1 编译器分类

Java的编译过程：将源代码转化成机器可执行的二进制代码    
    
    
    
 。实际上    
    
    
    
，编译过程     


     


     


     


 ，是分阶段进行的




 




 




 




 ，由此产生了不同的编译器


     


     


     


     。

编译器分类：

类别 工作内容 代表 前端编译器 把源代码转变成字节码 JDK的Javac    
    
    
    
、Eclipse编译器（ECJ） 即时编译器 运行时把字节码转变成本地机器码 HotSpot虚拟机的C1     


     


     


     


 、C2编译器 提前编译器 直接把源代码编译成与目标机器指令集相关的二进制代码 JDK的Jaotc等

2 Javac编译器

2.1 Javac简介

Javac是程序猿使用最多的一款编译器
   

   

   

   

，但面向IDE编程使得我们很少直接使用javac     

     

     

     

，开发工具帮我们自动编译了 它由Java编写

IntelliJ IDEA 




  




  




  




  ，支持几种编译器：Javac




 




 




 




 、Eclipse ECJ
   

   

   

   

、Ajc 等

  


  


  


  

，默认使用Javac

2.2 Javac与程序开发

编译器如何跟程序员打交道？

前端编译器对程序效率提升影响极少
 




 




 




 




。虚拟机设计团队将性能优化放在即时编译器中     
     
     
     
，让那些不是由Javac产生的Class文件（如JRuby     

     

     

     

、Groovy等语言的Class文件）也能被编译器优化   

   

   

   

。 前端编译器对程序员开发效率提升影响极大：编译器的“语法糖    
    
    
    
 ”：泛型 




  




  




  




  、自动拆箱

  


  


  


  

、自动装箱     
     
     
     
、枚举类  




   




   




   




  、Lambda表达式等特征  




   




   




   




  ，简化编码 

     

     

     

     。

3 Javac工作过程

Javac工作过程就是源代码变为字节码的过程

  




  




  




  



。

3.1 解析与填充符号表

3.1.1 词法分析

将源代码的字符流转变为标记集合（Token）  


  


  


  


。 单个字符是编码的最小元素


 



 



 



 

，标记是编译时的最小元素  
     
     
     
    。关键字


 



 



 



 

、变量名                    、字面量   




    




    




    




  、运算符都可以作为标记 因此：词法分析就是将源代码拆解关键字 


   




   




   




   


。源代码->关键词集合 int a = 100 这句代码包含4个标记                    ，分别是int




















、a                    、=    



     



     



     



  、100   




    




    




    




  ，虽然关键字int由3个字符构成




















，但是它是一个独立的标记                    ，不可拆分

3.1.2 语法分析

根据标记序列构造抽象语法树（AST） 每一个节点代表代码中的一个语法结构    



     



     



     



  ，例如包




















、类型    
    
    
    
、修饰符     


     


     


     


 、运算符




 




 




 




 、接口
   

   

   

   

、返回值等 源代码->关键词集合->语法树

注意：生成语法树以后




















，编译器后续的操作都是基于语法树    
    
    
    
，不再操作源码

AST View 插件生成抽象语法树：

上图看着复杂     


     


     


     


 ，换个图

ps：我没分析javac源代码




 




 




 




 ，借用网图：java编译器源码解析-语法分析（1）

3.1.3 填充符号表

先理解符号概念
   

   

   

   

，参考：java编译器源码解析-语义分析-填充符号表

一     

     

     

     

、 符号是什么？

java声明一个类     

     

     

     

，类中有属性和方法 




  




  




  




  ，计算机识别为符号； 符号有名称

  


  


  


  

，如：类名 




  




  




  




  、方法名

  


  


  


  

、属性名； 符号有类型     
     
     
     
，如：int a=0；a是一个变量  




   




   




   




  ，但编译器认为a是一个VarSymbol,它的类型是JCPrimitiveType

二     
     
     
     
、符号表什么时候生成？ 生成语法树之后

三  




   




   




   




  、符号地址代表什么？ 内存地址


 



 



 



 

，在目标代码生成阶段                    ，会对符号名进行地址分配

四


 



 



 



 

、符号内容有什么？ 地址                    、内容

五   




    




    




    




  、填充前后有什么变化？ 在语法树的基础上进一步完善信息

填充符号表

生成一组符号地址和符号信息构成的数据结构（类比哈希表中键值对）

3.2 注解处理

插入式注解处理器   




    




    




    




  ，编译期间处理注解




















，读取                    ，修改    



     



     



     



  ，删除语法树中的任意元素




















，编译器会根据修改与否    
    
    
    
，重新回到解析及符号表填充阶段进行处理 



 



 



 



。

Lombok：基于插入式注解处理器实现的插件     


     


     


     


 ，修改语法树元素

CheckStyle




















、FindBug                    、Klocwork：遍历和分析语法树




 




 




 




 ，分析代码质量

3.3 语义分析

对语法树进行逻辑验证

3.3.1 标注检查

变量是否先声明后使用    



     



     



     



  、变量类型与值对否匹配

常量折叠：“a=1+2


     


     


     


     ”优化为“a=3
 




 




 




 




”

3.3.2 数据及控制流分析

检验：局部变量先赋值后使用




















、方法的每条路径是否都有返回值

跟类加载时的校验过程类似

3.3.3 解语法糖

java虚拟机不支持泛型    
    
    
    
、装箱     


     


     


     


 、拆箱




 




 




 




 、变长参数等语法

解语法糖：编译阶段还原到基础语法结构

3.4 生成字节码

将语法树
   

   

   

   

、符号表转化成字节码指令
   

   

   

   

，生成.class文件

将实例构造器()方法和类构造器()方法添加到语法树中

4 总结

Javac编译过程各节点及说明：

Javac编译过程中的主体代码及其功能：