什么是LLVM?
LLVM项目时模块化,可重用的编译器以及工具链技术的集合
美国计算机协会(ACM)将其2012年软件系统奖项颁给了LLVM,之前曾经获得此奖的软件和技术包括Java,Apache,Mosaic,the World Wide Web,Smalltalk,UNIX,Eclipse等等
创始人:
Chris Lattner,亦是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”这个名称本身不是首字母缩略词,它是项目的全名
传统编译器架构
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
Backend
:后端
生成机器码
LLVM架构
不同的前端后端使用同一的中间代码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,它针对的是统一的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
相比之下,GCC的前端和后端没分得太开,前端后端耦合在一起,所以GCC为了支持一门新语言,或者为了支持一个新的目标平台,就变得特别困难
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)
什么是Clang?
LLVM项目的一个子项目
基于LLVM架构的c/c++/Objective-C编译器前端
官网:http://clang.llvm.org/
相比于GCC,Clang具有如下优点
- 编译速度快:在某些平台上,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(语法书)所占用的内存时GCC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创建并保留了大量详细的元数据(metadata),有利于调试和错误分析
- 设计清晰简单,容易理解,易于扩展增强
广义的LLVM
整个LLVM
架构
狭义的LLVM
LLVM
后端(代码优化,目标代码生成等)
词法分析
词法分析,生成Token:
$ clang -fmodules -E -Xclang -dump -tokens main.m
举例
void test(int a ,int b){
int c=a+b-3;
}
拆分成一个一个token,把每个东西一个一个地分割开,右边13:9代表第13行第九个字符
语法分析
语法分析:生成语法树(AST,Abstract SyntaxTree
):
$ clang -fmodules -fsyntax -only -Xclang -ast-dump main.m
举例
void test(int a ,int b){
int c=a+b-3;
}
LLVM IR
LLVM IR 有3种形式(但本质是等价的,就好比水可以有气体,液体,固体3种形态)
1.text:便于阅读的文本格式,类似于汇编语言,拓展名.II
$ clang -S -emit -llvm main.m
举例:
void test(int a ,int b){
int c=a+b-3;
}
2.memory:内存格式
3.bitcode:二进制格式,拓展名.bc
$ clang -c -emit -llvm main.m
IR基本语法:
注释以分号;开头
全局标识符以@开头,局部标识符以%开头
alloca:在当前函数中栈帧中分配内存
i32:32bit,4个字节的意思
align:内存对齐
store:写入数据
load:读取数据
官方语法参考:https://llvm.org/docs/LangRef.html
源码下载
下载LLVM
$ git clone https://git.llvm.org/git/llvm.git/
大小648.2M,仅供参考
下载clang
$ cd llvm/tools
$ git clone https://git.llvm.org/git/clang.git/
大小240.6M,仅供参考
源码编译
安装cmake和ninja(先安装brew,https://brew.sh/)
$ brew install cmake
$ brew install ninja
ninja如果安装失败,可以直接从github获取release版放入[/user/local/bin]中
https://github.com/ninja-build/ninja/releases
在LLVM源码同级目录下新建一个[llvm_build]目录(最终会在[llvm_build]目录下生成[build.ninja])
$ cd llvm_build
$ cmake -G Ninja ../llvm -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=LLVM的安装路径
举例:
更多cmake相关选项,可以参考:https://llvm.org/docs/CMake.html
依次执行编译,安装指令
$ ninja
编译完毕后,llvm_build 目录大概21.05G
$ ninja install
安装完毕后,安装目录大概11.92G
应用与实践:
官方参考:https://clang.llvm.org/docs/Tooling.html
应用:语法树分析,语言转换等
Clang插件开发
官方参考
https://clang.llvm.org/docs/ClangPlugins.html
https://clang.llvm.org/docs/ExternalClangExamples.html
https://clang.llvm.org/docs/RVAFrontendAction.html
应用:代码检查(命名规范,代码规范)等
Pass开发(进行中间代码优化)
官方参考:https://llvm.org/docs/WritingAnLLVMPass.html
应用:代码优化,代码混淆等
开发新的编程语言
https://llvm-tutorial-cn.readthedocs.io/en/latest/index.html
https://kaleidoscope-llvm-tutorial-zh-cn.readthedocs.io/zh_CN/latest/