為什麼每個程式設計師都應該學習程式碼編譯器知識

edithfang發表於2014-12-25
我寫這篇文章的其中一個原因是,儘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麼簡單易懂,要麼很深奧(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麼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

嚴謹的程式設計師不得不去了解分析器和解析器,因為我們不會總是隻寫一些小程式。每次你寫一個可擴充套件的程式或處理一種新型別的輸入檔案,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程式複雜到一定程度之後,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、執行速度很慢的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,並把它做對。重要的是:你應該什麼時候借用已存在的

程式碼或者使用已存在的工具?理論知識在什麼時候可以提供幫助?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程式碼

編譯器應該把輸入的語言正確地翻譯成合法的程式。為了達到這個目標,編譯器開發者必須瞭解整個輸入語言,包括一些普通程式設計師沒見過的罕見問題。這個理解過程是通往程式語言本質的重要一步,它和我們平時寫程式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後,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式設計師都不知道這些概念。毫不誇張地說,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。這適用於任何的語言,特別是像C和C++這些語義不清晰的語言。

你可以編寫更快的程式碼

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麼的合理和簡單。你將會學到哪類程式碼通常會建造最佳程式碼塊,為什麼會這樣和這些程式碼做了什麼。你會知道為什麼一些程式碼可以擁有更好的效能,比如使用一半暫存器組快取濾波係數一半暫存器組快取樣本的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建立快速程式碼的團隊,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,編譯器後端是與目標架構密切關聯的,當然,現代的架構都儘量提供彙編程式設計師友好的平臺,而且離著不遠了。通過理解編譯器後端和它為什麼是這樣產生程式碼的,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:

  • 語言相關的前端(分析,型別檢測)
  • 與語言和目標無關中端(優化))
  • 目標相關的後端(生成機器程式碼)


在這篇文章裡,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。
來自:程式師
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