LLVM(一)

llvm

LLVM项目或基础架构：这是对整个LLVM编译器框架的程序，包括了前端、优化器、后端、汇编器、链接器，以及libc++、JIT等。上下文如：“LLVM项目由以下几个模块组成”。
- 基于LLVM开发的编译器：这是指一部分或全部基于LLVM项目开发的编译器软件，软件可能基于LLVM的前端或后端来实现。上下文如：“我用LLVM将C语言编译到MIPS平台”。
- LLVM库：LLVM项目由库代码和一些工具组成，有时会指代LLVM库内容。上下文如：“我的项目使用了LLVM的即时编译框架”（JIT是其中一个库）。
- LLVM核心：在IR和后端算法上的内容，就是LLVM核心，也就是通常Clang/LLVM中的LLVM。上下文如：“LLVM和Clang是两个项目”。
- LLVM IR：有些时候也会指代其中间表示。上下文如：“Clang是一个前端，能将源代码翻译成LLVM”。

LLVM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。(不管哪种source code生成的IR都是一样的)
- Optimizer:优化器。IR代码优化。编写Pass->IR
- Backend:后端。编译，汇编，linker生成Machine code。(不管哪种后端，使用的IR都是一样的)
- 相比之下，GCC的前后端耦合在一起。所以GCC为了支持一门新的语言，或者支持一种新的平台，变得非常困难
模块化，可重用的编译器及工具链技术集合
创始人Chris Lattner，swift之父
之前Apple公司一直使用gcc作为编译器，后来GCC对Objective-C的语言特性支持一直不够，Apple自己开发的GCC模块又很难得到GCC委员会的合并，所以老乔不开心。等到Chris Lattner毕业时，Apple就把他招入靡下，去开发自己的编译器，所以LLVM最初受到了Apple的大力支持。
LLVM是一个编译器框架，框架的意思是，你可以基于LLVM提供的功能开发自己的模块，并集成在LLVM系统上，增加它的功能，或者就单纯自己开发软件工具，而利用LLVM来支撑底层实现。
Clang/LLVM的简单架构
LLVM IR是LLVM的中间表示，大多数的优化都依赖于LLVM IR展开。LLVM的一个设计思想是优化可以渗透在整个编译流程中各个阶段，比如编译时、链接时、运行时等。
LLVM backend就是LLVM真正的后端，也被称为LLVM核心，包括编译、汇编、链接这一套，最后生成汇编文件或者目标码。这里的LLVM compiler和gcc中的compiler不一样，这里的LLVM compiler只是编译LLVM IR。

gcc

gcc的编译器，输入是源代码，输出是汇编代码，相当于是LLVM中Clang一级加上IR linker再加上LLVM compiler中的生成汇编代码部分。
gcc的汇编器，输入是汇编代码，输出是目标文件，相当于是LLVM中的llvm-mc
gcc的链接器，输入是目标文件，输出是最终可执行文件，相当于LLVM中的Linker

Clang,llvm frontend

llvm项目的一个子项目，LLVM项目中一个很重要的前端工具
基于llvm架构的C/C++/OC编译器前端
编译速度快
占用内存小，生成的AST语法树占用内存是GCC的五分之

Clang查看各阶段

查看编译过程

mkdir llvm基础 && cd ./llvm基础 && vs main.m

main.m

#define AGE 40
int main(int argc, const char * argv[]) {
    int a = 10;
    int b = 20;
    int c = a + b + AGE;
    return 0;
}

iTerm

clang -ccc-print-phases main.m
    +- 0: input, "main.m", objective-c
    +- 1: preprocessor, {0}, objective-c-cpp-output
    +- 2: compiler, {1}, ir
    +- 3: backend, {2}, assembler
    +- 4: assembler, {3}, object
    +- 5: linker, {4}, image
    +- 6: bind-arch, "x86_64", {5}, image

导入文件，预处理，编译生成ir，后端编译成汇编，汇编生成.o，linke各种库，linke archive生成对应架构可执行文件

preprocessor(预处理)。导入头文件，宏替换

clang -E main.m
Applying Apple Clang Hooks...
# 1 "main.m"
# 1 "<built-in>" 1
# 1 "<built-in>" 3
# 378 "<built-in>" 3
# 1 "<command line>" 1
# 1 "<built-in>" 2
# 1 "main.m" 2

int main(int argc, const char * argv[]) {
    int a = 10;
    int b = 20;
    int c = a + b + 40;
    return 0;
}

3-1. 前端词法分析，生成Token。对每一个字符生成token

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

3-2. 前端语法分析，生成AST(AST，Abstract Syntax Tree)。

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

3-3. 前端生成IR。中间人码LLVM IR有3种表示形式

text:便于阅读的文本格式，类似于汇编语言，拓展名.ll。
memory:内存格式。
bitcode:二进制格式，拓展名.bc。0101格式
等价，只是格式不同

text格式 .ll

clang -S -emit-llvm main.m

bitcode:二进制格式，拓展名.bc

clang -c -emit-llvm main.m
llvm-dis main.bc #可以把.bc转换成.ll

后端汇编

clang -S -fobjc-arc main.m

生成.o目标文件

clang -fmodules -c main.m

生成可执行文件

clang main.o -o output

file output                                                                        
#output: Mach-O 64-bit executable x86_64

安装LLVM

mkdir LLVM && cd LLVM

git clone https://github.com/llvm/llvm-project

mkdir llvm-build && cd llvm-build

cmake -G Ninja ../llvm-project/llvm -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=/Users/liangze/opt/llvm-release


mkdir llvm-xcode && cd llvm-xcode

cmake -G Xcode ../llvm-project/llvm
# Loadable modules 编写插件