(openJDK)Javac1.7编译器源码分析_001_简介与安装

网站： JavaEye 作者： zhh2007 发表时间: 2007-05-30 23:51 此文章来自于 http://www.iteye.com
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(openJDK)Javac1.7编译器源码分析_001_简介与安装 (第一次写Blog，此文只是本人的一点点学习记录，不经本人事先同意请勿随意转载，谢谢) 1.1:简介: 1.1.1 javac版本 SUN公司在2006年11月份已将java语言编译器(javac)源码通过GPLv2的方式开源， 还建立了“the Open-Source JDK Community”,网址是:http://openjdk.java.net/ 截止到写这篇文章时，最新的javac Source Release已到了b13， 一般是半个月出一个beta版，从b04到b13变化都不大，javac类文件没有添加一个。 本文以及后续文章都是基于以下版本: compiler-7-ea-src-b10-21_mar_2007 (为了方便起见,以后都简写成javac1.7) 1.1.2 我最初想到要分析javac源码的原因 a 看编译原理的书理论太多，想找个实际的编译器验证一下理论 b 之前在JDK1.4下写过一些java程序 c 对javac感兴趣，想要了解所有细节 d 要是还想分析HotSpot VM，先看javac有利 e 偶尔想到要反编译别人的代码 1.1.3 分析javac源码前最好具备的条件 a 编译原理的知识基本上忘记了不要紧，   但还记得有LL(1)文法、递归下降算法、运算符优先这几个名词 b 知道基本的java语言语法，   要是像我一样起初不懂Java 5之后的语言新特性也不要紧 c 越有耐心越好 1.1.4 java语言编译器是用什么语言编写的？ javac1.7的源代码本身是用java语言写的(用编译原理的术语叫“自举”)， 源代码总行数不到8万行。 在James Gosling的blog上有一篇文章: “Compiler fun” (http://blogs.sun.com/jag/entry/compiler_fun) 里面有提到最初的java语言编译器是用C语言写成的，不过我不能准确的知道从哪个 JDK发行版开始正式用java语言重写编译器，我尝试在JDK1.4到JDK1.6的tools.jar文件中 寻找javac，只能确定在JDK1.4到JDK1.6内嵌的java语言编译器都是java语言写的。 JDK1.6中的javac与开源的javac1.7生成的字节码几乎没有差别，这也肯定了一点: 开源的javac1.7并不是SUN公司为开源社区单独开发的一个版本， javac1.7最终也会纳入未来的JDK1.7一起发行。 在“the Open-Source JDK Community”的邮件列表上也有一封邮件证实了这一点: 主题:OpenJDk7 opensource compiler final Java 7 compiler? URL :https://openjdk.dev.java.net/servlets/ReadMsg?list=compiler-dev&msgNo=270 1.1.5 javac1.7编译流程概述 javac1.7的编译流程可以简单分为以下主要阶段: (只大概说了一下，还有无数的细节问题会在以后详述， 有看到很讨厌的名词可以直接跳过这一节) 1) javac命令行选项及选项参数处理    这一阶段主要是识别javac命令行选项是否是合法的，选项参数是否正确 2) 词法分析    从头到尾分析源文件的字符流，形成关键字、标识符、数字、运算符等等    具有独立意义的token序列，并去掉源文件中的空白与注释。 3) 语法分析    词法分析在javac1.7中其实是做为语法分析阶段的一个过程(或方法)来    驱动的，整个语法分析阶段完成的任务就是按照java语言的LL(1)文法    采用递归下降算法并结合运算符优先规则，对token序列构造一棵    抽象语法树(abstract syntax tree) 4) 符号识别(符号表)    一个包、一个类、一个方法、一个字段都可以抽象成一个符号(symbol)，    不同种类的符号之间可以有包含嵌套关系:    一个包符号可以包含多个类符号，    一个类符号可以包含多个方法符号与多个字段符号。    这一阶段的任务就是识别出各类符号，并对不同种类的符号按    照包含嵌套关系进行归类，并挂接到抽象语法树对应的结点域。 5) 注释处理(可选阶段) 6) 属性分析(或称语义分析)    这一阶段包含了一个复杂的类型系统，语义分析阶段检查语言规范中    定义的各类规则 7) 数据流分析    这一阶段主要是检查final类型的字段与方法中定义的局部变量是否被赋值 8) Desugar    在Java 5之后增加了很多语言新特性，但是JVM规范却没有什么变动，    JVM指令集也没有增加，所以在这一阶段的任务主要是把采用新语言    特性写成的源代码自动翻译转换成未使用新特性写成的代码。    如:泛型类到普通类的转换，enhanced for loop到普通for loop的转换。   9) 代码生成    构造常量池、筛选指令、生成class文件。 9) 错误处理:    错误处理贯穿编译流程的所有阶段 其他: javac1.7中没有使用像Lex、YACC这样的生成器工具， 词法、语法分析与代码生成全都是手工实现的，具有简单、灵活、高效的 特点，传统编译原理课本上讲授的知识更具通用性，但过于复杂，效率也是 个问题。 另外，可惜的是javac1.7(包括sun公司以往发行的JDK中内置的javac)不是 一个优化编译器，javac1.7并没有独立的优化阶段， 散落在其他阶段的“优化”可以省略不计。 比如:(例子不考虑人的因素，只考虑编译器的行为)： java 代码 package my.test; public class Test { Test() { int v1=1; while(v1<10000) { int v2=5; v1=v1+v2*2; } } } 用javac1.7或JDK1.6.0生成的字节码如下(部分内容) (用命令行“javap -verbose my.test.Test”查看): --------------------------------------------------- my.test.Test();   Code:    Stack=3, Locals=3, Args_size=1    0: aload_0    1: invokespecial #1; //Method java/lang/Object."":()V    4: iconst_1  //将常量1压入堆栈    5: istore_1  //将常量1弹出堆栈并存入局部变量v1,    6: iload_1   //将局部变量v1的值压入堆栈    7: sipush 10000   //将常量10000压入堆栈    10: if_icmpge 24  //弹出常量10000，弹出局部变量v1的值，局部变量v1的值>=10000结束循环    13: iconst_5  //将常量5压入堆栈    14: istore_2  //将常量5弹出堆栈并存入局部变量v2,    15: iload_1   //将局部变量v1的值压入堆栈    16: iload_2   //将局部变量v2的值压入堆栈    17: iconst_2  //将常量2压入堆栈    18: imul      //弹出常量2，弹出局部变量v2的值，相乘后将结果压入堆栈    19: iadd      //弹出结果，弹出局部变量v1的值，相加后将结果压入堆栈    20: istore_1  //弹出结果并存入局部变量v1    21: goto 6 //转到6: iload_1    24: return --------------------------------------------------- 理想的优化编译器应该能生成如下类似的代码: java 代码 package my.test; public class Test { Test() { int v1=1; while(v1<10000) { v1=v1+10;//v2=5与v2*2总是不变的，可以合并成10 } } } 更理想的优化编译器应该能生成如下类似的代码: java 代码 package my.test; public class Test { Test() {}//局部变量v1没有任何用处，完全可以删除 } 关于编译流程简短说明的文档也可参考 Peter von der Ahé(javac编译器的主要开发者，前段时间已离开SUN公司) 在“the Open-Source JDK Community”的邮件列表上回复的一封邮件 主题:A set ot tutorials about the compiler URL :https://openjdk.dev.java.net/servlets/ReadMsg?list=compiler-dev&msgNo=89 1.1.6 在没有任何设计文档的前提下如何分析javac1.7源码? 我只说说我采用的方法(我是第一次分析别人的源代码): 1) 找到一种最简单的办法完成源代码的第一次编译 2) 找到第一个开始运行的类文件(也就是找到切入点) 3) 粗略看一下这个类文件定义了哪些字段，有构造方法的话，    粗略看一下构造方法中做了哪些初始化工作 4) 要是定义的字段、构造方法太多，把它们都copy一份，单独放到一个文件 5) 找到第一个被运行的方法，    在方法开头和末尾打上Debug(包装System.out.println()后写成的一个类)，    觉得关键的字段(或局部变量)，用自己喜欢的方式也打上Debug，    如果类文件源码超过200行(javac1.7源码中有许多核心类文件大多超过1000行)，    为了切换方便，把这方法copy一份，单独放到一个文件 6) 当在一个方法中调用了另一个类的方法时，转到3) 7) 当一个类文件中定义的方法有85%都已Debug过了，从头到尾细细分析一遍类文件 8) Debug的输出信息最好重定向到一个自定义的文件 9) 方法中有复杂算法时最好用笔画在纸上 10)有很多个方法同时来回调用时，把每个方法按调用的顺序单独打开，对照Debug    信息一起看(我经常打开5、6个EditPlus窗口实例同时看20几个类文件) 11)记住随心所欲地想把一个个类文件不打Debug、不按流程顺序分析，是非常低效    的一种方法，除非这个类文件很独立，只是简单的字段值存取功能。   1.2:安装 1.2.1 运行环境 我的OS是Windows XP 建议安装JDK1.6，我的JDK版本是 ------------------------------- java version "1.6.0-beta2" Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.6.0-beta2-b86) Java HotSpot(TM) Client VM (build 1.6.0-beta2-b86, mixed mode, sharing) ------------------------------- 安装JDK后，请在系统变量Path中加入 %JAVA_HOME%\bin， 其中%JAVA_HOME%是JDK安装目录。 1.2.2 下载javac1.7源码 下载地址: http://www.java.net/download/openjdk/jdk7/promoted/b10/compiler-7-ea-src-b10-21_mar_2007.zip 解压后会有一个“compiler”目录， 如果你习惯使用Ant、NetBeans或其他IDE工具编译源码，请直 接参考“compiler\README.html”文件，然后跳到“第1.3节”； 如果你像我一样不会用(或不想用)IDE或想操控一切， 请按下面的简单步骤操作： 1.2.3 下载附件中的"Javac.jar"文件，解压到一个目录(这里以“F:\Javac”为例) (注："Javac.jar"文件只包含了“compiler\src\share\classes”目录下的 两个子目录“com”与“javax”，其他子目录或文件都是我自建的，javac1.7源码中 还包含了无数的测试用例，我觉得它太繁琐了，就自己一边看源码，一边写自己的 测试例子，所以我把它省略掉了) 1.2.4 编译javac1.7源码 打开一个Dos命令行窗口，切换到“F:\Javac”目录 输入“com”按回车，稍等片刻就可以完成编译 1.2.5 用javac1.7编译其他java源文件 打开一个Dos命令行窗口，切换到“F:\Javac”目录 输入“run”按回车，打开“F:\Javac\myout.txt”文件，就可以看到Debug信息。 在F:\Javac\run.bat文件中默认是编译F:\Javac\bin\mysrc\my\test\Test.java文件 你可以随意替换成你自己的java源文件 1.2.6 javac1.7源码的切入点是F:\Javac\com\sun\tools\javac\Main.java文件   1.3:几个有帮助的网址 James Gosling 的blog： http://blogs.sun.com/jag/ Peter von der Ahé 的blog: http://blogs.sun.com/ahe/ the Open-Source JDK Community: http://openjdk.java.net/ The Java Language Specification, Third Edition: http://java.sun.com/docs/books/jls/third_edition/html/j3TOC.html The JavaTM Virtual Machine Specification Second Edition http://java.sun.com/docs/books/vmspec/2nd-edition/html/VMSpecTOC.doc.html <<深入Java虚拟机（原书第2版）>> 作者:Bill Venners 译者:曹晓钢,蒋靖  书译得还可以，不过还是有很多印刷错误， 第6章和附录对理解代码生成有一定价值。 中文版地址: http://www.china-pub.com/computers/common/info.asp?id=14719 Bill Venners维护的网站: http://www.artima.com/insidejvm/resources/ JDK6的文档(特别是语言新特性部分)也有参考价值

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