编译器内部原理

本页面向想了解 CK 编译器内部工作方式的读者。写第一个程序、学习变量和控制流程时不需要了解这些内容。

从 .ck 文件到运行结果#

编译器先读懂源代码、检查类型，再把程序整理为内部表示，最后生成所选目标需要的内容：

.ck 源码
  → 读取并检查代码
  → 整理为编译器内部表示
  → 验证并进行优化
  → 生成 Native、C 或 WebAssembly 输出

“内部表示”是编译器用来理解和改写程序的另一种形式。CK 主要有语义 MIR 和 KIR 两种表示；MIR 保留程序原有的运算顺序，KIR 会记录显式检查、内存效果和供后续优化使用的已验证信息。

ckc emit-mir kernel.ck
ckc emit-kir kernel.ck --print-facts --explain-optimization

这些命令会显示编译器的中间步骤，主要用于学习、调试和研究性能，不是日常写 CK 的必要步骤。

优化级别#

优化是编译器在不改变 CK 程序可观察结果的前提下，尝试让生成代码运行得更快或更小。O0 到 O3 表示逐步启用更多优化工作：

• O0：构造并验证内部表示，不运行可选优化。
• O1：简化控制流程，传播已知的简单数值。
• O2：增加函数内联和内存相关优化。
• O3：增加受约束的专门化、循环优化、展开及部分 Native 向量化。

变换若需要安全条件证明，编译器会在当前 KIR 上验证条件。只有完整通过验证的结果才会替代原状态；条件无法证明时，编译器会保留保守的代码。

程序运行数据和正确性#

PGO（profile-guided optimization，基于程序运行记录的优化）可以用实际工作负载来帮助编译器判断哪些优化更有收益。但运行记录不能证明内存访问或算术改写是安全的；正确性仍由程序规则及已验证的条件保证。有关如何采集和使用记录，见进阶：PGO 与 CPU 变体。

实现架构见编译器架构，全部优化规则见优化器参考。