编译器后端开发

🎯 垂直职责

单一职责: 编译器中后端技术 - 符号表、类型系统、IR、CFG、SSA、优化

📦 核心能力

1. 符号表与类型系统 (EP6-EP10)

•位置: ep20/src/main/java/org/teachfx/antlr4/ep20/symtab/
•作用域: scope/GlobalScope, scope/LocalScope
•符号: symbol/VariableSymbol, symbol/MethodSymbol
•类型: type/Type, type/BuiltInType, type/StructType

2. 中间表示 (EP11-EP17)

•位置: ep20/src/main/java/org/teachfx/antlr4/ep20/ir/
•表达式: ir/expr/ (BinExpr, UnaryExpr, ConstVal)
•语句: ir/stmt/ (Assign, Jump, ConditionalJump)
•构建器: CymbolIRBuilder.java

3. 控制流图 (EP16-EP17)

•位置: ep20/src/main/java/org/teachfx/antlr4/ep20/pass/cfg/
•核心: ControlFlowAnalysis.java, CFG.java
•基本块: BasicBlock<IRNode>

4. SSA与优化 (EP21)

•位置: ep21/src/main/java/org/teachfx/antlr4/ep21/
•SSA: analysis/ssa/SSAGraph.java
•数据流: analysis/dataflow/ (LiveVariableAnalysis, ReachingDefinitions)
•优化: pass/cfg/ (ConstantFolding, CSE, DCE)

🔗 关系图

→ ep-navigator (识别EP范围) → antlr4-dev (AST → IR转换) ← vm-dev (IR → 字节码)

🚀 快速开始

实现新的优化Pass

bash

# 1. 创建优化器 (实现IFlowOptimizer<IRNode>)
vim ep21/src/main/java/.../pass/cfg/NewOptimizer.java

# 2. 标准模板
public class NewOptimizer implements IFlowOptimizer<IRNode> {
    @Override
    public void onHandle(CFG<IRNode> cfg) {
        // 遍历基本块
        for (BasicBlock<IRNode> block : cfg) {
            // 优化逻辑
        }
    }
}

# 3. 创建测试
vim ep21/src/test/java/.../pass/cfg/NewOptimizerTest.java

# 4. 运行测试
mvn test -pl ep21 -Dtest="*NewOptimizer*"

SSA转换流程

bash

# 1. 构建支配树
cfg.computeDominanceFrontier();

# 2. 插入Φ函数
ssa.insertPhiFunctions();

# 3. 变量重命名
ssa.renameVariables();

# 4. 验证
mvn test -pl ep21 -Dtest="*SSATest"

📊 数据流分析模板

java

// 标准数据流分析框架
public class MyDataFlowAnalysis extends AbstractDataFlowAnalysis<Set<Var>, Set<Var>> {
    @Override
    public Set<Var> getBoundaryCondition() {
        return new HashSet<>(); // 初始状态
    }

    @Override
    public Set<Var> getInitialFlow() {
        return new HashSet<>(); // 默认状态
    }

    @Override
    public Set<Var> merge(List<Set<Var>> inputs) {
        Set<Var> result = new HashSet<>();
        for (Set<Var> input : inputs) {
            result.addAll(input); // 合并操作
        }
        return result;
    }

    @Override
    public Set<Var> flowFunction(BasicBlock<IRNode> block, Set<Var> input) {
        Set<Var> output = new HashSet<>(input);
        // 传递函数: 根据block内容修改output
        return output;
    }
}

🛠️ 常用命令

bash

# 编译器后端
mvn compile -pl ep20                    # 编译EP20
mvn compile -pl ep21                    # 编译EP21

# 测试
mvn test -pl ep20 -Dtest="*IR*"         # 测试IR生成
mvn test -pl ep20 -Dtest="*CFG*"        # 测试CFG
mvn test -pl ep21 -Dtest="*SSA*"        # 测试SSA
mvn test -pl ep21 -Dtest="*Optimizer*"  # 测试优化

# 覆盖率
mvn jacoco:report -pl ep21
open ep21/target/site/jacoco/index.html

📐 IR节点速查

类型	类名	字段	用途
常量	`ConstVal<T>`	`val: T`	字面量
变量	`VarSlot`	`name: String`	变量引用
二元运算	`BinExpr`	`lhs, rhs: VarSlot`, `op: BinaryOpType`	a + b
一元运算	`UnaryExpr`	`expr: VarSlot`, `op: UnaryOpType`	-a
赋值	`Assign`	`lhs: VarSlot`, `rhs: Operand`	x = y
标签	`Label`	`name: String`, `bb: BasicBlock`	基本块标签
跳转	`Jump`	`target: BasicBlock`	goto L
条件跳转	`CondJump`	`cond: VarSlot`, `true/false: BasicBlock`	if (cond)

⚠️ 常见问题

问题	原因	解决方案
IR类型不匹配	`Assign.rhs`是`Operand`不是`Expr`	使用`ConstVal`或`VarSlot`
CFG边方向错误	`getSucceed(id)`返回`Set<Integer>`	遍历ID再查BasicBlock
SSA重命名失败	未计算支配边界	先调用`computeDominanceFrontier()`
优化Pass未生效	未注册到优化管道	添加到`OptimizerPipeline`

版本: v1.0 | 垂直职责: 编译器后端 | 2025-12-23