文章目錄

• 什么是LLVM？
• 傳統編譯器架構
• LLVM架構
• 什么是Clang？
• • 詞法分析
  • 語法分析
  • LLVM IR
• 源碼下載

什么是LLVM？

LLVM項目時模塊化，可重用的編譯器以及工具鏈技術的集合

美國計算機協會（ACM）將其2012年軟件系統獎項頒給了LLVM，之前曾經獲得此獎的軟件和技術包括Java，Apache，Mosaic，the World Wide Web，Smalltalk，UNIX，Eclipse等等

創始人：
Chris Lattner，亦是Swift之父

有些文章把LLVM當做Low Level virtual Machine(低級虛擬機)的縮寫簡稱，官方描述如下：
The name “LLVM” itself is not an acronym;it is the full name of the project

“LLVM”這個名稱本身不是首字母縮略詞，它是項目的全名

傳統編譯器架構

Frontend：前端
詞法分析，語法分析，語義分析，生成中間代碼

Optimizer：優化器

Backend：后端
生成機器碼

LLVM架構

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言，那么只需要實現一個新的前端

如果需要支持一種新的硬件設備，那么只需要實現一個新的后端

優化階段是一個通用的階段，它針對的是統一的LLVM IR，不論是支持新的編程語言，還是支持新的硬件設備，都不需要對優化階段做修改

相比之下，GCC的前端和后端沒分得太開，前端后端耦合在一起，所以GCC為了支持一門新語言，或者為了支持一個新的目標平臺，就變得特別困難

LLVM現在被作為實現各種靜態和運行時編譯語言的通用基礎結構 （GCC家族，Java，.NET，python，Ruby，Scheme，Haskell，D等）

什么是Clang？

LLVM項目的一個子項目
基于LLVM架構的c/c++/Objective-C編譯器前端
官網：http://clang.llvm.org/

相比于GCC，Clang具有如下優點

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

占用內存小：Clang生成的AST（語法書）所占用的內存時GCC五分之一

模塊化設計：Clang采用基于庫的模塊化設計，易于IDE集成及其他用途的重用

診斷信息可讀性強：在編譯過程中，Clang創建并保留了大量詳細的元數據（metadata），有利于調試和錯誤分析

設計清晰簡單，容易理解，易于擴展增強

廣義的LLVM
整個LLVM架構

狹義的LLVM
LLVM后端（代碼優化，目標代碼生成等）

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; }

拆分成一個一個token，把每個東西一個一個地分割開，右邊13:9代表第13行第九個字符

語法分析

語法分析：生成語法樹（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（但本質是等價的，就好比水可以有氣體，液體，固體3種形態）
1.text：便于閱讀的文本格式，類似于匯編語言，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：內存格式
3.bitcode：二進制格式，拓展名.bc

$ clang -c -emit -llvm main.m

IR基本語法：
注釋以分號；開頭
全局標識符以@開頭，局部標識符以%開頭
alloca：在當前函數中棧幀中分配內存
i32：32bit，4個字節的意思
align：內存對齊
store：寫入數據
load：讀取數據

官方語法參考：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源碼同級目錄下新建一個[llvm_build]目錄（最終會在[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相關選項，可以參考:https://llvm.org/docs/CMake.html

依次執行編譯，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

應用與實踐：
官方參考：https://clang.llvm.org/docs/Tooling.html
應用：語法樹分析，語言轉換等

Clang插件開發
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

應用：代碼檢查（命名規范，代碼規范）等

Pass開發（進行中間代碼優化）
官方參考：https://llvm.org/docs/WritingAnLLVMPass.html
應用：代碼優化，代碼混淆等

開發新的編程語言
https://llvm-tutorial-cn.readthedocs.io/en/latest/index.html
https://kaleidoscope-llvm-tutorial-zh-cn.readthedocs.io/zh_CN/latest/

總結

以上是生活随笔為你收集整理的LLVM架构详述的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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