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为什么要把编译技术的知识与实践相结合?

讲述:丁婵大小:7.73M时长:05:38
你好,欢迎收听极客视点。
作为程序员,在实际工作中,我们经常会碰到需要编译技术的场景,同时编译技术的重要性也是不言而喻的。但很多人表示,“我确实理解了编译技术的相关原理、概念、算法等,但是有没有更直接的方式,能让我更加深入地把知识与实践相结合呢?”
为什么要把编译技术的知识与实践相结合?这可以解决什么问题?又如何结合呢?北京物演科技的 CEO 宫文学根据自己 20 多年的从业经验,回答了这些问题,如下。
说到把编译技术的知识与实践相结合,无外乎就是解决以下问题:
我已经知道,语法分析有自顶向下的方法和自底向上的方法,但要自己动手实现的话,到底该选择哪个方法呢?是应该自己手写,还是用工具生成呢?
我已经知道,在语义分析的过程中要做引用消解、类型检查,并且会用到符号表。那具体到自己熟悉的语言,这些工作是如何完成的呢?有什么难点和实现技巧呢?符号表又被设计成什么样子呢?
我已经知道,编译器中会使用 IR,但实际使用中的 IR 到底是什么样子的呢?使用什么数据结构呢?完成不同的处理任务,是否需要不同的 IR 呢?
我已经知道,编译器要做很多优化工作,但针对自己熟悉的语言,这些优化是如何发生的?哪些优化最重要?又要如何写出便于编译器优化的代码呢?
类似的问题还有很多,但总结起来其实就是:真实世界的编译器,到底是怎么写出来的?
那弄明白了这个问题,到底对我们有什么帮助呢?
第一,研究这些语言的编译机制,能直接提高我们的技术水平。
一方面,深入了解自己使用的语言的编译器,会有助于你吃透这门语言的核心特性,更好地运用它,从而让自己向着专家级别的工程师进军。
另一方面,IT 技术的进化速度是很快的,作为技术人,我们需要迅速跟上技术更迭的速度。而这些现代语言的编译器,往往就是整合了最前沿的技术。
第二,阅读语言编译器的源码,是高效学习编译原理的重要路径。
传统上,我们学习编译原理,总是要先学一大堆的理论和算法,理解起来非常困难,让人望而生畏。
这个方法本身没有错,因为我们学习任何知识,都要掌握其中的原理。不过,这样可能离实现一款实用的编译器还有相当的距离。
那么根据我的经验,学习编译原理的一个有效途径,就是阅读真实世界中编译器的源代码,跟踪它的执行过程,弄懂它的运行机制。因为只要你会写程序,就能读懂代码。既然能读懂代码,那为什么不直接去阅读编译器的源代码呢?在开源的时代,源代码就是一个巨大的知识宝库。面对这个宝库,我们为什么不进去尽情搜刮呢?想带走多少就带走多少,没人拦着。
俗话说“读万卷书,行万里路”。如果说了解编译原理的基础理论和算法是读书的过程,那么探索真实世界里的编译器是什么样子,就是行路的过程了。根据我的体会,当你真正了解了身边的语言的编译器是怎样编写的之后,那些抽象的理论就会变得生动和具体,你也就会在编译技术领域里往前跨出一大步了。
那你可能要问了,我该选择哪些语言的编译器呢?
你可以了解 Java 编译器(javac)、Java 的 JIT 编译器(Graal)、Python 编译器(CPython)、JavaScript 编译器(V8)、Julia 语言的编译器、Go 语言的编译器(gc),以及 MySQL 的编译器。
选择剖析这些语言的编译器,有三方面的原因:
第一,它们足够有代表性,是你在平时很可能会用到的。这些语言中,除了 Julia 比较小众外,都比较流行。而且,虽然 Julia 没那么有名,但它使用的 LLVM 工具很重要。因为 LLVM 为 Swift、Rust、C++、C 等多种语言提供了优化和后端的支持,所以 Julia 也不缺乏代表性。
第二,它们采用了各种不同的编译技术。这些编译器,有的是编译静态类型的语言,有的是动态类型的语言;有的是即时编译(JIT),有的是提前编译(AOT);有高级语言,也有 DSL(SQL);解释执行的话,有的是用栈机(Stack Machine),有的是用寄存器机,等等。不同的语言特性,就导致了编译器采用的技术会存在各种差异,从而更加有利于你开阔视野。
第三,通过研究多种编译器,你可以多次迭代对编译器的认知过程,并通过分析对比,发现这些编译器之间的异同点,探究其中的原因,激发出更多的思考,从而得到更全面的、更深入的认知。
当然,要剖析这么多编译器,你可能会有压力。宫文学继《编译原理之美》专栏后,又开设了《编译原理实战课》,除了以研究真实编译器为主要手段外,会更加致力于扩大你的知识版图、增加你的见识,达到“行万里路”的目的。
以下是这个专栏的目录,供你参考。使用极客视点专属口令,还可以享受立减优惠。
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