深刻分析 Javac 編譯原理

時間 2019-11-16

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Javac是什麼

一般，一個java文件會經過編譯器編譯成字節碼文件.class，再又java虛擬機JVM翻譯成計算機可執行的文件。java

咱們所知道的java語言有它本身的語法規範，一樣的JVM也有它的語法規範，如何讓java的語法規則去適應語法解析規則，這就是javac的做用，簡而言之，javac的做用就是將java源代碼轉化成class字節碼文件。bash

Javac編譯器的基本結構

編譯步驟

1. 詞法分析器：

1.1做用：

將源碼轉化爲Token流jvm

1.2流程

讀取源代碼，從源文件的一個字符開始，按照java語法規範依次找出package，import，類定義，屬性，方法定義等，最後構建出一個抽象語法樹函數

1.3舉例

package compile;

/**
 * 詞法解析器
 */
 public class Cifa{
     int a;
     int c = a + 1;
 }
複製代碼

轉化爲Token流：源碼分析

1.4源碼分析

com.sun.tools.javac.parser.JavacParser 規定哪些詞符合Java語言規範，具體讀取和歸類不一樣詞法的操做由scanner完成
com.sun.tools.javac.parser.Scanner 負責逐個讀取源代碼的單個字符,而後解析符合Java語言規範的Token序列，調用一次nextToken()都構造一個Token
com.sun.tools.javac.parser.Tokens$TokenKind 裏面包含了全部token的類型，譬如BOOLEAN,BREAK,BYTE,CASE。
com.sun.tools.javac.util.Names 用來存儲和表示解析後的詞法，每一個字符集合都會是一個Name對象，全部的對象都存儲在Name.Table這個內部類中。
com.sun.tools.javac.parser.KeyWords 負責將字符集合對應到token集合中，如，package zxy.demo.com; Token.PACKAGE = package， Token.IDENTIFIER = zxy.demo.com,(這部分又分爲讀取第一個token,爲zxy，判斷下一個token是否爲「.」，是的話接着讀取下一個Token.IDENTIFIER類型的token，反覆直至下一個token不是」.」,也就是說下一個不是Token.IDENIFIER類型的token，Token.SEMI = ；即這個TIDENTIFIER類型的token的Name讀完），KeyWords類負責此任務。

1.5問題

Javac是如何分辨這一個個Token呢？例如它時如何直到package是關鍵詞而不是自定義變量呢？

Javac在進行此法分析時會由JavacParser根據Java語言規範來控制什麼順序，地方會出現什麼Token，例如package就只能在文件的最開頭出現ui

Javac怎樣肯定哪些字符組合在一塊兒就是一個Token呢？它如何從一串字符流中劃分出Token來？

對於關鍵字，主要由關鍵字的語法規則，例如package就是若一個字符串package是連續的，那麼他就是關鍵字this

對於自定義變量名稱，自定義名稱之間用空格隔開，每一個語法表達式用分號結束spa

舉例：

int a = 1 + 2;翻譯

從package開始code

.....

int 就是經過語法關鍵字斷定的TOKEN:INT

int a之間經過空格隔開

a 就是自定義的變量被斷定爲TOKEN:IDENTIFIER

a =之間經過空格隔開(這時有的小夥伴就會說了，int a=b+c;這句話也不報錯啊，對的，大多數時候，這種不用空格分開確實可以編譯，這是由於java指出聲明變量的時候必須以字母、下劃線或者美圓符開頭，當JavacParser讀完a去讀=的時候就直到這個=不屬於變量了)將=斷定爲TOKEN:EQ

1被斷定爲TOKEN:INTLITERAL

.....

將;識別爲TOKEN:SEMI

.....

最後讀取到類結束，也就是}被斷定爲TOKEN:RBRACE

2.語法分析器：

剛纔，詞法解析器已經將Java源文件解析成了Token流。

如今，語法解析器就要將Token流組建成更加結構化的語法樹。也就是將這些Token流中的單詞裝成一句話，完整的語句。

2.1做用

將進行詞法分析後造成的Token流中的一個個Token組成一句句話，檢查這一句句話是否是符合Java語言規範。

2.2語法分析三部分

package
import
類（包含class、interface、enum），一下提到的類泛指這三類，並不僅僅是指class

2.3所用類庫

com.sun.tools.javac.tree.TreeMaker 全部語法節點都是由它生成的，根據Name對象構建一個語法節點
com.sun.tools.javac.tree.JCTree$JCIf 全部的節點都會繼承jctree和實現＊＊tree，譬如 JCIf extends JCTree.JCStatement implements IfTree

com.sun.tools.javac.tree.JCTree的三個屬性

Tree tag:每一個語法節點都會以整數的形式表示，下一個節點在上一個節點上加1；
複製代碼

pos：也是一個整數，它存儲的是這個語法節點在源代碼中的起始位置，一個文件的位置是0，而－1表示不存在
複製代碼

type：它表明的是這個節點是什麼java類型，如int，float，仍是string等
複製代碼

2.4 舉例

package compile;

/**
 * 語法
 */
public class Yufa {
    int a;
    private int c = a + 1;
    
    //getter
    public int getC() {
        return c;
    }
    //setter
    public void setC(int c) {
        this.c = c;
    }
}
複製代碼

每個包package下的全部類都會放在一個JCCompilationUnit節點下，在該節點下包含：package語法樹（做爲pid）、各個類的語法樹
每個從JCClassDecl發出的分支都是一個完整的代碼塊，上述是四個分支，對應咱們代碼中的兩行屬性操做語句和兩個方法塊代碼塊，這樣其實就完成了語法分析器的做用：將一個個Token單詞組成了一句句話（或者說成一句句代碼塊）
在上述的語法樹部分，對於屬性操做部分是完整的，可是對於兩個方法塊，省略了一些語法節點，例如：方法修飾符public、方法返回類型、方法參數。

注1：若類中有import關鍵字則途中還有import的語法節點

注2：全部語法節點的生成都是在TreeMaker類中完成的

3.語義分析器

3.1做用

將語法樹轉化爲註解語法樹，即在這顆語法樹上作一些處理

3.2步驟

給類添加默認構造函數(由com.sun.tools.javac.comp.Enter類完成)
處理註解(由com.sun.tools.javac.processing.JavacProcessingEnvironment類完成)
檢查語義的合法性並進行邏輯判斷(由com.sun.tools.javac.comp.Attr完成)
- 變量的類型是否匹配
- 變量在使用前是否初始化
- 可以推導出泛型方法的參數類型
- 字符串常量合併
數據流分析(由com.sun.tools.javac.comp.Flow類完成)
- 檢驗變量是否被正確賦值（eg.有返回值的方法必須肯定有返回值）
- 保證final變量不會被重複修飾
- 肯定方法的返回值類型
- 全部的檢查型異常是否拋出或捕獲
- 全部的語句都要被執行到（return後邊的語句就不會被執行到，除了finally塊兒）
對語法樹進行語義分析(由com.sun.tools.javac.comp.Flow執行)
- 去掉無用的代碼，如只有永假的if代碼塊
- 變量的自動轉換，如將int自動包裝爲Integer類型
- 去除語法糖，將foreach的形式轉化爲更簡單的for循環

最終，生成了註解語法樹

3.3所用類庫

com.sun.tools.javac.comp.Check，它用來輔助Attr類檢查語法樹中變量類型是否正確，如方法返回值是否和接收的引用值類型匹配
com.sun.tools.javac.comp.Resolve，用來檢查變量，方法或者類的訪問是否合法，變量是不是靜態變量
com.sun.tools.javac.comp.ConstFold，將一個字符串常量中的多個字符合併成一個字符串
com.sun.tools.javac.comp.Infer，幫助推導泛型方法的參數類型

3.4舉例

變量自動轉化

public class Yuyi{
    public static void main(String agrs[]){
        Integer i = 1;
        Long l = i + 2L;
        System.out.println(l);
    }
}
//通過自動轉換後
public class Yuyi{
    public Yuyi(){
        super();
    }
    public static void main(String agrs[]){
        Integer i = Integer.valueOf(1);
        Long l = Long.valueOf(i.intValue() + 2L);
        System.out.println(l);
    }
}
複製代碼

解除語法糖

public class Yuyi{
    public static void main(String agrs[]){
        int[] array = {1,2,3};
        for (int i : array){
            System.out.println(i);
        }
    }
}
//解除語法糖後
public class Yuyi{
    public Yuyi(){
        super();
    }
    public static void main(String agrs[]){
        int[] arrays = {1,2,3};
        for (int[] arr$ = array,len$=arr$.length,i$=0; i$<len$; ++i$){
            int i = arr$[i$];
            {
                System.out.println(i);
            }
        }
    }
}
複製代碼

內部類解析

public class Yuyi{
    public static void main(String agrs[]){
        Inner inner = new Inner();
        inner.print();
    }
    class Inner{
        public void print(){
            System.out.println("Yuyi$Inner.print");
        }
    }
}
//轉化後的代碼以下
public class Yuyi{
    public Yuyi(){
        super();
    }
    public static void main(String agrs[]){
        Yuyi$Inner inner = new Yuyi$Inner(this);
        inner.print();
    }
    {
    }
}
class Yuyi$Inner{
    /*synthetic*/ final Yuyi this$0;
    
    Yuyi$Inner(/*synthetic*/final Yuyi this$0){
        this.this$0 = this$0;
        super();
    }
    
    public void print(){
        System.out.println("Yuyi$Inner.print");
    }
}

複製代碼