swift编译过程

如果不懂LLVM,Clang的同学可以去了解下它的知识点 一些文章中有详细介绍 OC 的编译过程 ，本文来探索一下 Swift 的编译过程。Swift 的编译过程中使用 Swiftc ，与 Clang 一样，Swiftc 是LLVM编译架构的一个前端。

swiftc常用命令：

-dump-ast              解析和类型检查源文件 & 转换成 AST
-dump-parse            解析源文件 & 转换成 AST  
  -emit-assembly         生成汇编文件
  -emit-bc               生成 LLVM Bitcode 文件
  -emit-executable       生成已链接的可执行文件
  -emit-imported-modules 生成已导入的库
  -emit-ir               生成 LLVM IR 文件
  -emit-library          生成已连接的库
  -emit-object           生成目标文件
  -emit-silgen           生成 raw SIL 文件（第一个阶段）
  -emit-sil              生成 canonical SIL 文件（第2个阶段）
  -index-file            为源文件生成索引数据
  -print-ast             解析和类型检查源文件 & 转换成更简约的格式更好的 AST
  -typecheck             解析和类型检查源文件

swift 的编译流程：

image.png

与 Clang 相比， LLVM前端的流程中，在AST 和 IR之间，多了一层中间语言SIL ( Swift Intermediate Language ) ， 这么做的目的是希望弥补一些 Clang 编译器的缺陷，如无法执行一些高级分析，可靠的诊断和优化，而 AST 和LLVM IR 都不是合适的选择。因此，SIL应运而生，用来解决现有的缺陷。

SIL代码

SIL 官方文档传送门

由于 SIL 是 Swift 在编译过程中的中间产物， 通过 SIL 可以了解swift 底层的实现细节，帮助我们理解一些问题)

源码生成 SIL 的命令如下：

// 将m ain.swift 编译成 SIL 代码
swiftc -emit-sil main.swift 

// 将 main.swift 编译成 SIL，并保存到 main.sil 文件中
swiftc -emit-sil main.swift >> main.sil

// 将 main.swift 编译成 SIL的同时， 将命名重整后的符号恢复原样，并保存到 main.sil 文件中
swiftc -emit-sil main.swift | xcrun swift-demangle >> main.sil

SIL 语法和 IR 语法有点相似，常见语法含义：

• load： 读取数据
• sil_global：标记变量为全局变量

• hidden: 标记只针对同一个Swift模块中的对象可见
• alloc_global: 开辟全局变量的内存

• global_addr: 获取全局变量的地址
• ref_element_addr： 获取元素地址

• init_existential_addr： 指令会生成 Existential Container 结构, 包裹着实例变量和协议对应的 PWT
• destroy_addr

• bb0 / bb1 ... : basic block 数字,表示一个代码块，SIL中没有分支语句，只有入口和出口
• alloc_ref / dealloc_ref: 开辟/释放内存

• function_ref: 获取直接派发函数地址.
• class_method: 通过函数表获取方法.

• witness_method： 通过 PWT 获取对应的函数地址
• objc_method : 获取OC 方法地址

• apply：调用函数
• store A to B : 把A 的值存储到B中。

• begin_access / end_access： 开始、结束访问

• • [modify] / [read] / [deinit] ：修改型访问、读取型访问、删除型访问
  • [dynamic]：动态访问

• • [static]：静态访问

• retain_value： 引用计数 + 1
• release_value： 引用计数 - 1

• metatype 获得元类型

• • @thick 描述元类型代表的形式，是引用 对象类型或是其子类,
  • @thin 代表一个确切的值 类型，不需要存储,

• $ : 类型标识
• %: 表示寄存器，类似局部常量，赋值后不可修改。如果再需要新的寄存器，就增加寄存器编号，这样操作有利于编译器的优化；后续进行降级操作 时，才会把这些带编号的虚拟寄存器 转换成对应体系结构的真实寄存器。

• @ : SIL中所有标识符均以@符号开头

• • @main 方法名字是 main
  • @_hasStorage 标识属性是存储属性

• • @_hasInitialValue 标识属性有初始值
  • @owned 代表函数接收者负责销毁返回值

• • @convention 这个标识用于明确指定当函数调用时参数和返回值应该如何被处理

• • • @convention(c) 表示使用C函数的方式进行调用
    • @convention(swift) 纯Swift函数的默认调用方式

• • • @convention(method) 柯里化的函数调用方式
    • @convention(witness_method) 协议方法调用，它等同于convention(method)，除了在处理范型类型参数时

• • • @convention(objc_method) Objective-C方式调用

常见ARM64汇编指令

bl : 地址跳转

blr ： 带返回的地址跳转, 跳转回指令后面跟随寄存器中保存的地址

mov: 把一个寄存器里的值，复制到另一个寄存器

🌰 mov x0, x8 把 x0 的值，复制到 x8 中

ldr: 把内存中的值，读取到寄存器中

🌰 ldr x0, [x0, x8] 把 x0 + x8 的地址里面的值，写到 x0 寄存器 中

str: 把寄存器里面的值写入到内存中

🌰 str x0, [x0, x8] 把寄存器 x0 的值，写入到 x0 + x8 的地址中

4. 常见的 IR 语法：

官方文档传送门☞官方文档

• @ 全局标识
• % 局部标识
• alloca 开辟空间

• align 内存对齐
• i32 32位， 4字节

• store 写入内存
• load 读取数据

• call 调用函数
• ret 返回

bitcast

以新的数据类型去读取原类的值（也就是类型转换）

//以ty2 的数据类型 去读取 ty 类型的 value，读取步长是ty2
<result> = bitcast <ty> <value> to <ty2>
// eg: bitcast (%struct.str* @global to i8*)
// 以i8* 的数据类型 去读取 struct.str* 类型的 global，读取步长是i8*

getelementptr

• 指令(GER)：进行地址计算，来获取复合数据结构子元素的地址，并不访问内存。

• • 至少要有2个参数
  • 第一个参数是类型 & 地址，也就是开始读取内存的变量首地址

• • 第二个及以后的参数，表示要进行计算的参数，比如结构体或者数据的第几个元素

// 获取复合数据类型的指定元素的地址
getelementptr <ty> <value>, <index>, <index>, ...

如果 p 是一个数组， 第二个参数表示获取数组里索引是1的值,也就是p[1]

getelementptr %struct.munger_struct* %P, i32 1

如果 p 是一个数组，里面放了几个结构体, 第二个参数依旧表示p[1]，第3个参数表示获取数组索引为1的结构体的索引为0的元素，即p[1][0]

getelementptr %struct.munger_struct* %P, i32 1, i32 0

如果结构体内还有数据类型的嵌套，再获取其内部嵌套的值，可以继续追加参数, 所以说参数至少有2个，第一个是数据的首地址，第二个参数开始都表示索引值。

官网：

struct munger_struct {
  int f1;
  int f2;
};
void munge(struct munger_struct *P) {
  P[0].f1 = P[1].f1 + P[2].f2;
}
...
munger_struct Array[3];
...
munge(Array);

转成IR代码：

void %munge(%struct.munger_struct* %P) {
entry:
  %tmp = getelementptr %struct.munger_struct* %P, i32 1, i32 0
  %tmp = load i32* %tmp
  %tmp6 = getelementptr %struct.munger_struct* %P, i32 2, i32 1
  %tmp7 = load i32* %tmp6
  %tmp8 = add i32 %tmp7, %tmp
  %tmp9 = getelementptr %struct.munger_struct* %P, i32 0, i32 0
  store i32 %tmp8, i32* %tmp9
  ret void
}

getelementptr inbounds:

• 与 getelementptr 类似， 不过它将类型与值分开了，分别作为2个参数。所以这个指令，至少有3个参数，前两个是类型和值，第三个开始是索引参数

<result> = getelementptr inbounds <ty>, <ty>* <ptrval>{, [inrange] <ty> <idx>}*

[图片上传失败...(image-3be4d6-1639387053332)]

extractvalue

// 获取复合数据类型的指定元素的值
<result> = extractvalue <aggregate type> <val>, <idx>{, <idx>}*

insertvalue

// 像复合类型中的指定索引位置插入值
<result> = insertvalue <aggregate type> <val>, <ty> <elt>, <idx>{, <idx>}* ; 
// insertvalue %struct.tm %ret_val.fca.0.insert, i32 %b1, 1

// 向类型为%struct.tm的%ret_val.fca.0.insert变量的索引为 1 的位置，插入%b1

结构体

%T = type {<type list>}
// eg: %swift.refcounted = type { %swift.type*, i64 }

数组

[<elementnumber> x <elementtype>]
// eg: alloca[24 x i8], align8 表示数组里面放了24个 i8 的整数

指针

<type> *
//eg: i64* 表示64 位的整型

青山不改，绿水长流，后会有期，感谢每一位佳人的支持！