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编译器架构

相关源文件

本页概述了 Swift 编译器架构，介绍了其主要组件及其交互。它解释了从 Swift 源代码到机器码的编译管道，并详细介绍了实现此过程的关键子系统。有关编译过程中特定阶段的信息，请参阅编译管道。

概述

Swift 编译器通过多阶段管道将 Swift 源代码转换为可执行的机器码。该编译器设计为模块化，不同编译阶段之间有清晰的分离。

来源：lib/Frontend/Frontend.cpp lib/FrontendTool/FrontendTool.cpp

主要子系统

Swift 编译器由几个关键子系统组成，它们协同工作将源代码转换为机器码。

来源：lib/Frontend/CompilerInvocation.cpp utils/build-script-impl

驱动程序

驱动程序是 Swift 编译器的主入口点。它解析命令行参数，设置编译环境，并管理编译过程。驱动程序可以作为 swift（交互模式）或 swiftc（批量编译模式）调用。

来源：utils/build-script

前端工具

前端工具（swift -frontend）是实现实际编译功能的 [核心组件]。它由驱动程序调用，并带有相应的选项，处理不同的编译模式，如解析、类型检查、SIL 生成和代码生成。

来源：lib/FrontendTool/FrontendTool.cpp192-330

编译器调用

CompilerInvocation 类封装了编译器单次调用的所有配置选项和设置。它处理目标三元组设置、语言选项、搜索路径和其他编译器配置。

来源：lib/Frontend/CompilerInvocation.cpp54-114 lib/Frontend/Frontend.cpp

解析器

解析器将 Swift 源代码转换为抽象语法树（AST）。它执行词法分析，将源代码分解为标记，然后应用 Swift 语法规则来构建 AST。

来源：lib/Parse/Parser.h lib/Parse/ParseDecl.cpp167-250 lib/Parse/ParseExpr.cpp lib/Parse/ParseType.cpp

类型检查器

类型检查器分析 AST，执行名称绑定、类型推断，并验证代码是否符合 Swift 的类型系统规则。它是 Swift 编译器中最复杂的子系统之一。

来源：include/swift/AST/DiagnosticsParse.def

SIL 生成和优化

Swift 中间语言 (SIL) 是一种高级的、特定于 Swift 的中间表示，用于优化和代码生成。SIL 生成器将 AST 转换为 SIL，然后 SIL 会经历多个优化过程。

来源：lib/SIL/IR/SILPrinter.cpp lib/SIL/Parser/ParseSIL.cpp lib/SIL/Verifier/SILVerifier.cpp include/swift/SIL/SILInstruction.h include/swift/SIL/SILBuilder.h

IR 生成

IR 生成器将 SIL 转换为 LLVM IR（中间表示），然后 LLVM 的优化过程和代码生成器对其进行处理，以生成机器码。

模块系统

Swift 模块系统处理 Swift 模块的加载、序列化和反序列化。它允许代码被编译一次并在不同编译中使用。

来源：lib/Serialization/Serialization.cpp lib/Serialization/Deserialization.cpp lib/Serialization/ModuleFormat.h

编译过程

Swift 编译过程涉及多个阶段，每个阶段由编译器中的不同子系统处理。

  1. 解析：源代码被解析为 AST
  2. 类型检查：AST 节点被分析以确保类型正确性
  3. SIL 生成：AST 被降级到 SIL 进行优化
  4. SIL 优化：SIL 经过各种优化
  5. IR 生成：SIL 被翻译成 LLVM IR
  6. LLVM 优化：LLVM 执行与目标无关的优化
  7. 代码生成：LLVM 生成机器码

语言选项和配置

Swift 编译器的行为可以通过各种语言选项和配置进行自定义。这些选项控制着可用性检查、类型检查、优化级别和目标特定行为等功能。

来源： include/swift/Basic/LangOptions.h include/swift/Option/Options.td include/swift/Option/FrontendOptions.td

构建系统

Swift 编译器的构建系统旨在构建编译器本身以及标准库。它使用 CMake 和自定义构建脚本及预设来处理复杂的构建过程。

来源： utils/build-script utils/build-script-impl utils/build-presets.ini CMakeLists.txt cmake/modules/AddSwift.cmake stdlib/cmake/modules/AddSwiftStdlib.cmake stdlib/cmake/modules/SwiftSource.cmake

属性和诊断

Swift 编译器使用属性来注解声明，并使用诊断来向用户报告错误、警告和注意事项。

来源： include/swift/AST/Attr.h lib/AST/Attr.cpp

该架构为编译 Swift 代码提供了一个强大而灵活的系统，在不同编译阶段之间具有清晰的关注点分离，并支持各种编译模式和目标。