if 语句在字面上是如何工作的？

Question

我想知道if statement或conditional statements在执行时如何在幕后工作。

考虑一个这样的例子：

if (10 > 6) {
    // Some code
}

编译器或解释器如何知道数字 10 大于 6 或 6 小于 10？

Answer 1

在编译接近尾声的某个时刻，编译器会将上述内容转换为汇编语言，类似于：

start:                      # This is a label that you can reference
    mov ax, 0ah             # Store 10 in the ax register
    mov bx, 06h             # Store 6 in the bx register
    cmp ax, bx              # Compare ax to bx
    jg  inside_the_brackets # 10 > 6? Goto `inside_the_brackets`
    jmp after_the_brackets  # Otherwise skip ahead a little
inside_the_brackets:
    # Some code - stuff inside the {} goes here
after_the_brackets:
    # The rest of your program. You end up here no matter what.

我已经好几年没有用汇编程序编写了，所以我知道那是各种不同的杂乱无章的东西，但以上是它的要点。 现在，这是一种构建代码的低效方式，因此智能编译器可能会将其编写得更像：

start:                      # This is a label that you can reference
    mov ax, 0ah             # Store 10 in the ax register
    mov bx, 06h             # Store 6 in the bx register
    cmp ax, bx              # Compare ax to bx
    jle after_the_brackets # 10 <= 6? Goto `after_the_brackets`
inside_the_brackets:
    # Some code - stuff inside the {} goes here
after_the_brackets:
    # The rest of your program. You end up here no matter what.

看看它是如何颠倒比较的，所以不是if (10 > 6)它更像是if (10 <= 6) ？ 这删除了jmp指令。 逻辑是相同的，即使它不再完全是您最初编写的内容。 那里——现在你已经看到了一个“优化编译器”在工作。

您可能听说过的每个编译器都有一百万种技巧，可以将您编写的代码转换为作用相同的汇编语言，但 CPU 可以更有效地执行。 有时最终结果几乎无法辨认。 一些优化和我刚才所做的一样简单，但其他优化非常聪明，人们已经在这方面获得了博士学位。

Answer 2

Kirk Strauser 的回答是正确的。 但是你问：

编译器或解释器如何知道数字 10 大于 6 或 6 小于 10？

一些优化器编译器可以看到10 > 6是一个等价于true的常量表达式，并且根本不会发出任何检查或跳转。 如果你问他们是怎么做到的，那么……

我将分步骤解释该过程，希望它们易于理解。 我没有涵盖任何高级主题。

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构建过程将首先根据语言的语法解析您的代码文档。

语言的语法将定义如何将文档的文本（将代码想象为字符串）解释为一系列符号或标记（例如关键字、文字、标识符、运算符……）。 在这种情况下，我们有：

1. 一个if符号。
2. 一个(符号。
3. 一个10符号。
4. >符号”。
5. 一个6符号。
6. a )符号。
7. {符号。
8. 和一个}符号。

我假设注释、换行符和空格不会在这种语言中生成符号。

从一系列符号中，它将根据语言规则构建一个树状 memory 结构（参见AST ）。

树会说你的代码是：

• 一个“if 语句”，它有两个孩子：
  • 一个条件（一个 boolean 表达式），它是一个大于比较，有两个孩子：
    • 常量字面量 integer 10
    • 常量字面量 integer 6
  • 一个主体（一组语句），在本例中为空。

然后编译器可以查看该树并找出如何优化它，并以目标语言发出代码（让我们说机器代码）。

优化过程将看到条件没有变量，它完全由编译时已知的常量组成。 因此它可以计算等效值并使用它。 这给我们留下了这个：

• 一个“if 语句”，它有两个孩子：
  • 一个条件（一个 boolean 表达式），它是一个字面上的真。
  • 一个主体（一组语句），在本例中为空。

然后它将看到我们有一个始终为真的条件，因此我们不需要它。 因此，它用其主体中的一组语句替换了 if 语句。 哪个都没有，我们已经将代码优化为一无所有。

您可以想象该过程将如何在树上 go，找出目标语言中的等价物（再次，让我们说，机器代码），并发出该代码直到它遍历整个树。

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我想提一下，中间语言和 JIT（及时）编译已经变得非常普遍。 请参阅了解差异：传统解释器、JIT 编译器、JIT 解释器和 AOT 编译器。

我对构建过程如何工作的描述是一个玩具教科书示例。 我想鼓励进一步了解该主题。 我会建议，按以下顺序：

• 与 Brailsford 教授视频系列的 Computerphile 编译器。
• 古老的Dragon Book [ pdf ]，以及“如何创建实用、轻量级语言”和“使用 Perl 6 正则表达式和语法进行解析”等其他书籍。
• 最后是CS 6120: Advanced Compilers: The Self-Guided Online Course这不是关于解析的，因为它假设你已经知道了。

Answer 3

实际检查的能力是在硬件中实现的。 更具体地说，它会减去 10-6（这是处理器可以做的基本指令之一），如果结果小于或等于 0，则它会跳转到块的末尾（比较数字与归零和根据结果跳转也是基本指令）。 如果您想了解更多信息，要查找的关键字是“指令集架构”和“程序集”。