                       MMethodDef method = Array_of_MMethodDef__index(methods, i);
+                       area[i] = (long unsigned int)method;
+                       MMethodDef_incr_ref(method);
+               }
+       `}
 end