LLVM架构详述
文章目录
- 什么是LLVM？
- 传统编译器架构
- LLVM架构
- 什么是Clang？
- 词法分析
- 语法分析
- LLVM IR
- 源码下载
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
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
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
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/）
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/
总结
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