目录如下：

  • 认识 go build

  • 编译器原理

  • 词法分析

  • 语法分析

  • 语义分析

  • 中间码生成

  • 代码优化

  • 机器码生成

  • 总结

认识 go build 
go build

这个命令会编译go代码，今天就来一起看看go的编译过程吧！

首先先来认识一下go的代码源文件分类

_test.go
go build
可选项说明
-a将命令源码文件与库源码文件全部重新构建，即使是最新的
-n把编译期间涉及的命令全部打印出来，但不会真的执行，非常方便我们学习
-race开启竞态条件的检测，支持的平台有限制
-x打印编译期间用到的命名，它与 -n 的区别是，它不仅打印还会执行

接下来就用一个 hello world 程序来演示一下上面的命令选项。

go build-n

来分析下整个执行过程

compilebuildidlinka.out
mv
compilebuildid、link
编译器原理

这是go编译器的源码路径：https://github.com/golang/go/tree/master/src/cmd/compile

如上图所见，整个编译器可以分为：编译前端与编译后端；现在我们看看每个阶段编译器都做了些什么事情。先来从前端部分开始。

词法分析

Token
GolangToken
Token

首先先来给Go的token类型分个类：变量名、字面量、操作符、分隔符以及关键字。我们需要把一堆源代码按照规则进行拆分，其实就是分词，看着上面的例子代码我们可以大概制定一个规则如下：

()
TokenGolanglex

语法分析

TokenAST
TokenAST
TokenSTRINGfunc
ASTToken
ASTToken

这颗树构造后，我们可以看到不同的类型是由对应的结构体来进行表示的。这里如果有语法、词法错误是不会被解析出来的。因为到目前为止说白了都是进行的字符串处理。

语义分析

编译器里边都把语法分析后的阶段叫做 语义分析，而go的这个阶段叫 类型检查；但是我看了一下go自己的文档，其实做的事情没有太大差别，我们还是按照主流规范来写这个过程。

那么语义分析（类型检查）究竟要做些什么呢？

AST
Golang

The AST is then type-checked. The first steps are name resolution and type inference, which determine which object belongs to which identifier, and what type each expression has. Type-checking includes certain extra checks, such as “declared and not used” as well as determining whether or not a function terminates.

大意是：生成AST之后是类型检查（也就是我们这里说的语义分析），第一步是进行名称检查和类型推断，签定每个对象所属的标识符，以及每个表达式具有什么类型。类型检查也还有一些其它的检查要做，像“声明未使用”以及确定函数是否中止。

Certain transformations are also done on the AST. Some nodes are refined based on type information, such as string additions being split from the arithmetic addition node type. Some other examples are dead code elimination, function call inlining, and escape analysis.

这一段是说：AST也会进行转换，有些节点根据类型信息进行精简，比如从算术加法节点类型中拆分出字符串加法。其它一些例子像dead code的消除，函数调用内联和逃逸分析。

上面两段文字来自 golang compile ：https://github.com/golang/go/tree/master/src/cmd/compile

这里多说一句，我们常常在debug代码的时候，需要禁止内联，其实就是操作的这个阶段。

1.  `# 编译的时候禁止内敛`

2.  `go build -gcflags '-N -l'`

4.  `-N 禁止编译优化`

5.  `-l 禁止内联,禁止内联也可以一定程度上减小可执行程序大小`

经过语义分析之后，就可以说明我们的代码结构、语法都是没有问题的。所以编译器前端主要就是解析出编译器后端可以处理的正确的AST结构。

接下来我们看看编译器后端又有哪些事情要做。

机器只能够理解二进制并运行，所以编译器后端的任务简单来说就是怎么把AST翻译成机器码。

中间码生成

既然已经拿到AST，机器运行需要的又是二进制。为什么不直接翻译成二进制呢？其实到目前为止从技术上来说已经完全没有问题了。

makeslice64makeslice

中间码存在的另外一个价值是提升后端编译的重用，比如我们定义好了一套中间码应该是长什么样子，那么后端机器码生成就是相对固定的。每一种语言只需要完成自己的编译器前端工作即可。这也是大家可以看到现在开发一门新语言速度比较快的原因。编译是绝大部分都可以重复使用的。

而且为了接下来的优化工作，中间代码存在具有非凡的意义。因为有那么多的平台，如果有中间码我们可以把一些共性的优化都放到这里。

Golang

代码优化

在go的编译文档中，我并没找到独立的一步进行代码的优化。不过根据我们上面的分析，可以看到其实代码优化过程遍布编译器的每一个阶段。大家都会力所能及的做些事情。

通常我们除了用高效代码替换低效的之外，还有如下的一些处理：

  • 并行性，充分利用现在多核计算机的特性

  • 流水线，cpu有时候在处理a指令的时候，还能同时处理b指令

  • 指令的选择，为了让cpu完成某些操作，需要使用指令，但是不同的指令效率有非常大的差别，这里会进行指令优化

  • 利用寄存器与高速缓存，我们都知道cpu从寄存器取是最快的，从高速缓存取次之。这里会进行充分的利用

机器码生成

经过优化后的中间代码，首先会在这个阶段被转化为汇编代码（Plan9），而汇编语言仅仅是机器码的文本表示，机器还不能真的去执行它。所以这个阶段会调用汇编器，汇编器会根据我们在执行编译时设置的架构，调用对应代码来生成目标机器码。

GolangGOARCH=xxx
cmd/compile/main.go:main()
1.  `var archInits = map[string]func(*gc.Arch){`

2.  `"386": x86.Init,`

3.  `"amd64": amd64.Init,`

4.  `"amd64p32": amd64.Init,`

5.  `"arm": arm.Init,`

6.  `"arm64": arm64.Init,`

7.  `"mips": mips.Init,`

8.  `"mipsle": mips.Init,`

9.  `"mips64": mips64.Init,`

10.  `"mips64le": mips64.Init,`

11.  `"ppc64": ppc64.Init,`

12.  `"ppc64le": ppc64.Init,`

13.  `"s390x": s390x.Init,`

14.  `"wasm": wasm.Init,`

15.  `}`

17.  `func main()  {`

18.  `// 从上面的map根据参数选择对应架构的处理`

19.  `archInit, ok := archInits[objabi.GOARCH]`

20.  `if  !ok {`

21.  `......`

22.  `}`

23.  `// 把对应cpu架构的对应传到内部去`

24.  `gc.Main(archInit)`

25.  `}`


cmd/internal/obj/plist.go
1.  `func Flushplist(ctxt *Link, plist *Plist, newprog ProgAlloc, myimportpath string)  {`

2.  `...  ...`

3.  `for _, s := range text {`

4.  `mkfwd(s)`

5.  `linkpatch(ctxt, s, newprog)`

6.  `// 对应架构的方法进行自己的机器码翻译`

7.  `ctxt.Arch.Preprocess(ctxt, s, newprog)`

8.  `ctxt.Arch.Assemble(ctxt, s, newprog)`

10.  `linkpcln(ctxt, s)`

11.  `ctxt.populateDWARF(plist.Curfn, s, myimportpath)`

12.  `}`

13.  `}`

整个过程下来，可以看到编译器后端有很多工作需要做的，你需要对某一个指令集、cpu的架构了解，才能正确的进行翻译机器码。同时不能仅仅是正确，一个语言的效率是高还是低，也在很大程度上取决于编译器后端的优化。特别是即将进入AI时代，越来越多的芯片厂商诞生，我估计以后对这方面人才的需求会变得越来越旺盛。

总结

总结一下学习编译器这部分古老知识带给我的几个收获：

Golang

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