这是我参与「第五届青训营 」伴学笔记创作活动的第 7 天
编译器和静态分析
编译器的结构
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编译器是重要的系统软件
- 识别符合语法和非法的程序
- 生成正确且高效的代码
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分析部分（前端 front end）
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词法分析，生成词素（lexeme）
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语法分析，生成语法树
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语义分析，收集类型信息，进行语义检查
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中间代码生成，生成 intermediate representation (IR)
- 注意：IR 是机器无关的，即无论是 x86 还是 amd86都能正常运行
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综合部分（后端 back end）
- 代码优化，机器无关优化，生成优化后的IR
- 代码生成，生成目标代码
静态分析
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概念：不执行代码，推导程序的行为，分析程序的性质
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以一段简单的代码为例
//init int a = 30 int b = 9 - (a / 5) int c c = b * 4 //server if (c > 10) { c = c - 10 } //response return c * (60 / a) -
控制流 (Control flow)：程序执行的流程
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数据流 (Data flow)：数据在控制流上的传递
int a = 30 int b = 3 int c c = 12 if (true) { c = 2 } // c = 2 return c * 2 // return 4 -
通过分析控制流和数据流，我们可以知道更多关于程序的性质 (properties)
- 根据这些性质优化代码
过程内分析和过程间分析
过程内分析
- 仅在过程内部进行分析
过程间分析
- 考虑过程调用时参数传递和返回值的数据流和控制流
- 一般情况，过程间分析需要同时分析控制流和数据流
Go 编译器优化
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编译器优化的好处
- 用户无感知，重新编译即可获得性能收益
- 通用性优化
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现状
- Go 的官方编译器采用的优化少
- 由于编译时间较短，没有进行较为复杂的代码分析和优化
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优化思路
- 场景：面向后端的长期执行任务
- Tradeoff：用编译时间换取更高效的机器码
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Beast mode
- 函数内联
- 逃逸分析
- 默认栈大小调整
- 边界检查消除
- 循环展开
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函数内联 (Inlining)
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概念：将被调用函数的函数体 (callee) 的副本替换到调用位置上 (caller) 上，同时重写代码以反映参数的绑定
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优点：
- 消除函数调用的开销，例如传递参数、保持寄存器等
- 将过程间分析转换成过程内分析，可以帮助其他优化，例如 “逃逸分析”
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性能测试：micro-benchmark
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缺点：
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函数体变大，对于 instruction cache (icache) 不友好
- 容易出现 icache miss
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编译生成的 Go 镜像变大
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函数内联在大多数情况下是正优化
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内联策略
- 调用和被调用的规模
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Beast Mode
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Go 函数内联受到的限制较多
- 语言特性，例如 interface, defer 等，限制了函数内联
- 内联策略非常保守
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Beast Mode：调整函数调用的策略，使更多函数内联
- 降低了函数调用的开销
- 增加了其他优化的机会
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开销
- Go 镜像增加 ~10%
- 编译时间增加
逃逸分析
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概念：分析代码中指针的动态作用域 => 指针在何处可以被访问
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大致思路：
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从对象分配处出发，沿着控制流，观察对象的数据流
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若发现指针p在当前作用域s：
- 作为参数传递给其他函数
- 传递给全局变量
- 传递给其他的 goroutine
- 传递给已逃逸的指针指向的对象
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则指针p指向的对象逃逸出s，反之则没有逃逸出s
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Beast Mode：函数内联拓展了函数的边界，更多对象不逃逸
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优化：未逃逸的对象可以在栈上分配
- 对象在栈上分配和回收很快：移动 sp
- 减少在 heap 上的分配，降低 GC 负担
