LLVM 初始 ①

什么是LLVM

• 官网：https://llvm.org/
• The LLVM Project is a collection of modular and reusable compiler and toolchain technologies.
  LLVM项目是一个模块化的、可重用的编译器和工具链技术的集合

• 创始人： Chris Lattner ，Swift之父
• 有些文章把LLVM当做 Low Level Virtual Machine（低级虚拟机）的缩写简称，官方描述如下：
  The name "LLVM" itself is not an acronym; it is the full name of the project.
  “LLVM”本身不是首字母缩略词；它是项目的全名

常见编译器

• GCC

GCC（GNU Compiler Collection，GNU编译器套装），是一套由 GNU 开发的编程语言编译器。它是一套以 GPL 及 LGPL 许可证所发行的自由软件，也是 GNU计划的关键部分，亦是自由的类Unix及苹果电脑 Mac OS X 操作系统的标准编译器。
GCC 原名为 GNU C 语言编译器，因为它原本只能处理 C语言。GCC 很快地扩展，变得可处理 C++。之后也变得可处理 Fortran、Pascal、Objective-C、Java, 以及 Ada与其他语言。

• LLVM

LLVM是Low Level Virtual Machine的简称。这个库提供了与编译器相关的支持，能够进行程序语言的编译期优化、链接优化、在线编译优化、代码生成。可以作为多种语言编译器的后台来使用。

• Clang

Clang是一个C++编写的基于LLVM、发布于LLVM BSD许可证下的C／C++／Object-C／Object-C++ 编译器。

GCC，LLVM，Clang编译器对比

LLVM介绍

• LLVM是编译器的工具链的集合，Clang是使用LLVM的编译器，Clang必须调用连接器LLDB来产生可执行文件。

• LLVM是一个优秀的编译器框架，它也采用经典的三段式设计，
  分为 frontEnd(前端) 、optimizer(优化器) 、backend(后端) 三层架构。

  • 前端
    可以使用不同的编译工具对代码文件做词法分析、语法分析、语义分析，然后将分析好的代码转换成LLVM的中间代码IR（intermediate representation）;

  • 优化器
    只对中间表示IR操作，通过一系列的Pass对IR做优化；

  • 后端
    负责将优化好的IR解释成对应平台的机器码。

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LLVM的优点

• 中间表示IR代码编写良好，而且不同的前端语言最终都转换成统一的中间代码LLVM IR（LLVM Intermediate Representation）

• 如果需要支持一种新的变成语言，那么只需要实现一个新的前端

• 如果需要支持一种新的硬件设备，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，它只针对统一的LLVM IR，不论是支持新的编程语言，还是支持新的硬件设备，都不需要对优化阶段做修改

• LLVM现在被座位实现何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）

• 相比之下，GCC的前端和后台没分的太开，前端后端耦合在一起，所以GCC为了支持一门新的语言，或者为了支持一个新的目标平台，就变的特别困难

例如：对于图1：
LLVM： 需要 3个编译器前端  、3个编译器后端 
GCC： 因为耦合的原因需要
             C-X86、C-PowerPC、C-ARM
             Fortran-X86、Fortran-PowerPC、Fortran-ARM
             Haskell-X86、Haskell-PowerPC、Haskell-ARM

• LLVM IR 是LLVM的中间表示，优化器就是对IR进行操作的，具体的优化操作由一些列的Pass来完成，当前端生成初级IR后，Pass会依次对IR进行处理，最终生成后端可用的IR。下图可以说明这个过程：

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• 传统编译器比如 gcc 会将编译的整个过程揉在一块，但是 LLVM 采用全新的架构，

Clang介绍

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

相比于GCC,Clang具有如下优点

• 编译速度块：在某平台上，Clang的编译速度显著的快过GCC（Debug模式下编译OC速度比GCC快3倍）

• 占用内存小：Clang生成的AST所占用的内存是GCC的五分之一左右

• 模块化设计：Clang采用基于库的模块化设计，易于IDE集成及其他用途的重用

• 诊断信息可读性强：在编译过程中，Clang创建并保留了大量纤细的元数据（metadata），有利于调试和错误信息更加友善

• 设计清晰简单，易于理解，扩展性强

Clang 与 LLVM

• 广义的LLVM ----------- 整个LLVM架构
• 狭义的LLVM ----------- LLVM后端（代码优化、目标代码生成）

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LLVM与Clang及其关系: https://blog.csdn.net/xhhjin/article/details/81164076