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為什么每個程序員都應學習代碼編譯器知識

2015-09-18
關鍵詞: 程序員 編譯器

  所有優秀的計算機科學學院都提供了編譯器課程,但是相對比較少的學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:為什么需要學習編譯器知識?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,但是我幾乎看不到它的實際作用。大多數資料看起來要么簡單易懂,要么很深奧(事實上,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了為什么這類課程會如此有用的實際原因。原因如下。
  分析器和解析器無處不在
  嚴謹的程序員不得不去了解分析器和解析器,因為我們不會總是只寫一些小程序。每次你寫一個可擴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、不完全符合規格的、充滿bug的、運行速度很慢的Common Lisp實現。”
  我們花費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年的理論和實際知識去解決問題,并把它做對。重要的是:你應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?哪些語言設計原則可以運用在我們日常使用的小語言?
  你能更好地編寫正確的代碼
  編譯器應該把輸入的語言正確地翻譯成合法的程序。為了達到這個目標,編譯器開發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,我在學習了順序點(sequence points),未定義行為(undefined behaviors),和常用的算術轉換的細節后,完全改變了我對C語言的理解。C編譯器編寫者已經掌握這些概念了,但大多數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,你會以不同地方式和更準確地思考這個語言。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化是編譯器可以優化的,和哪些是編譯器不能進行優化的,無論他們看起來是多么的合理和簡單。你將會學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一半寄存器組緩存樣本的FIR濾波器,它和使用普通優化器實現的不一樣。你和你喜歡的編譯器是一個能創建快速代碼的團隊,你可以使用它高效地工作,或者使用提前優化等無意義的技巧來修改它。
  其次,編譯器后端是與目標架構密切關聯的,當然,現代的架構都盡量提供匯編程序員友好的平臺,而且離著不遠了。通過理解編譯器后端和它為什么是這樣產生代碼的,你會對計算機架構的操作有更好的理解。
  總結
  編譯器(理論上)有三部分:
  1.語言相關的前端(分析,類型檢測)
  2.與語言和目標無關中端(優化))
  3.目標相關的后端(生成機器代碼)
  在這篇文章里,我已經試圖說服你們,理解編譯器的每一部分都是有價值的–即使你將來不會實現或者修改它們。

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