第二章 Javac编译原理
注:本文主要记录自《深入分析java web技术内幕》"第四章 javac编译原理"
1、javac作用
- 将*.java源代码文件转化为*.class文件
2、编译流程
流程:
- 词法分析器:将源码转换为Token流 将源代码划分成一个个Token(Token包含的元素类型看3.2)
-
将上述的一个个Token组成一句句话(或者说成一句句代码块),检查这一句句话是不是符合Java语言规范
-
将复杂的语法转化成简单的语法(eg.注解、foreach转化为for循环)并做一些检查,添加一些代码
3、词法分析
3.1、作用
- 将源码转换为Token流。
3.2、流程
一个字节一个字节的读取源代码,形成规范化的Token流。规范化的Token包含:
- java关键词:package、import、public、class、int等
- 自定义单词:包名、类名、变量名、方法名
- 符号:=、;、+、-、*、/、%、{、}等
3.3、示例
代码:
package compile; /** * 词法 */ public class Cifa { int a; int c = a + 1; }
以上代码转化为的Token流:
说明:完成以上示例的是JavacParser的parseCompilationUnit()方法,源代码见文章开头的书籍。
注意:上边的token流符合java语言规范。
3.4、疑问
- 怎样判断package是java关键词还是自定义变量? JavacParser会根据java语言规范来控制什么顺序、什么地方出现什么Token(这个查看parseCompilationUnit()源码就知道了),所以package在文件的最开头出现,我们会知道是一个Token.PACKAGE类型,而非自定义的Token.IDENTIFIER类型。
- 一条实践:在编写程序的时候,不要用java关键词来定义变量名、类名、包名、方法名,而是采取一定有意义的单词来定义,当然,你再eclipse中编写代码的时候,如果使用了java关键词来定义变量,eclipse会提醒你这是一个错误的定义。
-
我的理解是,主要看空格和符号(符号见3.2),对于package是一个单词,中间没有空格也没有符号,所以是一个Token
4、语法分析
4.1、作用
- 将进行词法分析后形成的Token流中的一个个Token组成一句句话,检查这一句句话是不是符合Java语言规范。
4.2、语法分析三部分:
- package
- import
- 类(包含class、interface、enum),一下提到的类泛指这三类,并不单单是指class
4.3、示例
代码:
package compile; /** * 语法 */ 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; } }
最终语法树:
说明:
- 每一个包package下的所有类都会放在一个JCCompilationUnit节点下,在该节点下包含:package语法树(作为pid)、各个类的语法树
- 每一个从JCClassDecl发出的分支都是一个完整的代码块,上述是四个分支,对应我们代码中的两行属性操作语句和两个方法块代码块,这样其实就完成了语法分析器的作用:将一个个Token单词组成了一句句话(或者说成一句句代码块)
- 在上述的语法树部分,对于属性操作部分是完整的,但是对于两个方法块,省略了一些语法节点,例如:方法修饰符public、方法返回类型、方法参数。
疑问:
import节点的语法树与package的相似,但是import语法树放在了哪一个地方?
5、语义分析
5.1、作用
- 将语法树转化为注解语法树
5.2、步骤
- 添加默认的无参构造器(在没有指定任何有参构造器的情况下)
- 处理注解
- 标注:检查语义合法性、进行逻辑判断 检查语法树中的变量类型是否匹配(eg.String s = 1 + 2;//这样"="两端的类型就不匹配)
- 检查变量、方法或者类的访问是否合法(eg.一个类无法访问另一个类的private方法)
- 变量在使用前是否已经声明、是否初始化
- 常量折叠(eg.代码中:String s = "hello" + "world",语义分析后String s = "helloworld")
- 推导泛型方法的参数类型
-
变量的确定性赋值(eg.有返回值的方法必须确定有返回值)
-
去掉永假代码(eg.if(false))
6、生成字节码
6.1、作用
- 将注解语法树转化成字节码,并将字节码写入*.class文件。
6.2、步骤
- 将java的代码块转化为符合JVM语法的命令形式,这就是字节码
- 按照JVM的文件组织格式将字节码输出到*.class文件中
具体的源代码与步骤查看com.sun.tools.javac.jvm.Gen类与《分布式Java应用:基础与实践》P42
6.3、class文件包含的内容
在生成的*.class文件中不只包含字节码信息,具体包含:
- 结构信息 class文件格式版本号
- 各部分的数量与大小
-
类、父类、实现接口的声明信息
-
字节码
这里提到的局部变量区和操作数栈组成了了方法栈,可以参看第一章 JVM内存结构
总结:
对于编译这一块儿,我们在实际操作中不会直接去操作这些代码,不像类加载器机制,我们可能需要自己编写类加载工具,也不像Java内存管理那样,我们会直接在服务器配置堆栈方法区空间、配置GC收集器等,但是了解javac编译,对于我们了解以后的类文件结构、类加载机制有一定的帮助,也有利于我们掌握整个Java代码的执行流程,对于我们了解编译期间编译器做的一些检查工作也有很大帮助,了解这些检查工作有利于我们在写代码的时候更加小心,例如,检查型异常都需要捕获或抛出,每一条语句都要被执行到(即可达)等。虽然,这些工作eclipse会在我们写代码的时候为我们自动去检查,包括检查语句是否可达,但是了解这些还是有好处的。
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