Go 编译器概述

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![](https://raw.githubusercontent.com/studygolang/gctt-images2/master/go-overview-of-compile/go-compiler.png "'Golang 之旅'插图,由 Go Gopher 的 Renee French 创作") > *本文基于 Go 1.13* Go 编译器是 Go 生态系统中的一个重要工具,因为它是将程序构建为可执行二进制文件的基本步骤之一。编译器的历程是漫长的,它先用 C 语言编写,迁移到 Go,许多优化和清理将在未来继续发生,让我们来看看它的高级操作。 ## 阶段(phases) Go 编译器由四个阶段组成,可以分为两类: * 前端(frontend):这个阶段从源代码进行分析,并生成一个抽象的源代码语法结构,称为 [AST](https://en.wikipedia.org/wiki/Abstract_syntax_tree) * 后端(backend):第二阶段将把源代码的表示转换为机器码,并进行一些优化。 ![](https://raw.githubusercontent.com/studygolang/gctt-images2/master/go-overview-of-compile/layer.png) [编译器文档](https://github.com/golang/go/blob/release-branch.go1.13/src/cmd/compile/README.md) 为了更好理解每个阶段,我们看个简单的程序: ```go package main func main() { a := 1 b := 2 if true { add(a, b) } } func add(a, b int) { println(a + b) } ``` ## 解析 第一阶段非常简单,在 [文档](https://github.com/golang/go/blob/release-branch.go1.13/src/cmd/compile/README.md) 中有很好的解释: > 在编译的第一阶段,对源代码进行标记(词法分析)、解析(语法分析),并为每个源文件构建语法树。 lexer 是第一个运行用来标记源代码的包。下面是上边例子的 [标记化](https://gist.github.com/blanchonvincent/1f1cb850a436ffbb81df14eb586f52df) 输出: ![Go 源码标记化](https://raw.githubusercontent.com/studygolang/gctt-images2/master/go-overview-of-compile/Go%20source%20code%20tokenized.png) 一旦被标记化,代码将被解析、构建代码树。 ## AST(抽象语法树) 转换 可以通过 `go tool compile` 命令和标志 `-w` 展示 [抽象语法树](https://en.wikipedia.org/wiki/Abstract_syntax_tree) 的转换: ![构建 AST 的简单过程](https://raw.githubusercontent.com/studygolang/gctt-images2/master/go-overview-of-compile/sample%20of%20the%20generated%20AST.png) 此阶段还将包括内联等优化。在我们的示例中,由于我们没有看到 `CALLFUNC` 该方法的任何 `add` 指令,该方法 `add` 已经内联。让我们使用禁用内联的标志 `-l` 再次运行。 ![构建 AST 的简单过程](https://raw.githubusercontent.com/studygolang/gctt-images2/master/go-overview-of-compile/sample%20of%20the%20generated%20AST%202.png) AST 生成后,它允许编译器使用 SSA 表示转到较低级别的中间表示。 ## SSA(静态单赋值)的生成 [静态单赋值](https://en.wikipedia.org/wiki/Static_single_assignment_form) 阶段进行优化:消除死代码,删除不使用的分支,替换一些常量表达式等等。 使用 `GOSSAFUNC=main Go tool compile main.go && open ssa.html` 命令,生成 HTML 文档的命令将在 SSA 包中完成所有不同的过程,因此可以转储 SSA 代码: ![SSA 过程](https://raw.githubusercontent.com/studygolang/gctt-images2/master/go-overview-of-compile/SSA%20code.png) 生成的 SSA 位于 “start” 选项卡中: ![SSA 代码](https://raw.githubusercontent.com/studygolang/gctt-images2/master/go-overview-of-compile/SSA%20code.png) 在这里,高亮显示变量 `a` 和 `b` 以及 `if` 条件表达式,将向我们展示这些行是怎么变化的。这些代码也向我们描述了编译器如何管理 `println` 函数,该函数被分解为 4 个步骤:printlock、printint、printnl、printunlock。编译器会自动为我们添加一个锁,并根据参数的类型,调用相关的方法来正确输出。 在我们的示例中,由于编译时已知 `a` 和 `b`,所以编译器可以计算最终结果并将变量标记为不必要的。通过 `opt` 优化这部分: ![SSA code — “opt” 过程](https://raw.githubusercontent.com/studygolang/gctt-images2/master/go-overview-of-compile/SSA%20code%20%E2%80%94%20%E2%80%9Copt%E2%80%9D%20pass.png) 在这里,`v11` 已经被添加的 `v4` 和 `v5` 所替代,这两个 `v4` 和 `v5` 被标记为死代码。然后通过 `opt deadcode` 将删除这些代码。 ![SSA code — “opt deadcode” 过程](https://raw.githubusercontent.com/studygolang/gctt-images2/master/go-overview-of-compile/SSA%20code%20%E2%80%94%20%E2%80%9Copt%20deadcode%E2%80%9D%20pass.png) 对于 `if` 条件,`opt` 阶段将常量 `true` 标记为死代码,然后删除: ![删除布尔常量](https://raw.githubusercontent.com/studygolang/gctt-images2/master/go-overview-of-compile/constant%20boolean%20is%20removed.png) 然后,通过将不必要的块和条件标记为无效,另一次传递将简化控制流。这些块稍后将被另一个专用于死代码的阶段删除 ![删除不必要控制流](https://raw.githubusercontent.com/studygolang/gctt-images2/master/go-overview-of-compile/unnecessary%20control%20flow%20is%20removed.png) 完成所有过程之后,Go 编译器现在将生成一个中间汇编代码 ![Go 汇编码](https://raw.githubusercontent.com/studygolang/gctt-images2/master/go-overview-of-compile/Go%20asm%20code.png) 下一阶段将把机器码生成到二进制文件中。 ## 生成机器码 编译器的最后一步是生成目标(object)文件,在我们的例子中生成 `main.c`。从这个文件中,现在可以使用 `objdumptool` 对其进行反编译。下面是一个很好的图表,由 Grant Seltzer Richman 创建: ![compile 工具](https://raw.githubusercontent.com/studygolang/gctt-images2/master/go-overview-of-compile/go%20tool%20compile.png) ![objdump 工具](https://raw.githubusercontent.com/studygolang/gctt-images2/master/go-overview-of-compile/go%20tool%20objdump.png) *您可以在“[Dissecting Go Binaries](https://www.grant.pizza/dissecting-go-binaries/)”中找到有关对象文件和二进制文件的更多信息。* 生成目标文件后,现在可以使用 `go tool link` 将其直接传递给链接器,二进制文件将最终就绪。

via: https://medium.com/a-journey-with-go/go-overview-of-the-compiler-4e5a153ca889

作者:Vincent Blanchon  译者:TomatoAres  校对:polaris1119

本文由 GCTT 原创编译,Go语言中文网 荣誉推出


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