@ -4,14 +4,14 @@ title: "Go编译流程"
# 编译流程
Go语言是一门编译型语言， ， 流程。
Go语言是一门静态编译型语言， ， ， 流程。
## 编译六阶段
## 编译的 六阶段
编译器工作目标是**完成从高级语言（ ） （ ） ， ， （ ） （ ） ， ：
编译器的核心任务是**将高级语言（ ） （ ） ： （ ） （ ） ：
- 词法分析（ )
- 语法分析（ ）
- 词法分析（ ）
- 语法分析（ ） [^2]
- 语义分析（ ）
- 中间码生成（ ）
- 代码优化（ ）
@ -19,57 +19,79 @@ Go语言是一门编译型语言，
### 词法分析
词法分析最终生成的是Tokens。词法分析时编译器扫描源代码， ， （ ） （ ）
词法分析是编译的第一步，编译器扫描源代码，从左到右逐行将字符序列分组，生成**词法单元（ ） （ ） （ ） （ ） （ ） ， `c = a + b * 5` ， ：
Lexemes | Tokens
--- | ---
c | identifier
= | assignment symbol
a | identifier
\+ | + (addition symbol)
b | identifier
\* | * (multiplication symbol)
5 | 5 (number)
c | 标志符
= | 赋值符号
a | 标志符
\+ | 加法符号
b | 标志符
\* | 乘法符号
5 | 数字
### 语法分析
词法分析阶段接收上一阶段生成的Tokens序列， 基于特定编程语言的规则生成抽象语法树（ ）
词法分析阶段接收词法分析阶段生成的Tokens序列， 基于特定编程语言的规则生成抽象语法树。
#### 抽象语法树
抽象语法树（ ） ， ， ，
以`(a+b)*c`为例，最终生成的抽象语法树如下：
抽象语法树（ ） ， ， ，
### 语义分析阶段
### 语义分析
语义分析阶段用来检查代码的语义一致性。它使用前一阶段的语法树以及符号表来验证给定的源代码在语义上是一致的。它还检查代码是否传达了适当的含义。例如语义分析会检查`a+b`中的`a`和`b`是否为可以进行`+`操作的类型。
在Go语言中， （ ） ， `var x int; x = "string" ` 这样的代码被标记为类型错误。
语义分析阶段用来检查代码的语义一致性。它使用前一阶段的语法树以及符号表来验证给定的源代码在语义上是一致的。它还检查代码是否传达了适当的含义。
### 中间码生成
中间码是一种介于高级语言和机器码之间的表示形式，具有跨平台特性。。使用中间码易于跨平台转换为特定类型目标机器代码。
### 中间码生成阶段
Go编译器会生成一种平台无关的中间表示（ ） ， ， ，
中间代码介是于高级语言和机器语言之间，具有跨平台特性。使用中间代码可以易于跨平台转换为特定类型目标机器代码。
### 代码优化
### 代码优化阶段
代码优化阶段主要是改进中间代码，生成更高效的代码，优化包括但不限于：
- 删除冗余代码（死代码消除）
- 常量折叠
- -通过循环展开来进行循环优化
- 内联函数
- 边界检查消除（ ）
代码优化阶段主要是改进中间代码，删除不必要的代码，以调整代码序列以生成速度更快和空间更少的中间代码。
Go编译器在优化阶段执行**逃逸分析（ ） ， ， ， ， ， 。
### 机器码生成阶段
### 机器码生成
机器码生成阶段 是编译器工作的最后阶段。此阶段会基于中间码生成汇编代码，汇编器根据汇编代码生成目标文件，目标文件经过链接器处理最终生成可执行文件。
机器码生成是编译器工作的最后阶段。此阶段会基于中间码生成汇编代码，汇编器根据汇编代码生成目标文件，目标文件经过链接器处理最终生成可执行文件。
## Go语言编译流程
Go编译器使用 `Plan9` 汇编作为统一汇编语言，屏蔽了不同架构的细节，生成的汇编代码随后通过汇编器（如 `go tool asm` ）和链接器（如 `go tool link` ）转换为可执行文件。
上面介绍了编译器工作整个流程， ：
## Go 编译流程
上面介绍了通用编译器工作的整个流程， ：
{{< figure src = "https://static.cyub.vip/images/202104/go-compile.png" width = "500px" class = "text-center" title = "Go语言编译流程" > }}
Go 编译器在编译的具体实现时候， 在六个阶段基础上进一步细化。根据Go官方博客介绍[^3]， ：
阶段名称 | 主要功能 | 相关包
--- | --- | ---
解析 | 词法分析和语法分析，构建语法树，包含位置信息用于错误和调试。| cmd/compile/internal/syntax
类型检查 | 使用语法树的AST进行类型检查，
IR构建（ ） ，
中端优化 | 包括死代码消除、去虚拟化、内联和逃逸分析等优化。 | cmd/compile/internal/inline, cmd/compile/internal/devirtualize, cmd/compile/internal/escape
遍历（ ） ， ， （ ）
通用SSA | 将IR转换为SSA形式， ， （ ）
生成机器码 | 将SSA降低为机器特定代码， （ ） ，
导出 | 写入导出数据文件，
我们执行`go build`命令时候，带上`-n`选项可以观察编译流程所执行所有的命令：
{{< highlight shell " linenos = table,hl_lines=5 11 24 " > }}
#
# command-line-arguments
@ -102,16 +124,25 @@ mv $WORK/b001/exe/a.out empty_string
从上面命令输出的内容可以看到：
1. Go编译器首先会创建一个任务输出临时目录（ ） ， ， ** [action graph ](https://github.com/golang/go/blob/master/src/cmd/go/internal/work/action.go )**
1. Go编译器首先会创建一个任务输出临时目录（ ` mkdir -p $WORK/b001/` ） ， ， ** [action graph ](https://github.com/golang/go/blob/master/src/cmd/go/internal/work/action.go )**
2. 接着将empty_string.go中依赖的包: /usr/lib/go/pkg/linux_amd64/runtime.a 写入到importcfg中
2. 接着将` empty_string.go` 中依赖的包: ` ` 写入到` importcfg` 中
3. 接着会使用compile命令， ， （ ）
3. 接着会使用` compile` 命令，并指定` importcfg` 文件，将主程序` empty_string.go` 编译成` _pkg.a` 文件（` /usr/lib/go/pkg/tool/linux_amd64/compile -o $WORK/b001/_pkg_.a -trimpath "$WORK/b001=>" -p main -complete -buildid aJhlsTb17ElgWQeF76b5/aJhlsTb17ElgWQeF76b5 -goversion go1.14.13 -D _/home/vagrant/dive-into-go -importcfg $WORK/b001/importcfg -pack ./empty_string.go` ）。
4. 程序依赖的包都写到importcfg.link这个文件中， ， ， （
/usr/lib/go/pkg/tool/linux_amd64/buildid -w $WORK/b001/exe/a.out # internal ）。
4. 程序依赖的包都写到` importcfg.link` 这个文件中， ， ， （ ` /usr/lib/go/pkg/tool/linux_amd64/link -o $WORK/b001/exe/a.out -importcfg $WORK/b001/importcfg.link -buildmode=exe -buildid=FoylCipvV-SPkhyi2PJs/aJhlsTb17ElgWQeF76b5/aJhlsTb17ElgWQeF76b5/FoylCipvV-SPkhyi2PJs -extld=gcc $WORK/b001/_pkg_.a`）。接着会将`buildid`写入二进制文件中（
` ` ）。
5. 将编译成功的二进制文件移动到输出目录中（ ）
5. 将编译成功的二进制文件移动到输出目录中（`mv $WORK/b001/exe/a.out empty_string`）。
上面4中我们可以看到`buildid`写入过程。在 Go 的构建过程中，`buildid` 用于缓存管理。Go 的构建系统会根据`buildid`来判断是否需要重新构建某个包或模块。如果缓存中已经存在具有相同`buildid`的构建结果，构建系统可以重用缓存，从而加快构建速度。`buildid`也可用于唯一标识每次构建的二进制文件。我们可以通过下面命令查看二进制文件的`buildid`：
```bash
go tool buildid ./example_binary
```
### 完整编译流程输出
为了详细查看`go build`整个详细过程，我们可以使用`go build -work -a -p 1 -x empty_string.go`命令来观察整个过程，它比`go build -n`提供了更详细的信息:
@ -120,9 +151,9 @@ mv $WORK/b001/exe/a.out empty_string
- -p选项用来指定编译过程中线程数， ，
- -x选项可以指定编译参数
输出内容摘要如下：
完整编译 输出内容摘要如下：
```
```bash
vagrant@vagrant:~/dive-into-go$ go build -work -a -p 1 -x empty_string.go
WORK=/tmp/go-build871888098
mkdir -p $WORK/b004/
@ -191,7 +222,7 @@ cp $WORK/b007/_pkg_.a /home/vagrant/.cache/go-build/f6/f6dcba7ea64d64182a26bcda4
从上面可以看到编译器工作目录是`/tmp/go-build871888098`， ， ， ， ：
```
```bash
vagrant@vagrant:/tmp/go-build871888098$ ls
b001 b002 b003 b004 b006 b007 b008
```
@ -200,19 +231,21 @@ b001 b002 b003 b004 b006 b007 b008
## Go 编译器
Go 编译器，英文名称是`Go compiler`， ， ， 语言编写的程序需要Go命令来编译， ， ， ，
Go 编译器，英文名称是`Go compiler`， ， ， ， ， ， ，
### 自举
自举， 。自举指的是用要 编译的程序的编程语言来编写其编译器。自举步骤一般如下， ：
自举， ， ： ， ， ：
1. 先使用程序语言B实现A的编译器，
2. 接着使用A语言实现A的编译器， ，
3. 最后我们就可以使用compiler1来编译A语言写的程序，
通过自举方式，解决了上面说的“先有鸡还是先有蛋”的问题，实现了自己编译自己。Go语言最开始是使用C语言实现的编译器， ， ， ， ，
通过自举方式，解决了上面说的“先有鸡还是先有蛋”的问题，实现了自己编译自己。
除了 Go 语言实现的 gc 外， gccgo ](https://go.dev/doc/install/gccgo )。与 gc 相比， ， ，
Go语言最开始是使用C语言实现的编译器， ， ， ， ，
除了 Go 语言实现的 gc 外， gccgo ](https://go.dev/doc/install/gccgo )。与 gc 相比， ， ，
### 源码安装
@ -224,7 +257,7 @@ Go 源码安装需要系统先有一个`bootstrap toolchain`，
#### 从官网下载发行包
第一种方式是从Go发行包中获取Go二进制应用， ， ，
第一种方式是从Go发行包中获取Go二进制应用， ` GOROOT_BOOTSTRAP` 环境变量，就可以源码编译了。
```bash
wget https://golang.org/dl/go1.13.15.linux-amd64.tar.gz
@ -253,7 +286,6 @@ cd go1.14.13/src
./make.bash
```
### 基于go1.14版本工具链编译
第三种方式是先编译出go1.4版本，
@ -273,6 +305,7 @@ cd go1.14.13/src
## 进一步阅读
- [Go官方博客： ](https://go.dev/src/cmd/compile/README )
- [Go: Overview of the Compiler ](https://medium.com/a-journey-with-go/go-overview-of-the-compiler-4e5a153ca889 )
- [How a Go Program Compiles down to Machine Code ](https://getstream.io/blog/how-a-go-program-compiles-down-to-machine-code/ )
- [编译原理 ](https://draveness.me/golang/docs/part1-prerequisite/ch02-compile/golang-compile-intro/ )
@ -287,3 +320,4 @@ cd go1.14.13/src
[^1]: [Lexical analysis ](https://en.wikipedia.org/wiki/Lexical_analysis )
[^2]: [Syntax analysis ](https://en.wikipedia.org/wiki/Parsing )
[^3]: https://go.dev/src/cmd/compile/README
