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LLVM 是什么
LLVM 是 low level virtual machine（底層虛擬機(jī)）的簡(jiǎn)稱(chēng)，它是一個(gè)開(kāi)源的編譯器架構(gòu)，已經(jīng)被成功應(yīng)用到多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。LLVM 的主要作用是它可以作為多種語(yǔ)言的后端，它可以提供可編程語(yǔ)言無(wú)關(guān)的優(yōu)化和針對(duì)很多種CPU的代碼生成功能。LLVM 核心庫(kù)提供了與編譯器相關(guān)的支持，可以作為多種語(yǔ)言編譯器的后臺(tái)來(lái)使用。能夠進(jìn)行程序語(yǔ)言的編譯期優(yōu)化、鏈接優(yōu)化、在線(xiàn)編譯優(yōu)化、代碼生成。LLVM的項(xiàng)目是一個(gè)模塊化和可重復(fù)使用的編譯器和工具技術(shù)的集合。LLVM是伊利諾伊大學(xué)的一個(gè)研究項(xiàng)目，提供一個(gè)現(xiàn)代化的，基于SSA的編譯策略能夠同時(shí)支持靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的任意編程語(yǔ)言的編譯目標(biāo)。自那時(shí)以來(lái)，已經(jīng)成長(zhǎng)為L(zhǎng)LVM的主干項(xiàng)目，由不同的子項(xiàng)目組成，其中許多正在生產(chǎn)中使用的各種 商業(yè)和開(kāi)源的項(xiàng)目，以及被廣泛用于學(xué)術(shù)研究。

LLVM 常用命令工具
llvm-as 將可讀的 .ll 文件匯編成字節(jié)代碼
llvm-dis 將字節(jié)代碼文件反編成可讀的 .ll 文件
opt 在一個(gè)字節(jié)代碼文件上運(yùn)行一系列的 LLVM 到 LLVM 的優(yōu)化
llc 為一個(gè)字節(jié)代碼文件生成本機(jī)器代碼
lli 直接運(yùn)行使用 JIT 編譯器或者解釋器編譯成字節(jié)代碼的程序
llvm-link 將幾個(gè)字節(jié)代碼文件連接成一個(gè)
llvm-ar 打包字節(jié)代碼文件
llvm-ranlib 為 llvm-ar 打包的文件創(chuàng)建索引
llvm-nm 在 字節(jié)代碼文件中打印名字和符號(hào)類(lèi)型
llvm-prof 將 'llvmprof.out' raw 數(shù)據(jù)格式化成人類(lèi)可讀的報(bào)告
llvm-ld 帶有可裝載的運(yùn)行時(shí)優(yōu)化支持的通用目標(biāo)連接器
llvm-config 打印出配置時(shí) LLVM 編譯選項(xiàng)、庫(kù)、等等
llvmc 一個(gè)通用的可定制的編譯器驅(qū)動(dòng)
llvm-diff 比較兩個(gè)模塊的結(jié)構(gòu)
bugpoint 自動(dòng)案例測(cè)試減速器
llvm-extract 從 LLVM 字節(jié)代碼文件中解壓出一個(gè)函數(shù)
llvm-bcanalyzer 字節(jié)代碼分析器 （分析二進(jìn)制編碼本身，而不是它代表的程序）
FileCheck 靈活的文件驗(yàn)證器，廣泛的被測(cè)試工具利用
tblgen 目標(biāo)描述閱讀器和生成器
lit??? LLVM 集成測(cè)試器，用于運(yùn)行測(cè)試

LLVM IR
根據(jù)編譯原理可知，編譯器不是直接將源語(yǔ)言翻譯為目標(biāo)語(yǔ)言，而是翻譯為一種“中間語(yǔ)言”，即“IR”。之后再由中間語(yǔ)言，利用后端程序和設(shè)備翻譯為目標(biāo)平臺(tái)的匯編語(yǔ)言。由于中間語(yǔ)言相當(dāng)于一款編譯器前端和后端的“橋梁”，不同編譯器的中間語(yǔ)言IR是不一樣的，而IR可以說(shuō)是集中體現(xiàn)了這款編譯器的特征。

LLVM IR主要有三種格式：一種是在內(nèi)存中的編譯中間語(yǔ)言；一種是硬盤(pán)上存儲(chǔ)的二進(jìn)制中間語(yǔ)言（以.bc結(jié)尾），最后一種是可讀的中間格式（以.ll結(jié)尾）。這三種中間格式是完全相等的。

LLVM IR是LLVM優(yōu)化和進(jìn)行代碼生成的關(guān)鍵。根據(jù)可讀的IR，我們可以知道再最終生成目標(biāo)代碼之前，我們已經(jīng)生成了什么樣的代碼。而且根據(jù)IR，我們可以選擇使用不同的后端而生成不同的可執(zhí)行代碼。同時(shí)，因?yàn)槭褂昧私y(tǒng)一的IR，所以我們可以重用LLVM的優(yōu)化功能，即使我們使用的是自己設(shè)計(jì)的編程語(yǔ)言。

結(jié)構(gòu)化編譯器前端 Clang 介紹
Clang ( 發(fā)音為 /kl??/) 是 LLVM 的一個(gè)編譯器前端，它目前支持 C, C++, Objective-C 以及 Objective-C++ 等編程語(yǔ)言。Clang 對(duì)源程序進(jìn)行詞法分析和語(yǔ)義分析，并將分析結(jié)果轉(zhuǎn)換為 Abstract Syntax Tree ( 抽象語(yǔ)法樹(shù) ) ，最后使用 LLVM 作為后端代碼的生成器。

Clang 的開(kāi)發(fā)目標(biāo)是提供一個(gè)可以替代 GCC 的前端編譯器。與 GCC 相比，Clang 是一個(gè)重新設(shè)計(jì)的編譯器前端，具有一系列優(yōu)點(diǎn)，例如模塊化，代碼簡(jiǎn)單易懂，占用內(nèi)存小以及容易擴(kuò)展和重用等。由于 Clang 在設(shè)計(jì)上的優(yōu)異性，使得 Clang 非常適合用于設(shè)計(jì)源代碼級(jí)別的分析和轉(zhuǎn)化工具。Clang 也已經(jīng)被應(yīng)用到一些重要的開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，如 Static Analysis 是一個(gè)基于 Clang 的靜態(tài)代碼分析工具。

由于 GNU 編譯器套裝 (GCC) 系統(tǒng)龐大，而且 Apple 大量使用的 Objective-C 在 GCC 中優(yōu)先級(jí)較低，同時(shí) GCC 作為一個(gè)純粹的編譯系統(tǒng)，與 IDE 配合并不優(yōu)秀，Apple 決定從零開(kāi)始寫(xiě) C family 的前端，也就是基于 LLVM 的 Clang 了。Clang 由 Apple 公司開(kāi)發(fā)，源代碼授權(quán)使用 BSD 的開(kāi)源授權(quán)。

Clang 的特性：
相比于 GCC，Clang 具有如下優(yōu)點(diǎn)：
1. 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。
2. 占用內(nèi)存小：Clang 生成的 AST 所占用的內(nèi)存是 GCC 的五分之一左右。
3. 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。
4. 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)誤報(bào)告。
5. 設(shè)計(jì)清晰簡(jiǎn)單，容易理解，易于擴(kuò)展增強(qiáng)。與代碼基礎(chǔ)古老的 GCC 相比，學(xué)習(xí)曲線(xiàn)平緩。

當(dāng)前 Clang 還處在不斷完善過(guò)程中，相比于 GCC, Clang 在以下方面還需要加強(qiáng)：
1. 支持更多語(yǔ)言：GCC 除了支持 C/C++/Objective-C, 還支持 Fortran/Pascal/Java/Ada/Go 和其他語(yǔ)言。Clang 目前支持的語(yǔ)言有 C/C++/Objective-C/Objective-C++。
2. 加強(qiáng)對(duì) C++ 的支持：Clang 對(duì) C++ 的支持依然落后于 GCC，Clang 還需要加強(qiáng)對(duì) C++ 提供全方位支持。
3. 支持更多平臺(tái)：GCC 流行的時(shí)間比較長(zhǎng)，已經(jīng)被廣泛使用，對(duì)各種平臺(tái)的支持也很完備。Clang 目前支持的平臺(tái)有 Linux/Windows/Mac OS。

本段內(nèi)容參考：http://www.ibm.com/developerworks/cn/opensource/os-cn-clang/

Clang 編譯選項(xiàng)
clang??? [-c|-S|-E] -std=standard -g
???????? [-O0|-O1|-O2|-O3|-Ofast|-Os|-Oz|-O|-O4]
???????? -Wwarnings... -pedantic
???????? -Idir... -Ldir...
???????? -Dmacro[=defn]
???????? -ffeature-option...
???????? -mmachine-option...
???????? -o output-file
???????? -stdlib=library
???????? input-filenames

大部分選項(xiàng)與 gcc 類(lèi)似：

-c 只是編譯不鏈接，生成目標(biāo)文件“.o”

-S 只是編譯不匯編，生成匯編代碼

-E 只進(jìn)行預(yù)編譯，不做其他處理

-g 在可執(zhí)行程序中包含標(biāo)準(zhǔn)調(diào)試信息

-o file 把輸出文件輸出到file里
-I dir 在頭文件的搜索路徑列表中添加dir目錄

-L dir 在庫(kù)文件的搜索路徑列表中添加dir目錄

中間碼的創(chuàng)建與轉(zhuǎn)化
編譯生成二進(jìn)制的 .bc 文件(bitcode file): clang -emit-llvm -c xx.c -o xx.bc

編譯生成 LLVM 的匯編代碼 .ll 文件（ LLVM assembly code）: clang -emit-llvm -S xx.c -o xx.ll

.bc 和 .ll 文件都可以直接用 lli 來(lái)執(zhí)行。

將 .ll 文件轉(zhuǎn)化為 .bc 文件: llvm-as test.ll

將 .bc 文件轉(zhuǎn)化為 .ll 文件: llvm-dis test.bc

將 .bc 或 .ll 文件轉(zhuǎn)化為本機(jī)平臺(tái)的匯編代碼： llc test.bc llc test.ll llc test.bc -o test.s

即時(shí)編譯器 JIT 簡(jiǎn)介
LLVM 中間碼的執(zhí)行需要用到 Jit。那么，JIT到底是個(gè)什么東西呢。其實(shí)，JIT 是一個(gè)即時(shí)編譯器，即 Just-in-time Compiler。對(duì)于 JIT 的了解我也知之勝少，它的作用大概就是對(duì)中間碼進(jìn)行編譯作業(yè)，像 JAVA 這種跨平臺(tái)的語(yǔ)言也是通過(guò) JIT 實(shí)現(xiàn)的。在執(zhí)行 LLVM 的 lli 工具時(shí)，會(huì)去調(diào)用 JIT 將中間碼編譯成本機(jī)架構(gòu)的機(jī)器碼再執(zhí)行。

至于 jit 與 mcjit 的區(qū)別，大概是 jit 是 LLVM 舊版本的支持，而 mcjit 是對(duì) jit 新的支持。mc是機(jī)器碼的意思，即 Machine Code。在 Wikipedia 看到說(shuō)，以前的 LLVM 會(huì)依賴(lài)與本機(jī)系統(tǒng)的匯編器或者提供一套工具鏈，然后再翻譯成機(jī)器碼。而通過(guò)整合過(guò)的 LLVM MC 能夠支持大多數(shù)的機(jī)器架構(gòu)，包括 x86, x86-64, ARM, ARM64 以及 大部分的 MIPS 架構(gòu)等。

轉(zhuǎn)載于:https://my.oschina.net/kuanghy/blog/495084

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的架构编译器框架系统 LLVM 使用简介的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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