这是我参与「第五届青训营」伴学笔记创作活动的第 6 天，今天学习的内容是关于编译器和静态分析、Go编译器优化，根据课程内容整理学习笔记如下。
5.4 编译器和静态分析
5.4.1 编译器的结构
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重要的系统软件
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分析部分（前端 front end）
- 词法分析，生成词素（lexeme）
- 语法分析，生成语法树
- 语义分析，收集类型信息，进行语义检查
- 中间代码生成，生成 intermediate representation(IR)
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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
5.4.2 静态分析
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静态分析：不执行程序代码，推导程序的行为，分析程序的性质。
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控制流（Control flow）： 程序的执行流程
上图的程序转换成控制流图 (control-flow graph)
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数据流（Data flow）： 数据在控制流上的传递
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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) ，这些事实可以帮助我们做编译优化。
- 例如上面的程序。我们通过分析数据流和控制流，知道这个程序始终返回 4。编译器可以根据这个结果做出优化。
5.4.3 过程内分析与过程间分析
- 过程内分析/函数内分析（Intra-procedural analysis）：在函数内进行控制流和数据流的分析
- 过程间分析/函数间分析（Inter-procedural analysis）：除了函数内的分析，还需要考虑跨函数（函数调用时参数传递和返回值等） 的数据流和控制流（复杂，原因在如同名函数复用等问题，需要进行联合求解）
5.5 Go 编译器优化
5.5.1 概述
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目的
- 用户无感知，重新编译即可获得性能收益
- 通用的优化手段
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现状
- 采用的优化较少
- 追求编译时间短，因此没有进行复杂的代码分析和优化
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思路
- 面向后端长期执行的任务
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Tradeoff： 用适当增加编译时间换取更高性能的机器码
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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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5.5.2 函数内联 Inlining
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定义： 将被调用函数的函数体（callee）的副本替换到调用位置（caller）上，同时重写代码以反映参数的绑定
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优点
- 消除函数调用开销，例如传递参数、保存寄存器等
- 将过程间分析的问题转换为过程内分析，帮助其他分析（如逃逸分析）
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缺点
- 函数体变大，instruction cache（icache）不友好
- 编译生成的 Go 镜像文件变大
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函数内联在大多数情况下是正向优化，即多内联，会提升性能
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采取一定的策略决定是否内联
- 调用和被调用函数的规模
5.5.3 Beast Mode
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Go 内联的限制较多
- 语言特性：interface, defer 等等，限制了内联优化
- 内联策略非常保守
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字节跳动的优化方案Beast mode：修改了内联策略，让更多函数被内联
- 降低了函数调用的开销
- 增加了其他优化的机会：逃逸分析
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开销
- Go 镜像大小略有增加（~10%）
- 编译时间增加
- 运行时栈扩展开销增加
5.5.4 逃逸分析
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定义：分析代码中指针的动态作用域，即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 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边界，更多对象不逃逸
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优化： 未逃逸出当前函数的指针指向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 即可完成内存的分配和回收
- 减少在堆上分配对象，降低 GC 负担
