代码分析编译器

‘壹’ 什么是编译器

编译器是一种将高级编程语言代码转换为机器语言代码的软件工具。
编译器在软件开发中扮演着至关重要的角色。它们是连接人类程序员和计算机硬件的桥梁，使得程序员可以使用更易理解和编写的高级语言来编写程序，而不必直接使用复杂和低级的机器语言。编译器将高级语言代码作为输入，然后执行一系列转换步骤，最终生成可由计算机硬件执行的机器代码。
编译器的工作过程通常包括词法分析、语法分析、语义分析、优化和代码生成等阶段。在词法分析阶段，编译器将源代码分解为一系列的词法单元或标记。语法分析阶段则根据语言的语法规则将这些标记组合成表达式和语句。语义分析阶段检查源代码的语义正确性，包括类型检查和符号表解析等。优化阶段试图改进代码的性能或其他方面，而代码生成阶段则将优化后的中间代码转换为目标机器代码。
举例来说，C语言编译器如GCC（GNU Compiler Collection）可以将C语言源代码转换为可在特定硬件平台上运行的机器代码。在这个过程中，GCC会执行上述的所有编译步骤，确保生成的代码既正确又高效。编译器不仅限于像C或C++这样的静态类型语言，它们也可以用于编译动态类型语言，如JavaScript或Python，尽管这些语言的编译过程可能有所不同。

‘贰’ 编译器的代码分析

编译器分析（compiler analysis）的对象是前端生成并传递过来的中间代码，现代的优化型编译器（optimizing compiler）常常用好几种层次的中间代码来表示程序，高层的中间代码（high level IR）接近输入的源程序的格式，与输入语言相关（language dependent），包含更多的全局性的信息，和源程序的结构；中层的中间代码（middle level IR）与输入语言无关，低层的中间代码(Low level IR)与机器语言类似。 不同的分析，优化发生在最适合的那一层中间代码上。
常见的编译分析有函数调用树（call tree），控制流程图（Control flow graph），以及在此基础上的 变量定义－使用，使用－定义链（define-use/use-define or u-d/d-u chain），变量别名分析（alias analysis），指针分析（pointer analysis），数据依赖分析（data dependence analysis）等。
程序分析结果是编译器优化（compiler optimization）和程序变形（compiler transformation）的前提条件。常见的优化和变形有：函数内嵌（inlining），无用代码删除（Dead code elimination），标准化循环结构（loop normalization），循环体展开（loop unrolling），循环体合并，分裂（loop fusion，loop fission），数组填充（array padding），等等。 优化和变形的目的是减少代码的长度，提高内存（memory），缓存（cache）的使用率，减少读写磁盘，访问网络数据的频率。更高级的优化甚至可以把序列化的代码（serial code）变成并行运算，多线程的代码（parallelized，multi-threadedcode）。
机器代码的生成是优化变型后的中间代码转换成机器指令的过程。现代编译器主要采用生成汇编代码（assembly code）的策略，而不直接生成二进制的目标代码（binary object code）。即使在代码生成阶段，高级编译器仍然要做很多分析，优化，变形的工作。例如如何分配寄存器（register allocatioin），如何选择合适的机器指令（instruction selection），如何合并几句代码成一句等等。

‘叁’ 缂栬疟鍣锛圕ompiler锛

缂栫▼涓栫晫涓镄勯瓟娉曞笀钬斺旂紪璇戝櫒

缂栬疟鍣锛屽氨濂芥瘆璁＄畻链虹戝﹂噷镄勭炲囱浆璇戞満锛屽畠鏄涓绉嶅己澶х殑绋嫔簭宸ュ叿锛屽叾镙稿绩浠诲姟鏄灏嗘垜浠镡熸倝镄勯珮绾ц瑷锛埚侰/C++/Java绛夛级宸у椤湴杞鍖栦负链哄櫒鍙鐞呜В镄勪绠绾ц瑷钬斺旀眹缂栦唬镰併傚畠镄勭洰镙囦笉浠呬粎鏄褰㈠纺镄勮浆鎹锛屾洿鍦ㄤ簬瀵规墽琛屾晥鐜囧拰鍐呭瓨绌洪棿镄勬繁搴︿紭鍖栵纴纭淇濅唬镰佺殑鏁堢巼鍜屽嗳纭镐с

缂栬疟杩囩▼濡傚悓涓鍦虹簿瀵嗙殑浜ゅ搷涔愶纴鍒嗕负鍓嶅悗涓ゅぇ閮ㄥ垎銆傚墠绔锛屽傚悓涔愬洟镄勯栧腑鎸囨尌锛岄栧厛杩涜岃瘝娉曞垎鏋愶纸strong>灏嗘簮浠ｇ爜鍒呜В涓轰竴涓涓鍙璇嗗埆镄勭﹀彿锛夛纴绱ф帴镌鏄璇娉曞垎鏋愶纸strong>纭璁ょ▼搴忕粨鏋勭殑钖堟硶镐э级锛岀劧钖庢槸璇涔夊垎鏋愶纸strong>鐞呜В浠ｇ爜镄勭湡姝ｅ惈涔夛级銆傝繖涓阒舵垫槸缂栬疟鍣ㄧ殑𨱔甸琼锛岀‘淇濅唬镰佺殑姝ｇ‘镐у拰鍙璇绘с

钖庣鍒欐槸缂栬疟鍣ㄧ殑鍖犲绩镫杩愪箣澶勶纴瀹冭礋璐ｅ皢鍓岖鐢熸垚镄勪腑闂磋〃绀猴纸IR锛夎浆鍖栦负鐗瑰畾链哄櫒镄勬寚浠ゃ傚崟阃氶亾缂栬疟鍣ㄥ儚涓涓涓撴敞镄勫伐鍖狅纴涓姝ユュ皢浠ｇ爜镓撶（镊虫渶浣崇姸镐侊绂钥屽氶氶亾缂栬疟鍣ㄥ垯濡傚悓涓涓楂樻晥镄勫洟阒燂纴灏嗗ぇ椤圭洰鍒呜В涓哄氢釜瀛愪换锷★纴姣忎釜阃氶亾澶勭悊涓閮ㄥ垎锛屼粠钥岃妭鐪佸唴瀛樿祫婧愩

缂栬疟鍣ㄧ殑浣垮懡锛屽傚悓涓浣崭弗璋ㄧ殑绉戝﹀讹纴镓ц岀潃鍏抽敭浠诲姟锛氩畠鍒呜В婧愮▼搴忥纴鏋勫缓璇娉旷粨鏋勶绂鍦ㄤ腑闂翠唬镰佺敓鎴愬櫒镄勫岗锷╀笅锛屾瀯寤哄苟缁存姢绗﹀彿琛锛岀‘淇濆彉閲忓拰浠ｇ爜镄勬ｇ‘瀛桦偍锛涘悓镞讹纴瀹冨湪璇娉曟爲涓婅岃繘锛屾镆ュ苟淇澶崭换浣曟綔鍦ㄩ敊璇锛屼负浠ｇ爜璋冭瘯鎻愪緵链夊姏鏀鎸併

缂栬疟杩囩▼镄勫叚涓阒舵碉纴鐘瑰傝压链涓庣戝︾殑瀹岀编缁揿悎锛氲瘝娉曞垎鏋愶纸strong>濡傚悓瑙ｆ瀽璇楃瘒锛岃瘑鍒姣忎釜瀛楃︾殑钖涔夛级锛岃娉曞垎鏋愶纸strong>濡傚悓鏋勯犱箰璋憋纴鏋勫缓绋嫔簭镄勭粨鏋勶级锛岃涔夊垎鏋愶纸strong>娣卞叆鐞呜В阔充箰锛岀‘淇濋煶涔愮殑姝ｇ‘婕斿忥级锛屼腑闂翠唬镰佺敓鎴愶纸strong>杞鍖栦负涔愬櫒镄勮皟寮︼纴鍑嗗囨紨濂忥级锛屼唬镰佷紭鍖栵纸strong>璋冩暣阔宠壊锛屾彁鍗囱〃鐜帮级锛屾渶钖庢槸浠ｇ爜鐢熸垚锛坰trong>瀹屾垚涔愮珷锛屾満鍣ㄥ彲镓ц岀殑鎸囦护锛夈

𨱍宠薄涓涓嬶纴浣犵殑浠ｇ爜灏卞儚涓棣栦紭缇庣殑浜ゅ搷涔愶纴缂栬疟鍣ㄥ氨鏄闾ｄ釜镞犲舰镄勬寚鎸ワ纴鐢ㄥ畠镄勬櫤鎱у拰锷涢噺锛屽皢浣犵殑鍒涙剰杞鍖栦负链哄櫒涓栫晫镄勪箰绔犮傝繖灏辨槸缂栬疟鍣锛岄偅涓灏嗛珮绾ц瑷杞鍖栦负链哄櫒璇瑷镄勫箷钖庤嫳闆勚