【问道】编译原理

前言：
作者简介：小明java问道之路，专注于研究计算机底层，就职于金融公司后端高级工程师，擅长交易领域的高安全/可用/并发/性能的设计和架构 
Java领域新星创作者、阿里云专家博主、华为云享专家
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本文导读：上篇 计算机er要掌握的计算机思维 推理得出，编译原理就是将高级语言翻译成汇编语言或机器语言的过程，本章我们详细介绍编译设计原理和过程，并佐以Graal编译器证明

一、编译过程是什么样子的？

首先，我们看下人工翻译英语转汉语是怎么做到的，我们需要找到这句话中的，词的意思，在分析这句话的语法，最后通过语义将这句话翻译成中文，我们计算机的编译过程和这个过程类似

我们想诸如Java、PyThon、Go、C++语言等是不能直接操作ISA指令集（前文中有介绍）的，我们还需要一个能把高级语言 编译 成统一的汇编语言（需要一个工具就是，编译器），再去调用汇编代码的过程。

当我Java、Python、C++等等语言，编译器会通过 分析词法，例如if else等等，根据得到的词和词性去构件AST（AST:抽象语法树(abstract syntax code,AST)是源代码的抽象语法结构的树状表示），得到的树是一个每个节点都表示源代码中的一种树形结构，通过语义将其转化为IR语言（这里面例如java转化为 .class字节码），最后根据编译器的优化策略进行分析优化（例如JVM中指令重排等等）得到目标语言

二、编译基本原理

熟悉编译的过程后我们还需要更多的知识点支撑，通过几个细节的问题了解更多，定义的语法有什么？既然我们要构件AST，我们就要定义每个编译的语法和单词的位置，所以这里面会定义编码信息、编码单词、规定单词出现的地方；定义(识别)单词有什么？标识信息的最小单位

针对我们需要做的事情（将高级语言编译成汇编语言或机器语言）这个过程，我们可以理解为将大象放进冰箱需要三步，打开冰箱，塞进大象，关上冰箱 。

编译也可以分为三步 前端-》中间语言-》后端，前端就是由不同需要接入当前编译器的前端开发者进行开发，来适配多门语言，过程为 高级语言源代码-》词法分析-》语法分析-》构件AST的过程-》到中间语言，中间语言解耦，后端由不同需要接入当前编译器的后端开发进行开发，来适配多门目标机器语言（ISA），拿到中间语言-》做分析优化，最终生成目标语言。

三、深入浅出 Graal编译器

了解了编译的原理和过程，我们要知道是谁帮我们做了这么多工作，这个工具就是编译器，这里用作者Java语言（同时也可以编译scala、python等语言）的编译器 Graal就上述原理做介绍

Graal编译器支持基于跨平台的Hot spotJVM上层中间语言IR语言——字节码，将各类语言（Java、Python、R、JS、C/C++、Scala）都可以在JVM上执行，可以享有JVM的高性能。GC、化平台等特性，下图是GraalVM编译器的架构图

1、Truffle Framework：Java's AST Interpreter Framework（Java的AST解释器框架，这个东西就是将各种其他语言转换为中间语言的工具）
2、Graal Compiler ：JIT compiler written in Java（用Java编写的JIT编译器，是一个JIT即时编译器，它实现了3）
3、JVM CI (JVM Compiler Interface) Interface for Writing JIT Compiler in Java（JVM编译器接口，是一个接口规范，定义了JIT即时编译器的规范）
4、Java Hotspot VM（这个也就是我们俗称的JVM）
5、JIT（即时编译器），这个自己实现了编译原理的前端和后端，只不过在内存中动态对语言进行编译

Graal是和JDK一起发行的，作为一个内部的模块jdk.internal.vm.compiler中。Graal和JVM是通过JVM CI（JVM Compiler Interface）来进行通信的。其中JVM CI也是一个内部的模块在jdk.internal.vm.ci中。这里简单介绍编译器证明编译过程，以及编译器应该如何设计，后续笔者详细讲解编译器原理。

本文小结：本章我们首先通过翻译英语应该怎么做，推理出，计算机的编译原理，并详细介绍编译设计原理和过程，佐以Graal编译器证明。

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