认识 go build - Golang教程网

为了学好Golang底层知识装逼，折腾了一下编译器相关知识。下面的内容并不会提升你的生产技能点，但可以提高你的装逼指数。请按需阅读！

本文目录速览：

认识 go build

go build

这个命令会编译go代码，今天就来一起看看go的编译过程吧！

首先先来认识以下go的代码源文件分类

_test.go

go build

接下来就用一个 hello world 程序来演示以下上面的命令选项。

go build -n

来分析下整个执行过程

compilebuildidlinka.out

mv

compilebuildid、link

编译器原理

这是go编译器的源码路径

如上图所见，整个编译器可以分为：编译前端与编译后端；现在我们看看每个阶段编译器都做了些什么事情。先来从前端部分开始。

词法分析

Token

GolangToken

Token

首先先来给Go的token类型分个类：变量名、字面量、操作符、分隔符以及关键字。我们需要把一堆源代码按照规则进行拆分，其实就是分词，看着上面的例子代码我们可以大概制定一个规则如下：

()

TokenGolanglex

语法分析

TokenAST

TokenAST

自上而下

TokenSTRINGfunc

自下而上

这种是与上一种方式相反的，它先构造子树，然后再组装成一颗完整的树。

ASTToken

ASTToken

这颗树构造后，我们可以看到不同的类型是由对应的结构体来进行表示的。这里如果有语法、词法错误是不会被解析出来的。因为到目前为止说白了都是进行的字符串处理。

语义分析

编译器里边都把语法分析后的阶段叫做 语义分析，而go的这个阶段叫 类型检查；但是我看了以下go自己的文档，其实做的事情没有太大差别，我们还是按照主流规范来写这个过程。

那么语义分析（类型检查）究竟要做些什么呢？

AST

Golang

大意是：生成AST之后是类型检查（也就是我们这里说的语义分析），第一步是进行名称检查和类型推断，签定每个对象所属的标识符，以及每个表达式具有什么类型。类型检查也还有一些其它的检查要做，像“声明未使用”以及确定函数是否中止。

这一段是说：AST也会进行转换，有些节点根据类型信息进行精简，比如从算术加法节点类型中拆分出字符串加法。其它一些例子像dead code的消除，函数调用内联和逃逸分析。

上面两段文字来自 golang compile

这里多说一句，我们常常在debug代码的时候，需要禁止内联，其实就是操作的这个阶段。

# 编译的时候禁止内联
go build -gcflags '-N -l'

-N 禁止编译优化
-l 禁止内联,禁止内联也可以一定程度上减小可执行程序大小

经过语义分析之后，就可以说明我们的代码结构、语法都是没有问题的。所以编译器前端主要就是解析出编译器后端可以处理的正确的AST结构。

接下来我们看看编译器后端又有哪些事情要做。

机器只能够理解二进制并运行，所以编译器后端的任务简单来说就是怎么把AST翻译成机器码。

中间码生成

既然已经拿到AST，机器运行需要的又是二进制。为什么不直接翻译成二进制呢？其实到目前为止从技术上来说已经完全没有问题了。

makeslice64makeslice

中间码存在的另外一个价值是提升后端编译的重用，比如我们定义好了一套中间码应该是长什么样子，那么后端机器码生成就是相对固定的。每一种语言只需要完成自己的编译器前端工作即可。这也是大家可以看到现在开发一门新语言速度比较快的原因。编译是绝大部分都可以重复使用的。

而且为了接下来的优化工作，中间代码存在具有非凡的意义。因为有那么多的平台，如果有中间码我们可以把一些共性的优化都放到这里。

Golang

代码优化

在go的编译文档中，我并没找到独立的一步进行代码的优化。不过根据我们上面的分析，可以看到其实代码优化过程遍布编译器的每一个阶段。大家都会力所能及的做些事情。

通常我们除了用高效代码替换低效的之外，还有如下的一些处理：

并行性，充分利用现在多核计算机的特性
流水线，cpu有时候在处理a指令的时候，还能同时处理b指令
指令的选择，为了让cpu完成某些操作，需要使用指令，但是不同的指令效率有非常大的差别，这里会进行指令优化
利用寄存器与高速缓存，我们都知道cpu从寄存器取是最快的，从高速缓存取次之。这里会进行充分的利用

机器码生成

经过优化后的中间代码，首先会在这个阶段被转化为汇编代码（Plan9），而汇编语言仅仅是机器码的文本表示，机器还不能真的去执行它。所以这个阶段会调用汇编器，汇编器会根据我们在执行编译时设置的架构，调用对应代码来生成目标机器码。

GolangGOARCH=xxx

cmd/compile/main.go:main()

var archInits = map[string]func(*gc.Arch){
    "386":      x86.Init,
    "amd64":    amd64.Init,
    "amd64p32": amd64.Init,
    "arm":      arm.Init,
    "arm64":    arm64.Init,
    "mips":     mips.Init,
    "mipsle":   mips.Init,
    "mips64":   mips64.Init,
    "mips64le": mips64.Init,
    "ppc64":    ppc64.Init,
    "ppc64le":  ppc64.Init,
    "s390x":    s390x.Init,
    "wasm":     wasm.Init,
}

func main() {
    // 从上面的map根据参数选择对应架构的处理
    archInit, ok := archInits[objabi.GOARCH]
    if !ok {
        ......
    }
    // 把对应cpu架构的对应传到内部去
    gc.Main(archInit)
}

cmd/internal/obj/plist.go

func Flushplist(ctxt *Link, plist *Plist, newprog ProgAlloc, myimportpath string) {
    ... ...
    for _, s := range text {
        mkfwd(s)
        linkpatch(ctxt, s, newprog)
        // 对应架构的方法进行自己的机器码翻译
        ctxt.Arch.Preprocess(ctxt, s, newprog)
        ctxt.Arch.Assemble(ctxt, s, newprog)

        linkpcln(ctxt, s)
        ctxt.populateDWARF(plist.Curfn, s, myimportpath)
    }
}

整个过程下来，可以看到编译器后端有很多工作需要做的，你需要对某一个指令集、cpu的架构了解，才能正确的进行翻译机器码。同时不能仅仅是正确，一个语言的效率是高还是低，也在很大程度上取决于编译器后端的优化。特别是即将进入AI时代，越来越多的芯片厂商诞生，我估计以后对这方面人才的需求会变得越来越旺盛。

总结

总结一下学习编译器这部分古老知识带给我的几个收获：

Golang

本文的很多信息都来自下面的资料。