《電子技術(shù)應(yīng)用》
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為什么每個程序員都應(yīng)學(xué)習(xí)代碼編譯器知識

2015-09-18
關(guān)鍵詞: 程序員 編譯器

  所有優(yōu)秀的計算機(jī)科學(xué)學(xué)院都提供了編譯器課程,但是相對比較少的學(xué)校把它作為本科課程的必修部分。這篇文章回答了這個問題:為什么需要學(xué)習(xí)編譯器知識?即使你從沒打算過編寫編譯器。
  我寫這篇文章的其中一個原因是,盡管我在讀本科時很喜歡編譯器課程,但是我?guī)缀蹩床坏剿膶?shí)際作用。大多數(shù)資料看起來要么簡單易懂,要么很深奧(事實(shí)上,我找到的大部分編譯器資料都是很枯燥的。)無論怎樣,我用了幾年時間總結(jié)了為什么這類課程會如此有用的實(shí)際原因。原因如下。
  分析器和解析器無處不在
  嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?a class="innerlink" href="http://www.rjjo.cn/tags/程序員" title="程序員" target="_blank">程序員不得不去了解分析器和解析器,因?yàn)槲覀儾粫偸侵粚懸恍┬〕绦颉C看文銓懸粋€可擴(kuò)展的程序或處理一種新類型的輸入文件,你都需要了解它們(分析器和解析器)。格林斯潘第十定律:
  “任何C或Fortran程序復(fù)雜到一定程度之后,都會包含一個臨時的、只有一半功能的、不完全符合規(guī)格的、充滿bug的、運(yùn)行速度很慢的Common Lisp實(shí)現(xiàn)。”
  我們花費(fèi)如此多的時間在這些事情上,我們可以使用一次性的小技巧來做這些事情的每一個,或者我們利用60年的理論和實(shí)際知識去解決問題,并把它做對。重要的是:你應(yīng)該什么時候借用已存在的代碼或者使用已存在的工具?理論知識在什么時候可以提供幫助?哪些語言設(shè)計原則可以運(yùn)用在我們?nèi)粘J褂玫男≌Z言?
  你能更好地編寫正確的代碼
  編譯器應(yīng)該把輸入的語言正確地翻譯成合法的程序。為了達(dá)到這個目標(biāo),編譯器開發(fā)者必須了解整個輸入語言,包括一些普通程序員沒見過的罕見問題。這個理解過程是通往程序語言本質(zhì)的重要一步,它和我們平時寫代碼時所看到的不一樣。舉個例子,我在學(xué)習(xí)了順序點(diǎn)(sequence points),未定義行為(undefined behaviors),和常用的算術(shù)轉(zhuǎn)換的細(xì)節(jié)后,完全改變了我對C語言的理解。C編譯器編寫者已經(jīng)掌握這些概念了,但大多數(shù)初級和中級程序員都不知道這些概念。毫不夸張地說,一旦你知道語言的本質(zhì),你會以不同地方式和更準(zhǔn)確地思考這個語言。這適用于任何的語言,特別是像C和C++這些語義不清晰的語言。
  你可以編寫更快的代碼
  通過了解編譯器,你可以很清晰地知道哪些優(yōu)化是編譯器可以優(yōu)化的,和哪些是編譯器不能進(jìn)行優(yōu)化的,無論他們看起來是多么的合理和簡單。你將會學(xué)到哪類代碼通常會建造最佳代碼塊,為什么會這樣和這些代碼做了什么。你會知道為什么一些代碼可以擁有更好的性能,比如使用一半寄存器組緩存濾波系數(shù)一半寄存器組緩存樣本的FIR濾波器,它和使用普通優(yōu)化器實(shí)現(xiàn)的不一樣。你和你喜歡的編譯器是一個能創(chuàng)建快速代碼的團(tuán)隊(duì),你可以使用它高效地工作,或者使用提前優(yōu)化等無意義的技巧來修改它。
  其次,編譯器后端是與目標(biāo)架構(gòu)密切關(guān)聯(lián)的,當(dāng)然,現(xiàn)代的架構(gòu)都盡量提供匯編程序員友好的平臺,而且離著不遠(yuǎn)了。通過理解編譯器后端和它為什么是這樣產(chǎn)生代碼的,你會對計算機(jī)架構(gòu)的操作有更好的理解。
  總結(jié)
  編譯器(理論上)有三部分:
  1.語言相關(guān)的前端(分析,類型檢測)
  2.與語言和目標(biāo)無關(guān)中端(優(yōu)化))
  3.目標(biāo)相關(guān)的后端(生成機(jī)器代碼)
  在這篇文章里,我已經(jīng)試圖說服你們,理解編譯器的每一部分都是有價值的–即使你將來不會實(shí)現(xiàn)或者修改它們。

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