浅入浅出Javac编译原理

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Java语言是程序员广泛使用的语言，不仅包括Java本身，还有JDK、J2EE、JVM等概念。新语言如groove、scale等与Java的关系，以及这些非Java语言为何能在JVM上运行，这些问题都值得探讨。本文将深入解析Java与JVM的关系，以及Javac编译器的功能。Javac编译器负责将Java语言规范转化为Java虚拟机语言规范，将Java源代码转化为class字节码。了解一门语言的底层编译机制是掌握该语言的基础，因此，本文将从Javac编译原理开始探讨。

1. Javac是什么？

Javac是一种编译器，负责将一种语言规范转化为另一种语言规范。对于C、C++、汇编等语言，采用边编译边执行的方式，直接编译为CPU可识别的目标机器码，执行时资源占用少，编译速度快。编译器的功能是将语言规范转化为机器码规范。而对于Java语言，由于引入了Java虚拟机，不能直接编译为CPU可识别的机器码，因此需要完全编译后才能执行，占用时间和空间较大。编译器（Javac）的功能是将Java源代码转化为JVM语言，Java虚拟机再将JVM语言编译为CPU可识别的目标机器码。

2. Javac编译器的基本结构

要了解Javac编译器的基本结构，首先要明白编译器将一种语言规范转化为另一种语言规范需要经过哪些步骤。这需要回顾大学时编译原理的知识。首先，读取源码，逐字节分析，找出语法关键词，如Java中的If、while、for等，识别合法的关键词。这个步骤是词法分析过程，结果形成符合Java规范的Token流。接下来，对这些token流进行语法分析，检查关键词是否符合Java语法规范，如If关键词后跟的是否是布尔表达式。语法分析的结果是形成符合Java规范的抽象语法树。语义分析是将复杂的语法转化为简单语法，如将for each转化为for循环结构，解释注解等。语义分析的结果是形成一个新的抽象语法树，更接近JVM语言的语法规则。最后，通过字节码生成器根据新的抽象语法树生成字节码，即将一个数据结构转化为另一个数据结构。代码生成器的结果是生成符合Java虚拟机规范的字节码。

3. 设计模式之访问者模式

在词法分析器、语法分析器、语义分析器和代码生成器中，存在多次遍历语法树的过程。每次遍历都会进行不同的处理动作，对语法树也要进行进一步处理。这实际上是采用访问者模式设计的，每次遍历都是一次访问者的执行过程。