查看 Go 的代码优化过程

之前有人在某群里询问 Go 的编译器是怎么识别下面的代码始终为 false,并进行优化的:

package main

func main() {
    var a = 1
    if a != 1 {
        println("oh no")
    }
}

先说是不是,再说为什么。先看看他的结论对不对:

TEXT main.main(SB) /Users/xargin/test/com.go
  com.go:3              0x104ea70               c3                      RET
  .... 后面都是填充物

整个 main 函数的逻辑都被优化掉了,二进制文件中 main 函数什么都没干就直接 RET 了。说明在编译过程中,Go 的编译器确实会对这段无效代码进行优化。

之前有接触过 Go 的静态扫描工具的同学就问了,Go 编译器的这种优化我们能不能进行复用呢。把逻辑从编译器中抽出来,直接做个静态扫描工具来告诉你又写出了垃圾代码。

嗯,我们来看看到底行不行,首先需要简单理解 Go 的编译过程。

Go 从代码文本到可执行执行文件的编译过程大致为:

词法分析 ------------> 语法分析 ----------> 中间代码生成 ----------> 目标代码生成
        token stream            ast                    SSA           asm

当前开源社区的静态扫描工具,分析的对象都是 ast,因为 Go 的 compiler 接口是开放的,所以我们可以直接用 go/parser 、 go/ast 库来生成这个 ast。之后再调用 Walk 来遍历语法树,或者我们自己写一个遍历 ast 的流程也不麻烦。在遍历过程中,可以根据单句代码(比如有个东西叫 ineff assign),或者根据代码的上下文来给出一些建议和警示(比如一些什么 go vet、gosimple 啊之类的东西)。

从词法分析到语法分析一般被称为编译器的前端(frontend),而中间代码生成和目标代码生成则是编译器后端(backend)。

所以不管怎么说,想做静态扫描,就是在和 ast 打交道,即在编译器前端折腾。这里的问题是,Go 的编译器对前述代码的优化究竟是在编译过程的哪一步进行的呢?

获得代码的 ast 很简单:

package main

import (
	"go/ast"
	"go/parser"
	"go/token"
)

func main() {
    fset := token.NewFileSet()
    f, _ := parser.ParseFile(fset, "./demo.go", nil, parser.Mode(0))

    for _, d := range f.Decls {
        ast.Print(fset, d)
    }
}

输出 ast:

     0  *ast.FuncDecl {
     1  .  Name: *ast.Ident {
     2  .  .  NamePos: ./com.go:3:6
     3  .  .  Name: "main"
     4  .  .  Obj: *ast.Object {
     5  .  .  .  Kind: func
     6  .  .  .  Name: "main"
     7  .  .  .  Decl: *(obj @ 0)
     8  .  .  }
     9  .  }
    10  .  Type: *ast.FuncType {
    11  .  .  Func: ./com.go:3:1
    12  .  .  Params: *ast.FieldList {
    13  .  .  .  Opening: ./com.go:3:10
    14  .  .  .  Closing: ./com.go:3:11
    15  .  .  }
    16  .  }
    17  .  Body: *ast.BlockStmt {
    18  .  .  Lbrace: ./com.go:3:13
    19  .  .  List: []ast.Stmt (len = 2) {
    20  .  .  .  0: *ast.DeclStmt {
    21  .  .  .  .  Decl: *ast.GenDecl {
    22  .  .  .  .  .  TokPos: ./com.go:4:2
    23  .  .  .  .  .  Tok: var
    24  .  .  .  .  .  Lparen: -
    25  .  .  .  .  .  Specs: []ast.Spec (len = 1) {
    26  .  .  .  .  .  .  0: *ast.ValueSpec {
    27  .  .  .  .  .  .  .  Names: []*ast.Ident (len = 1) {
    28  .  .  .  .  .  .  .  .  0: *ast.Ident {
    29  .  .  .  .  .  .  .  .  .  NamePos: ./com.go:4:6
    30  .  .  .  .  .  .  .  .  .  Name: "a"
    31  .  .  .  .  .  .  .  .  .  Obj: *ast.Object {
    32  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  Kind: var
    33  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  Name: "a"
    34  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  Decl: *(obj @ 26)
    35  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  Data: 0
    36  .  .  .  .  .  .  .  .  .  }
    37  .  .  .  .  .  .  .  .  }
    38  .  .  .  .  .  .  .  }
    39  .  .  .  .  .  .  .  Values: []ast.Expr (len = 1) {
    40  .  .  .  .  .  .  .  .  0: *ast.BasicLit {
    41  .  .  .  .  .  .  .  .  .  ValuePos: ./com.go:4:10
    42  .  .  .  .  .  .  .  .  .  Kind: INT
    43  .  .  .  .  .  .  .  .  .  Value: "1"
    44  .  .  .  .  .  .  .  .  }
    45  .  .  .  .  .  .  .  }
    46  .  .  .  .  .  .  }
    47  .  .  .  .  .  }
    48  .  .  .  .  .  Rparen: -
    49  .  .  .  .  }
    50  .  .  .  }
    51  .  .  .  1: *ast.IfStmt {
    52  .  .  .  .  If: ./com.go:5:2
    53  .  .  .  .  Cond: *ast.BinaryExpr {
    54  .  .  .  .  .  X: *ast.Ident {
    55  .  .  .  .  .  .  NamePos: ./com.go:5:5
    56  .  .  .  .  .  .  Name: "a"
    57  .  .  .  .  .  .  Obj: *(obj @ 31)
    58  .  .  .  .  .  }
    59  .  .  .  .  .  OpPos: ./com.go:5:7
    60  .  .  .  .  .  Op: !=
    61  .  .  .  .  .  Y: *ast.BasicLit {
    62  .  .  .  .  .  .  ValuePos: ./com.go:5:10
    63  .  .  .  .  .  .  Kind: INT
    64  .  .  .  .  .  .  Value: "1"
    65  .  .  .  .  .  }
    66  .  .  .  .  }
    67  .  .  .  .  Body: *ast.BlockStmt {
    68  .  .  .  .  .  Lbrace: ./com.go:5:12
    69  .  .  .  .  .  List: []ast.Stmt (len = 1) {
    70  .  .  .  .  .  .  0: *ast.ExprStmt {
    71  .  .  .  .  .  .  .  X: *ast.CallExpr {
    72  .  .  .  .  .  .  .  .  Fun: *ast.Ident {
    73  .  .  .  .  .  .  .  .  .  NamePos: ./com.go:6:3
    74  .  .  .  .  .  .  .  .  .  Name: "println"
    75  .  .  .  .  .  .  .  .  }
    76  .  .  .  .  .  .  .  .  Lparen: ./com.go:6:10
    77  .  .  .  .  .  .  .  .  Args: []ast.Expr (len = 1) {
    78  .  .  .  .  .  .  .  .  .  0: *ast.BasicLit {
    79  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  ValuePos: ./com.go:6:11
    80  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  Kind: STRING
    81  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  Value: "\"oh no\""
    82  .  .  .  .  .  .  .  .  .  }
    83  .  .  .  .  .  .  .  .  }
    84  .  .  .  .  .  .  .  .  Ellipsis: -
    85  .  .  .  .  .  .  .  .  Rparen: ./com.go:6:18
    86  .  .  .  .  .  .  .  }
    87  .  .  .  .  .  .  }
    88  .  .  .  .  .  }
    89  .  .  .  .  .  Rbrace: ./com.go:7:2
    90  .  .  .  .  }
    91  .  .  .  }
    92  .  .  }
    93  .  .  Rbrace: ./com.go:8:1
    94  .  }
    95  }

显然,到语法分析完毕之后,ast 中的 if 节点还活得好好的。只能看看后端部分了:

GOSSAFUNC=main go build com.go

deadcode

SSA 的多轮优化就是编译原理里常说的后端优化,这一步是 deadcode opt,顾名思义。

dump 过程中可能会有权限问题:

# runtime
<unknown line number>: internal compiler error: 'main': open ssa.html: permission denied

Please file a bug report including a short program that triggers the error.
https://golang.org/issue/new

加个 sudo 就好。

既然 Go 是在编译后端进行的死代码消除,那么对于我们来说,想要复用编译器代码,并提前提示就不太方便了。从原理上来讲,我们仍然可以在遍历 ast 的时候存储一些常量、变量的值来完成前文中提出的需求。这就看你有没有兴趣去实现了。

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