Javac是什么

通常，一个java文件会通过编译器编译成字节码文件.class，再又java虚拟机JVM翻译成计算机可执行的文件。

我们所知道的java语言有它自己的语法规范，同样的JVM也有它的语法规范，如何让java的语法规则去适应语法解析规则，这就是javac的作用，简而言之，javac的作用就是将java源代码转化成class字节码文件。

Javac编译器的基本结构

编译步骤

1. 词法分析器：

1.1作用：

将源码转化为Token流

1.2流程

读取源代码，从源文件的一个字符开始，按照java语法规范依次找出package，import，类定义，属性，方法定义等，最后构建出一个抽象语法树

1.3举例

package compile;

/**
 * 词法解析器
 */
 public class Cifa{
     int a;
     int c = a + 1;
 }

转化为Token流：

1.4源码分析

com.sun.tools.javac.parser.JavacParser 规定哪些词符合Java语言规范，具体读取和归类不同词法的操作由scanner完成
com.sun.tools.javac.parser.Scanner 负责逐个读取源代码的单个字符,然后解析符合Java语言规范的Token序列，调用一次nextToken()都构造一个Token
com.sun.tools.javac.parser.Tokens$TokenKind 里面包含了所有token的类型，譬如BOOLEAN,BREAK,BYTE,CASE。
com.sun.tools.javac.util.Names 用来存储和表示解析后的词法，每个字符集合都会是一个Name对象，所有的对象都存储在Name.Table这个内部类中。
com.sun.tools.javac.parser.KeyWords 负责将字符集合对应到token集合中，如，package zxy.demo.com; Token.PACKAGE = package， Token.IDENTIFIER = zxy.demo.com,(这部分又分为读取第一个token,为zxy，判断下一个token是否为“.”，是的话接着读取下一个Token.IDENTIFIER类型的token，反复直至下一个token不是”.”,也就是说下一个不是Token.IDENIFIER类型的token，Token.SEMI = ；即这个TIDENTIFIER类型的token的Name读完），KeyWords类负责此任务。

1.5问题

Javac是如何分辨这一个个Token呢？例如它时如何直到package是关键词而不是自定义变量呢？

Javac在进行此法分析时会由JavacParser根据Java语言规范来控制什么顺序，地方会出现什么Token，例如package就只能在文件的最开头出现

Javac怎样确定哪些字符组合在一起就是一个Token呢？它如何从一串字符流中划分出Token来？

对于关键字，主要由关键字的语法规则，例如package就是若一个字符串package是连续的，那么他就是关键字

对于自定义变量名称，自定义名称之间用空格隔开，每个语法表达式用分号结束

举例：

int a = 1 + 2;

从package开始

.....

int 就是通过语法关键字判定的TOKEN:INT

int a之间通过空格隔开

a 就是自定义的变量被判定为TOKEN:IDENTIFIER

a =之间通过空格隔开(这时有的小伙伴就会说了，int a=b+c;这句话也不报错啊，对的，大多数时候，这种不用空格分开确实能够编译，这是因为java指出声明变量的时候必须以字母、下划线或者美元符开头，当JavacParser读完a去读=的时候就直到这个=不属于变量了)将=判定为TOKEN:EQ

1被判定为TOKEN:INTLITERAL

.....

将;识别为TOKEN:SEMI

.....

最后读取到类结束，也就是}被判定为TOKEN:RBRACE

2.语法分析器：

刚才，词法解析器已经将Java源文件解析成了Token流。

现在，语法解析器就要将Token流组建成更加结构化的语法树。也就是将这些Token流中的单词装成一句话，完整的语句。

2.1作用

将进行词法分析后形成的Token流中的一个个Token组成一句句话，检查这一句句话是不是符合Java语言规范。

2.2语法分析三部分

package
import
类（包含class、interface、enum），一下提到的类泛指这三类，并不单单是指class

2.3所用类库

com.sun.tools.javac.tree.TreeMaker 所有语法节点都是由它生成的，根据Name对象构建一个语法节点
com.sun.tools.javac.tree.JCTree$JCIf 所有的节点都会继承jctree和实现＊＊tree，譬如 JCIf extends JCTree.JCStatement implements IfTree

com.sun.tools.javac.tree.JCTree的三个属性

Tree tag:每个语法节点都会以整数的形式表示，下一个节点在上一个节点上加1；

pos：也是一个整数，它存储的是这个语法节点在源代码中的起始位置，一个文件的位置是0，而－1表示不存在

type：它代表的是这个节点是什么java类型，如int，float，还是string等

2.4 举例

package compile;

/**
 * 语法
 */
public class Yufa {
    int a;
    private int c = a + 1;
    
    //getter
    public int getC() {
        return c;
    }
    //setter
    public void setC(int c) {
        this.c = c;
    }
}

每一个包package下的所有类都会放在一个JCCompilationUnit节点下，在该节点下包含：package语法树（作为pid）、各个类的语法树
每一个从JCClassDecl发出的分支都是一个完整的代码块，上述是四个分支，对应我们代码中的两行属性操作语句和两个方法块代码块，这样其实就完成了语法分析器的作用：将一个个Token单词组成了一句句话（或者说成一句句代码块）
在上述的语法树部分，对于属性操作部分是完整的，但是对于两个方法块，省略了一些语法节点，例如：方法修饰符public、方法返回类型、方法参数。

注1：若类中有import关键字则途中还有import的语法节点

注2：所有语法节点的生成都是在TreeMaker类中完成的

3.语义分析器

3.1作用

将语法树转化为注解语法树，即在这颗语法树上做一些处理

3.2步骤

给类添加默认构造函数(由com.sun.tools.javac.comp.Enter类完成)
处理注解(由com.sun.tools.javac.processing.JavacProcessingEnvironment类完成)
检查语义的合法性并进行逻辑判断(由com.sun.tools.javac.comp.Attr完成)
- 变量的类型是否匹配
- 变量在使用前是否初始化
- 能够推导出泛型方法的参数类型
- 字符串常量合并
数据流分析(由com.sun.tools.javac.comp.Flow类完成)
- 检验变量是否被正确赋值（eg.有返回值的方法必须确定有返回值）
- 保证final变量不会被重复修饰
- 确定方法的返回值类型
- 所有的检查型异常是否抛出或捕获
- 所有的语句都要被执行到（return后边的语句就不会被执行到，除了finally块儿）
对语法树进行语义分析(由com.sun.tools.javac.comp.Flow执行)
- 去掉无用的代码，如只有永假的if代码块
- 变量的自动转换，如将int自动包装为Integer类型
- 去除语法糖，将foreach的形式转化为更简单的for循环

最终，生成了注解语法树

3.3所用类库

com.sun.tools.javac.comp.Check，它用来辅助Attr类检查语法树中变量类型是否正确，如方法返回值是否和接收的引用值类型匹配
com.sun.tools.javac.comp.Resolve，用来检查变量，方法或者类的访问是否合法，变量是否是静态变量
com.sun.tools.javac.comp.ConstFold，将一个字符串常量中的多个字符合并成一个字符串
com.sun.tools.javac.comp.Infer，帮助推导泛型方法的参数类型

3.4举例

变量自动转化

public class Yuyi{
    public static void main(String agrs[]){
        Integer i = 1;
        Long l = i + 2L;
        System.out.println(l);
    }
}
//经过自动转换后
public class Yuyi{
    public Yuyi(){
        super();
    }
    public static void main(String agrs[]){
        Integer i = Integer.valueOf(1);
        Long l = Long.valueOf(i.intValue() + 2L);
        System.out.println(l);
    }
}

解除语法糖

public class Yuyi{
    public static void main(String agrs[]){
        int[] array = {1,2,3};
        for (int i : array){
            System.out.println(i);
        }
    }
}
//解除语法糖后
public class Yuyi{
    public Yuyi(){
        super();
    }
    public static void main(String agrs[]){
        int[] arrays = {1,2,3};
        for (int[] arr$ = array,len$=arr$.length,i$=0; i$<len$; ++i$){
            int i = arr$[i$];
            {
                System.out.println(i);
            }
        }
    }
}

内部类解析

public class Yuyi{
    public static void main(String agrs[]){
        Inner inner = new Inner();
        inner.print();
    }
    class Inner{
        public void print(){
            System.out.println("Yuyi$Inner.print");
        }
    }
}
//转化后的代码如下
public class Yuyi{
    public Yuyi(){
        super();
    }
    public static void main(String agrs[]){
        Yuyi$Inner inner = new Yuyi$Inner(this);
        inner.print();
    }
    {
    }
}
class Yuyi$Inner{
    /*synthetic*/ final Yuyi this$0;
    
    Yuyi$Inner(/*synthetic*/final Yuyi this$0){
        this.this$0 = this$0;
        super();
    }
    
    public void print(){
        System.out.println("Yuyi$Inner.print");
    }
}

4.代码生成器

4.1作用

生成语法树后，接下来Javac会调用com.sun.tools.javac.jvm.Gen类遍历语法树，生成Java字节码

4.2步骤

将java方法中代码块转化为符合JVM语法的命令形式，JVM的操作都是基于栈的，所有的操作都必须经过出栈和进栈来完成
按照JVM的文件组织格式将字节码输出到以class为拓展名的文件中

4.3所用类库

com.sun.tools.javac.jvm.Gen类，用来遍历语法树，生成最终Java字节码
com.sun.tools.javac.jvm.Items，辅助gen，这个类表示任何可寻址的操作项，这些操作项都可以作为一个单位出现在操作栈上
com.sun.tools.javac.jvm.Code，辅助gen，存储生成的字节码，并提供一些能够映射操作码的方法

参考书籍：《深入分析Java Web》

深入分析 Javac 编译原理

Javac是什么

Javac编译器的基本结构

编译步骤

1. 词法分析器：

1.1作用：

1.2流程

1.3举例

1.4源码分析

1.5问题

Javac是如何分辨这一个个Token呢？例如它时如何直到package是关键词而不是自定义变量呢？

Javac怎样确定哪些字符组合在一起就是一个Token呢？它如何从一串字符流中划分出Token来？

举例：

2.语法分析器：

2.1作用

2.2语法分析三部分

2.3所用类库

2.4 举例

3.语义分析器

3.1作用

3.2步骤

3.3所用类库

3.4举例

4.代码生成器

4.1作用

4.2步骤

4.3所用类库