概述
java语言的"编译期"分为前端编译和后端编译两个阶段。前端编译是指把*.java文件转变成*.class文件的过程; 后端编译(JIT, Just In Time Compiler)是指把字节码转变成机器码的过程。
在编译原理中, 将源代码编译成机器码, 主要经过下面几个步骤:
Java中的前端编译
java的前端编译(即javac编译)可分为解析与填充符号表、插入式注解处理器的注解处理、分析与字节码生成等三个过程。
解析与填充符号表
解析步骤包括词法分析和语法分析两个阶段。
词法分析是将源代码的字符流转变为标记(Token)集合, 单个字符是程序编写过程的最小单位, 而标记则是编译过程的最小单位, 关键字、变量名、字面量、运算符都可以成为标记。
语法分析是根据Token序列构造抽象语法树的过程, 抽象语法树(AST)是一种用来描述程序代码语法结构的树形表示方式, 语法树的每一个节点都代表着程序代码中的一个语法结构, 如包、类型、修饰符、运算符、接口、返回值都可以是一个语法结构。
符号表是由一组符号地址和符号信息构成的表格。在语法分析中, 符号表所登记的内容将用于语义检查和产生中间代码。在目标代码生成阶段, 符号表是当对符号名进行地址分配时的依据。
插入式注解处理器
插入式注解处理器可以看做是一组编译器的插件, 在这些插件里面, 可以读取、修改、添加抽象语法树中的任意元素。如果这些插件在处理注解期间对语法数进行了修改, 编译器将回到解析与填充符号表的过程重新处理, 直到所有插入式注解处理器都没有再对语法数进行修改为止, 每一次循环称为一个Round。
语义分析与字节码生成
语法分析后, 编译器获得了程序代码的抽象语法树表示, 语法数能表示一个结构正确的源程序的抽象, 但无法保证源程序是符合逻辑的。而语义分析的主要任务是对结构正确的源程序进行上下文有关性质的审查。
Javac的编译过程中, 语义分析过程分为标注检查、数据及控制流分析两个步骤。
标注检查的内容包括诸如变量使用前是否已被声明、变量与赋值之间的数据类型是否能够匹配等。另外在标注检查步骤中, 还有一个重要的动作称为常量折叠。
数据及控制流分析是对程序上下文逻辑更进一步的验证, 他可以检查出诸如程序局部变量在使用前是否有赋值、方法的每条路径是否都有返回值、是否所有的受查异常都被正确处理等问题。
Java中常用的语法糖有泛型、变长参数、自动装箱/拆箱、遍历循环、条件编译等等。虚拟机运行时并不支持这些语法, 它们在编译阶段还原回简单的基础语法结构, 这个过程称为解语法糖。
字节码生成是Javac编译过程的最后一个阶段, 它将前面各个步骤所生成的信息(语法数、符号表)转化成字节码写到磁盘中, 另外还进行少量的代码添加(如实例构造器)和转换工作。
