Javac的实现过程

Posted 2020-11-03 never-say-no

主要介绍Javac的实现过程及原理。

首先弄明白什么是Javac？

Javac是一种编译器，将一种语言转换为另一种语言规范。编译器的作用就是将符合java语言规范的源代码转化为JVM虚拟机能够识别的字节码文件的过程。

对于java而言。javac任务就是将java源代码转换为jvm能够识别的二进制码。将.java文件转换为.class文件，这些.class文件也就是字节码文件只有JVM能够识别。

 

 

 

编译过程的原理：

1、词法分析：首先将源代码按照字节的方式读取，然后找出定义的语法关键字（if/else/for等），然后判断哪些关键字是符合java语言规范的，经过整理分析返回一些规范化的Token流

2、语法分析：对Token流进行分析。分析出这些关键字组合在一起是否符合java语言规范，经过分析之后会产生一个符合java规范的抽象语法树。抽象语法树就是一个结构化的语法表达式，作用就是将词法用一个结构化的形式组合在一起。

Java的语法树使java源码更加结构化，每个语法树上的节点都是一个JCTree实例

JCTree类有三个重要属性：其实这三个属性很好理解，为了分辨出树中的每一个节点而出现的，定义了这三个属性，可以很快速的找到节点在树中的层次结构和位置。

1. TreeTag：每个语法数节点都用整形常熟表示，每个节点数值都是在前一个节点的基础上执行加一操作，顶点节点TopLevel是1，那紧接着的Import节点就在TopLevel的基础上加一，等于2  
2. pos：整数。表示位置
3. type：表示节点的类型

 

 

 

 

3、语义分析：对生成的抽象结构树进一步分析，将复杂的语法结构转换为简单的，易于理解和阅读的语法结构。例如：将增强for循环foreach转换为for循环结构。经过语义分析之后会产生一个更加具体的抽象结构树。

语义分析实现的步骤；

语义分析主要是在Enter类中完成的，这个类主要有两个步骤

（1）将所有类中出现的符号都输入到类自身的符号表中，所有的类符号，类参数列表，超类符号，和继承的接口类型符号都会存储到未处理的符号列表中（因为类除了自身的符号之后还有其他类中的引用，所以要进行分类）

（2）在未处理的符号列表中，将所有类符号解析到各自的类符号中，在MemberEnter.complete()类中完成。（解析语法树，将所有的符号都添加到符号表中）

在Enter类解析的步骤中，还有一个辅助操作：

• 添加默认的构造函数；
• 接着下一步是处理注解：在JavaProcessingEnvironment类中完成；
• 数据流分析，在Flow类中完成。　　

　　　　数据流分析实现的步骤：

　　　　1、检查变量在使用之前是否赋值，除了8中基本数据类型之外，还有String类型和其他对象的引用在使用之前都需要赋值。

　　　　2、使用final修饰的变量不会被重新赋值，如果重复复制会报错；同时如果变量是静态成员变量在定义的时候就必须赋值

　　　　3、分析方法返回值类型

　　　　4、所有的Checked Exception都必须向上抛出或者捕获。

　　　　5、所有的语句都会被执行，这个分析的是return语句之后是否还有语句，因为return之后的语句不会被执行。

• 语义分析器的最后一个步骤，进一步处理语法树，解决的问题
  • 　　消除无用的代码，例如：if条件永远为false不会被执行的代码块　　
  •         解除语法糖：说白了就是将例如增强的foreach循环转换为for循环
  •         变量自动类型转换：例如：int类型和Integer类型之间相互转换

4、字节码：经过了上面的三个步骤之后，java源代码就可以被转换成为java虚拟机（JVM）能够别的字节码文件。

代码生成器：

• 　　将源代码转换成符合JVM语法规范的命令形式，JVM的所有操作都是基于栈操作的，因此所有的操作都在进栈和出栈中完成。
•         按照JVM文件组织的形式将字节码输出到后缀名为class的字节码文件中

整个业务流程：

 

 关于javac的基本原理就介绍到这里，有兴趣的可以研究下Javac的源码，可以从OpenJdk下载到源码。