LLVM 学习

关于LLVM

• 官网地址 https://llvm.org/
• LLVM 项目是模块化，可重用的编译器以及工具链技术的集合
• 创始人 Chris Lattner ，也是 Swift 之父
• LLVM 不是缩写（acronym）,是项目全名

传统编译器

• GCC
• LLVM
• Clang

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• Frontend: 前端
• 词法分析 ， 语法分析 ，语义分析 生成中间代码

• Optimizer :优化器
• 中间代码优化

• Backend 后端
• 生成机器代码

LLVM 架构

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• 不同的前端后端使用统一的中间代码 LLVM Intermediate Representation(LLVM IR)
• 如果需要支持一种新的编程语言，那么只需要实现一个新的前端
• 如果需要支持一个新的硬件设备，那么只需要实现一个新的后端
• 优化阶段是一个通用的阶段，他针对的是统一的LLVM IR ，不论是支持新的编程，还是支持新的硬件设备，都不需要对优化阶段进行修改
• 想比之下，GCC 的前端和后端是耦合在一起的，想要支持一门新的语言是要花费特别多精力的，特别困难。
• LLVM 现在被作为实现各种静态和运行时编译语言的通用基础结构（GCC家族，Java , .Net, Python, Ruby, Scheme, Haskell , D等）

Clang

什么是Clang

• LLVM 项目的一个子项目
• 基于LLVM 架构的C/C++/OC编译器前端
• 官网 http://clang.llvm.org/

Clang相对GCC 的优点

• 编译速度快 ： OC 调试比GCC 快3倍
• 占用内存小 ：Clang 生成的AST 所占内存是GCC 的五分之一
• 模块化设计 ： Clang采用基于库的模块化设计，易于IDE 集成和其他用途的重用
• 诊断信息可读性强 ：Clang在编译过程中，保存了大量详细的元数据，有利于调试
• 设计清晰简单，容易理解，易于扩展增强

Clang 和 LLVM 的关系

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OC源文件的编译过程

$clang -ccc-print-phases main.m

命令行查看编译的过程

0: input,"main.m",objective-c
1: preprocessor ,{0},objective-c-cpp-output
2: complier,{1},ir
3: backend,{2},assembler
4: assembler,{3},object
5: linker,{4},image
6:bind-arch,"x86_64",{5},image

词法分析

$clang  -fmodules -E -Xclang -dump-tokens main.m

生成语法树 AST (iOS 用的是自下向上的语法树)

$clang  -fmodules -fsyntax-only-Xclang -ast-dump main.m

IR

IR有三种形式

• text:便于阅读的文本格式，类似于汇编，拓展名.ll
$clang -S -emit-llvm main.m
• memory:内存格式
• bitcode:二进制格式，拓展名.bc
$clang -c -emit-llvm main.m

image.png text格式中间代码.png IR基本语法.png

LLVM 开发插件

源码编译.png

• Clang 插件开发

  
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• Pass 开发

  
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• 开发一个新的编程语言

  
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