文章目錄

• 什么是LLVM？
• 傳統(tǒng)編譯器架構(gòu)
• LLVM架構(gòu)
• 什么是Clang？
• • 詞法分析
  • 語(yǔ)法分析
  • LLVM IR
• 源碼下載

什么是LLVM？

LLVM項(xiàng)目時(shí)模塊化，可重用的編譯器以及工具鏈技術(shù)的集合

美國(guó)計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)（ACM）將其2012年軟件系統(tǒng)獎(jiǎng)項(xiàng)頒給了LLVM，之前曾經(jīng)獲得此獎(jiǎng)的軟件和技術(shù)包括Java，Apache，Mosaic，the World Wide Web，Smalltalk，UNIX，Eclipse等等

創(chuàng)始人：
Chris Lattner，亦是Swift之父

有些文章把LLVM當(dāng)做Low Level virtual Machine(低級(jí)虛擬機(jī))的縮寫(xiě)簡(jiǎn)稱(chēng)，官方描述如下：
The name “LLVM” itself is not an acronym;it is the full name of the project

“LLVM”這個(gè)名稱(chēng)本身不是首字母縮略詞，它是項(xiàng)目的全名

傳統(tǒng)編譯器架構(gòu)

Frontend：前端
詞法分析，語(yǔ)法分析，語(yǔ)義分析，生成中間代碼

Optimizer：優(yōu)化器

Backend：后端
生成機(jī)器碼

LLVM架構(gòu)

不同的前端后端使用同一的中間代碼LLVM Intermediate Representation（LLVM IR）

如果需要支持一種新的編程語(yǔ)言，那么只需要實(shí)現(xiàn)一個(gè)新的前端

如果需要支持一種新的硬件設(shè)備，那么只需要實(shí)現(xiàn)一個(gè)新的后端

優(yōu)化階段是一個(gè)通用的階段，它針對(duì)的是統(tǒng)一的LLVM IR，不論是支持新的編程語(yǔ)言，還是支持新的硬件設(shè)備，都不需要對(duì)優(yōu)化階段做修改

相比之下，GCC的前端和后端沒(méi)分得太開(kāi)，前端后端耦合在一起，所以GCC為了支持一門(mén)新語(yǔ)言，或者為了支持一個(gè)新的目標(biāo)平臺(tái)，就變得特別困難

LLVM現(xiàn)在被作為實(shí)現(xiàn)各種靜態(tài)和運(yùn)行時(shí)編譯語(yǔ)言的通用基礎(chǔ)結(jié)構(gòu) （GCC家族，Java，.NET，python，Ruby，Scheme，Haskell，D等）

什么是Clang？

LLVM項(xiàng)目的一個(gè)子項(xiàng)目
基于LLVM架構(gòu)的c/c++/Objective-C編譯器前端
官網(wǎng)：http://clang.llvm.org/

相比于GCC，Clang具有如下優(yōu)點(diǎn)

編譯速度快：在某些平臺(tái)上，Clang的編譯速度顯著的快過(guò)GCC（Debug模式下編譯OC速度比GCC快3倍）

占用內(nèi)存小：Clang生成的AST（語(yǔ)法書(shū)）所占用的內(nèi)存時(shí)GCC五分之一

模塊化設(shè)計(jì)：Clang采用基于庫(kù)的模塊化設(shè)計(jì)，易于IDE集成及其他用途的重用

診斷信息可讀性強(qiáng)：在編譯過(guò)程中，Clang創(chuàng)建并保留了大量詳細(xì)的元數(shù)據(jù)（metadata），有利于調(diào)試和錯(cuò)誤分析

設(shè)計(jì)清晰簡(jiǎn)單，容易理解，易于擴(kuò)展增強(qiáng)

廣義的LLVM
整個(gè)LLVM架構(gòu)

狹義的LLVM
LLVM后端（代碼優(yōu)化，目標(biāo)代碼生成等）

詞法分析

詞法分析，生成Token：

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

舉例

void test(int a ,int b){ int c=a+b-3; }

拆分成一個(gè)一個(gè)token，把每個(gè)東西一個(gè)一個(gè)地分割開(kāi)，右邊13:9代表第13行第九個(gè)字符

語(yǔ)法分析

語(yǔ)法分析：生成語(yǔ)法樹(shù)（AST，Abstract SyntaxTree）：

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

舉例

void test(int a ,int b){ int c=a+b-3; }

LLVM IR

LLVM IR 有3種形式（但本質(zhì)是等價(jià)的，就好比水可以有氣體，液體，固體3種形態(tài)）
1.text：便于閱讀的文本格式，類(lèi)似于匯編語(yǔ)言，拓展名.II

$ clang -S -emit -llvm main.m

舉例：

void test(int a ,int b){ int c=a+b-3; }

2.memory：內(nèi)存格式
3.bitcode：二進(jìn)制格式，拓展名.bc

$ clang -c -emit -llvm main.m

IR基本語(yǔ)法：
注釋以分號(hào)；開(kāi)頭
全局標(biāo)識(shí)符以@開(kāi)頭，局部標(biāo)識(shí)符以%開(kāi)頭
alloca：在當(dāng)前函數(shù)中棧幀中分配內(nèi)存
i32：32bit，4個(gè)字節(jié)的意思
align：內(nèi)存對(duì)齊
store：寫(xiě)入數(shù)據(jù)
load：讀取數(shù)據(jù)

官方語(yǔ)法參考：https://llvm.org/docs/LangRef.html

源碼下載

下載LLVM

$ git clone https://git.llvm.org/git/llvm.git/

大小648.2M，僅供參考

下載clang

$ cd llvm/tools $ git clone https://git.llvm.org/git/clang.git/

大小240.6M，僅供參考

源碼編譯
安裝cmake和ninja（先安裝brew，https://brew.sh/）

$ brew install cmake $ brew install ninja

ninja如果安裝失敗，可以直接從github獲取release版放入[/user/local/bin]中
https://github.com/ninja-build/ninja/releases

在LLVM源碼同級(jí)目錄下新建一個(gè)[llvm_build]目錄（最終會(huì)在[llvm_build]目錄下生成[build.ninja]）

$ cd llvm_build $ cmake -G Ninja ../llvm -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=LLVM的安裝路徑

舉例：

更多cmake相關(guān)選項(xiàng)，可以參考:https://llvm.org/docs/CMake.html

依次執(zhí)行編譯，安裝指令

$ ninja

編譯完畢后，llvm_build 目錄大概21.05G

$ ninja install

安裝完畢后，安裝目錄大概11.92G

應(yīng)用與實(shí)踐：
官方參考：https://clang.llvm.org/docs/Tooling.html
應(yīng)用：語(yǔ)法樹(shù)分析，語(yǔ)言轉(zhuǎn)換等

Clang插件開(kāi)發(fā)
官方參考
https://clang.llvm.org/docs/ClangPlugins.html
https://clang.llvm.org/docs/ExternalClangExamples.html
https://clang.llvm.org/docs/RVAFrontendAction.html

應(yīng)用：代碼檢查（命名規(guī)范，代碼規(guī)范）等

Pass開(kāi)發(fā)（進(jìn)行中間代碼優(yōu)化）
官方參考：https://llvm.org/docs/WritingAnLLVMPass.html
應(yīng)用：代碼優(yōu)化，代碼混淆等

開(kāi)發(fā)新的編程語(yǔ)言
https://llvm-tutorial-cn.readthedocs.io/en/latest/index.html
https://kaleidoscope-llvm-tutorial-zh-cn.readthedocs.io/zh_CN/latest/

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的LLVM架构详述的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

如果覺(jué)得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯(cuò)，歡迎將生活随笔推薦給好友。