硬核文章:图解 Go 编译器的高级操作

本文基于 Go 1.13

Go 编译器是 Go 生态系统中的一个重要工具，因为它是将程序构建为可执行二进制文件的基本步骤之一。编译器的历程是漫长的，它先用 C 语言编写，迁移到 Go，许多优化和清理将在未来继续发生，让我们来看看它的高级操作。

阶段（phases）

Go 编译器由四个阶段组成，可以分为两类：

• 前端（frontend）：这个阶段从源代码进行分析，并生成一个抽象的源代码语法结构，称为 AST[1]
• 后端（backend）：第二阶段将把源代码的表示转换为机器码，并进行一些优化。

编译器文档[2]

为了更好理解每个阶段，我们看个简单的程序：

package main
func main() {
    a := 1
    b := 2
    if true {
        add(a, b)
    }
}
func add(a, b int) {
    println(a + b)
}

解析

第一阶段非常简单，在 文档[3] 中有很好的解释：

在编译的第一阶段，对源代码进行标记（词法分析）、解析（语法分析），并为每个源文件构建语法树。

lexer 是第一个运行用来标记源代码的包。下面是上边例子的 标记化[4] 输出：

Go 源码标记化

一旦被标记化，代码将被解析、构建代码树。

AST（抽象语法树） 转换

可以通过 go tool compile 命令和标志 -w 展示 抽象语法树[5] 的转换：

构建 AST 的简单过程

此阶段还将包括内联等优化。在我们的示例中，由于我们没有看到 CALLFUNC 该方法的任何 add 指令，该方法 add 已经内联。让我们使用禁用内联的标志 -l 再次运行。

构建 AST 的简单过程

AST 生成后，它允许编译器使用 SSA 表示转到较低级别的中间表示。

SSA（静态单赋值）的生成

静态单赋值[6] 阶段进行优化：消除死代码，删除不使用的分支，替换一些常量表达式等等。

使用 GOSSAFUNC=main Go tool compile main.go && open ssa.html 命令，生成 HTML 文档的命令将在 SSA 包中完成所有不同的过程，因此可以转储 SSA 代码：

SSA 过程

生成的 SSA 位于 “start” 选项卡中：

SSA 代码

在这里，高亮显示变量 a 和 b 以及 if 条件表达式，将向我们展示这些行是怎么变化的。这些代码也向我们描述了编译器如何管理 println 函数，该函数被分解为 4 个步骤：printlock、printint、printnl、printunlock。编译器会自动为我们添加一个锁，并根据参数的类型，调用相关的方法来正确输出。

在我们的示例中，由于编译时已知 a 和 b，所以编译器可以计算最终结果并将变量标记为不必要的。通过 opt 优化这部分：

SSA code — “opt” 过程

在这里，v11 已经被添加的 v4 和 v5 所替代，这两个 v4 和 v5 被标记为死代码。然后通过 opt deadcode 将删除这些代码。

SSA code — “opt deadcode” 过程

对于 if 条件，opt 阶段将常量 true 标记为死代码，然后删除：

然后，通过将不必要的块和条件标记为无效，另一次传递将简化控制流。这些块稍后将被另一个专用于死代码的阶段删除

删除不必要控制流

完成所有过程之后，Go 编译器现在将生成一个中间汇编代码

Go 汇编码

下一阶段将把机器码生成到二进制文件中。

生成机器码

编译器的最后一步是生成目标(object)文件，在我们的例子中生成 main.c。从这个文件中，现在可以使用 objdumptool 对其进行反编译。下面是一个很好的图表,由 Grant Seltzer Richman 创建:

compile 工具

objdump 工具

您可以在“Dissecting Go Binaries[7]”中找到有关对象文件和二进制文件的更多信息。

生成目标文件后，现在可以使用 go tool link 将其直接传递给链接器，二进制文件将最终就绪。

via: https://medium.com/a-journey-with-go/go-overview-of-the-compiler-4e5a153ca889

作者：Vincent Blanchon[8]译者：TomatoAres[9]校对：polaris1119[10]

本文由 GCTT[11] 原创编译，Go 中文网[12] 荣誉推出