Javac编译原理

java源代码(符合语言规范)-->javac-->.class(二进制文件)-->jvm-->机器语言(不同平台不同种类)

如何让java的语法规则适应java虚拟机的语法规则?这个任务由javac编译器来完成java语言规范转换成java虚拟机语言规范。

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(找出java语言中的if,else,for等关键字)
  • 语法分析器:将Token流转化为语法树
    • 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(如if后面跟的是不是布尔判断表达式)
  • 语义分析器:将语法树转化为注解语法树
    • 将复杂的语法转化成简单的语法(eg.注解、foreach转化为for循环、去掉永不会用到的代码块)并做一些检查,添加一些代码(默认构造器)
  • 代码生成器:将注解语法树转化为字节码(即将一个数据结构转化成另一个数据结构)

ps:要获取javac编译器,可以通过OpenJDK来下载源码,可以自己编译javac的源码,也可以通过调用jdk的com.sun.tools.javac.main.Main类来手动编译指定的类。Javac编译动作的入口是com.sun.tools.javac.main.JavaCompiler类,代码逻辑集中在这个类的compile()和compile2()方法中,整个编译最关键的处理就由图中标注的8个方法来完成,

词法分析器

目的:将源码转换为Token流

流程:

一个字符一个字符的读取源代码,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

源码关键:

词法分析过程是在的JavacParser.parseCompilationUnit()中完成的

com.sun.tools.javac.parser.JavacParser  规定哪些词符合Java语言规范,具体读取和归类不同词法的操作由scanner完成
com.sun.tools.javac.parser.Scanner  负责逐个读取源代码的单个字符,然后解析符合Java语言规范的Token序列,调用一次nextToken()都构造一个Token
com.sun.tools.javac.parser.Tokens$TokenKind  里面包含了所有token的类型,譬如BOOLEAN,BREAK,BYTE,CASE。
com.sun.tools.javac.util.Names  用来存储和表示解析后的词法,每个字符集合都会是一个Name对象,所有的对象都存储在Name.Table这个内部类中。
com.sun.tools.javac.parser.KeyWords  负责将字符集合对应到token集合中,如,package zxy.demo.com; Token.PACKAGE = package, Token.IDENTIFIER = zxy.demo.com,(这部分又分为读取第一个token,为zxy,判断下一个token是否为“.”,是的话接着读取下一个Token.IDENTIFIER类型的token,反复直至下一个token不是”.”,也就是说下一个不是Token.IDENIFIER类型的token,Token.SEMI = ;即这个TIDENTIFIER类型的token的Name读完),KeyWords类负责此任务。

例子:

package compile;
public class Cifa {
    int a;
    int c = a + 1;
}

以上代码转化为的Token流:

语法分析器

目的: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。

流程:

  • 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

源码关键:

com.sun.tools.javac.tree.TreeMaker  所有语法节点都是由它生成的,根据Name对象构建一个语法节点
com.sun.tools.javac.tree.JCTree$JCIf   所有的节点都会继承jctree和实现**tree,譬如 JCIf extends JCTree.JCStatement implements IfTree
com.sun.tools.javac.tree.JCTree的三个属性

  • Tree tag:每个语法节点都会以整数的形式表示,下一个节点在上一个节点上加1;
  • pos:也是一个整数,它存储的是这个语法节点在源代码中的起始位置,一个文件的位置是0,而-1表示不存在
  • type:它代表的是这个节点是什么java类型,如int,float,还是string等

例子:

package compile;
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

ps:左边还少一个import的语法节点

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。

 语义分析器

目的:将语法树转化为注解语法树

流程:

  • 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),把引用其他类的方法或者变量,抑或是继承实现来的变量和方法等输入到类自身的符号表中
  • 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
  • 数据流分析
    • 变量的确定性赋值(eg.有返回值的方法必须确定有返回值)
    • final变量只能赋一次值,在编译的时候再赋值的话会报错
    • 所有的检查型异常是否抛出或捕获
    • 所有的语句都要被执行到(return后边的语句就不会被执行到,除了finally块儿)
  • 进一步语义分析
    • 去掉永假代码(eg.if(false))
    • 变量自动转换(eg.int和Integer)自动装箱拆箱
    • 去掉语法糖(eg.foreach转化为for循环,assert转化为if,内部类解析成一个与外部类相关联的外部类)
  • 最后,将经过上述处理的语法树转化为最后的注解语法树

源码关键:

com.sun.tools.javac.comp.Enter  将java类中的符号输入到符号表中,主要是两个步骤:

  • 将所有类中出现的符号输入到类自身的符号表中,所有类符号、类的参数类型符号(泛型参数类型)、超类符号和继承的接口类型符号等都存储到一个未处理的列表中。
  • 将这个未处理的列表中所有的类都解析到各自的类符号列表中,这个操作是在MemberEnter.complete()中完成(默认构造器也是在这里完成的)。

com.sun.tools.javac.processing.JavacProcessingEnvironment  处理注解

com.sun.tools.javac.comp.Attr  检查语义的合理性并进行逻辑判断,类型是否匹配,是否初始化,泛型是否可推导,字符串常量合并

com.sun.tools.javac.comp.Check  协助attr,变量类型是否正确

com.sun.tools.javac.comp.Resolve  协助attr,变量方法类的访问是否合法,是否是静态变量

com.sun.tools.javac.comp.ConstFold  协助attr,常量折叠

com.sun.tools.javac.comp.Infer  协助attr,推导泛型

com.sun.tools.javac.comp.Flow  数据流分析和替换等价源代码的分析(即上面的进一步语义分析)

代码生成器

目的:将注解语法树转化成字节码,并将字节码写入*.class文件。

流程:

  • 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

源码关键:

com.sun.tools.javac.jvm.Gen  遍历语法树生成最终的java字节码
com.sun.tools.javac.jvm.Items  辅助gen,这个类表示任何可寻址的操作项,这些操作项都可以作为一个单位出现在操作栈上
com.sun.tools.javac.jvm.Code  辅助gen,存储生成的字节码,并提供一些能够影射操作码的方法

 

 


posted @ 2016-10-01 15:38  wade&luffy  阅读(12044)  评论(1编辑  收藏