javac编译器工作原理（2）java语言的编译过程

朴灿烈づ我的快乐病毒、 2023-06-14 15:52 42阅读 0赞

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# Javac编译器工作原理（2）Java语言的编译过程 #

> **明白了高级语言到低级语言的编译原理，我们来了解一下Javac编译器是怎么把Java语言，编译成JVM字节码**

首先我们来了解一下，Javac编译器  
[Javac编译器–维基百科][Javac]

> javac（发音为“java-see”）是Oracle Corporation的Java Development Kit（JDK）中包含的主要Java编译器。 Martin Odersky实现了GJ编译器，他的实现成为了javac的基础。  
> 编译器接受符合Java语言规范（JLS）的源代码，并生成符合Java虚拟机规范（JVMS）的Java字节码。javac本身是用Java编写的。 编译器也可以以编程方式调用。

**简单来讲，就是Javac编译器将符合规范的java语言代码变为符合规范的JVM字节码**

实际上，javac在编译的过程中，会对代码进行检查和优化，比如：**添加类默认的构造函数，检查变量类型是否匹配，检查变量使用前是否初始化，检查异常以及捕获语句，解除java语法糖等等**

例如有这样一段代码

public class SimpleTest {
        public static void main(String[] args) {
            int i;
            int j = i + 10;
        }
    }
     
      
     
      
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使用javac编译器进行编译

javac SimpleTest.java
     
      
     
      
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也就是编译失败了，javac编译器则会给你这样的错误提示

![这里写图片描述][SouthEast]

javac编译过程主要包括以下四步：

> 词法分析->语法分析->语义分析->字节码生成  
> ![这里写图片描述][SouthEast 1]

#### 1. 词法分析 ####

词法分析将java源代码一个字节一个字节的读进来，根据关键字，辨认出符合规范的Token流。  
这样说可能有些抽象，其实就是把一段java代码分解，成为一个个单独的词。

public class SimpleTest{
       // 域，方法代码块等等
    }
     
      
     
      
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会分解为不同的Token，第一个就是关键字public，对应的Token类为：Token.PUBLIC。同理class关键字对应：Token.ClASS

根据这些Token流，编译器完成了理解Java语言的第一步，就像你听到一句话，我要吃饭，大脑中第一步是把这句话分解为：我，要，吃饭。

#### 2.语法分析 ####

语法分析器会读取Token流，然后生成一棵语法树，类似下图

![这里写图片描述][SouthEast 2]

[图片来源RednaxelaFX大神的博客文章][RednaxelaFX]

> 而Javac此时生成的是一棵简单的Java语法树，树的节点是全部是com.sun.tools.javac.tree.JCTree的子类  
> 下图就是一棵图像化的**java简单语法树**  
> ![这里写图片描述][SouthEast 3]

#### 3.语义分析 ####

这个阶段就是编译器对代码进行各种检查和优化，**而实际操作的对象就是生成java简单语法树的节点。**

这个阶段主要使用到类都在**com.sun.tools.javac.comp包**内

javac编译器首先对代码进行一些检查，保证代码符合java语言规范，比如：

> com.sun.tools.javac.comp.Check类会检查简单语法树中，变量类型是否正确，方法返回类型是否与接收的引用值是否匹配等等。  
> com.sun.tools.javac.Resolve类会检查变量、方法或类的访问是否合法，变量是否是静态变量，变量是否初始化等等。

而javac编译器同时对代码进行一些简单地优化，比如:

> com.sun.tools.comp.Flow类会去掉无用代码，比如永假的if语句，同事完成变量的自动转换，主要是自动装箱和拆箱等  
> com.sun.tools.comp.Flow类还会去除java语法糖，比如foreach转化为for循环等

例如有Java代码：

int i = new Integer(1);
     
      
     
      
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javac编译后生产如下字节码（经过反编译得到的）：

0: new           #2                  // class java/lang/Integer
         3: dup
         4: iconst_1
         5: invokespecial #3                  // Method java/lang/Integer."<init>":(I)V
         8: invokevirtual #4                  // Method java/lang/Integer.intValue:()I
        11: istore_1
        12: return
    
     
      
     
      
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**其他代码可以先不用理解，但是看到*invokevirtual \#4 // Method java/lang/Integer.intValue*，说明编译器自动添加代码，调用了Integer.intValue()方法，完成变量自动拆箱，该方法的返回值是基本类型int。**

也相当于java代码变为：

Integer temp = new Integer(1);
        int i = temp.intValue();
     
      
     
      
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当然javac不是使用这种简陋的方法，而是使用了更高效的字节码代替。

#### 4.生成字节码 ####

经过语法分析以后，生成的java简单语法树会被编译器优化为完善的java语法树  
**这时Javac编译器调用 com.sun.tools.javac.jvm.Gen类遍历语法树**  
遍历并生成字节码类似下图  
![这里写图片描述][SouthEast 4]  
[图片来自RednaxelaFX大神的博客文章][RednaxelaFX]

**遍历语法树后，获得JVM字节码，这时字节码就可以交给JVM执行了**

这里要说明一点，编译得到后缀为class文件中，字节码不止包括方法体中的各种指令，还有诸如常量池，标志位，魔数等等二进制数据

想了解JVM字节码的可以参考下面文章：  
如何理解ByteCode、IL、汇编等底层语言与上层语言的对应关系？ - RednaxelaFX的回答 - 知乎  
[https://www.zhihu.com/question/27831730/answer/38266643][https_www.zhihu.com_question_27831730_answer_38266643]

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参考资料：  
[《深入分析Java Web技术内幕》–许令波][Java Web]  
[《深入理解Java虚拟机》–周志明][Java]

[http://rednaxelafx.iteye.com/blog/492667][RednaxelaFX] – 强烈推荐阅读R大的博客文章  
[https://www.cnblogs.com/java-zhao/p/5194064.html][https_www.cnblogs.com_java-zhao_p_5194064.html]

[Link 1]: http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/
[https_blog.csdn.net_CringKong_article_details_79429565]: https://blog.csdn.net/CringKong/article/details/79429565
[Javac]: https://en.wikipedia.org/wiki/Javac
[SouthEast]: https://img-blog.csdn.net/20180303105718632?watermark/2/text/aHR0cDovL2Jsb2cuY3Nkbi5uZXQvQ3JpbmdLb25n/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70/gravity/SouthEast
[SouthEast 1]: https://img-blog.csdn.net/20180303114816944?watermark/2/text/aHR0cDovL2Jsb2cuY3Nkbi5uZXQvQ3JpbmdLb25n/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70/gravity/SouthEast
[SouthEast 2]: https://img-blog.csdn.net/20180303113327332?watermark/2/text/aHR0cDovL2Jsb2cuY3Nkbi5uZXQvQ3JpbmdLb25n/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70/gravity/SouthEast
[RednaxelaFX]: http://rednaxelafx.iteye.com/blog/492667
[SouthEast 3]: https://img-blog.csdn.net/20180303120050532?watermark/2/text/aHR0cDovL2Jsb2cuY3Nkbi5uZXQvQ3JpbmdLb25n/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70/gravity/SouthEast
[SouthEast 4]: https://img-blog.csdn.net/20180303124231501?watermark/2/text/aHR0cDovL2Jsb2cuY3Nkbi5uZXQvQ3JpbmdLb25n/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70/gravity/SouthEast
[https_www.zhihu.com_question_27831730_answer_38266643]: https://www.zhihu.com/question/27831730/answer/38266643
[Java Web]: https://book.douban.com/subject/25953851/
[Java]: https://book.douban.com/subject/24722612/
[https_www.cnblogs.com_java-zhao_p_5194064.html]: https://www.cnblogs.com/java-zhao/p/5194064.html