llvm

LLVM

llvm 是一个模块化的开源编译器框架，最早的时候是Illinois 大学的一个研究项目，早先的主要负责人是Chris Lattner。
llvm 有一个表达形式很好的IR语言(intermediate representation)，高度模块化的结构，因此它可以作为多种语言的后端，提供与编程语言无关的优化和针对多种CPU的目标代码生成功能。

其借鉴了 GCC 等传统编译器的分段设计方式，引入了高度模块化的设计。

正是由于贯穿编译过程的统一的IR表示，llvm 支持快速开发编程语言，添加各种前后端来完成编译器的构建。

Low Level Virtual Machine
A set of reusable libraries that collect of compiler technology components
Program analyzer and optimizator
Machine code generator
Clang: C based language front-end such as C, C++
Just-In-Time compiler

Implemented in C++ with well-defined interfaces: Easy to add, remove, and change funcitionality

Open source, and BSD licensed

Website: http://llvm.org/

Clang

• clang
• clang-format
• clang-check
• clang-rename
• clang-refactor

进阶工具

• opt
• llc
• lli
• llvm-config
• llvm-diff
• llvm-mc
• llvm-bcanalyzer
• llvm-opt-report
• bugpoint
• llvm-stress
• llvm-tblgen
• llvm-mcmarkup
• clang-offload-bundler
• obj2yaml / yaml2obj
• llvm-rtdyld
• llvm-cfi-verify
• verify-uselistorder

opt foo.ll -O1 -view-cfg

优化	opt 选项
Constant Propagation	-constprop
Function Inlining	-inline
Dead Code Elimination	-dce
Common Sub-expression Elimination	-early-cse
Loop Unrolling	-loop-unroll

IR 操作

• llvm-link
• llvm-as
• llvm-dis
• llvm-extract
• llvm-split
• llvm-cat
• llvm-modextract
• llvm-lto
• llvm-lto2

Debug Info 相关

• llvm-dwp
• llvm-dwarfdump
• llvm-dsymutil

LLVM IR

• Low level assembly like language
• RISC-like three address code
• Target independence
• Infinite virtual register set
• Static Single Assignment form
• LLVM IR is strongly typed
• https://llvm.org/docs/LangRef.html

IR Format

• in-memory: binary in-memory format, used during compilation process
• bitcode: binary on-disk format, suitable for fast loading
• assembly: human-readable format

三种类型是等价的。bitcode file 的后缀名是 .bc；assembly file 的后缀名是 .ll。

IR Generation

• Assembly

llvm-dis: LLVM IR assembly code, llvm .bc => .ll
llc: native assembly code, llvm .bc => .s

clang -emit-llvm -S filename.c -o out.ll
opt -S xx.bc -o out.ll
llvm-dis xxx.bc -o -out.ll

• Bitcode

clang -emit-llvm -c filename.c -o out.bc
opt xx.ll -o out.bc
llvm-as xx.ll -o out.bc