概述
LLVM是构架编译器（compiler）的框架系统，以C++编写而成，用于优化以任意程序语言编写的程序的编译时间（compile-time），链接时间(link-time)，运行时间(run-time)，以及空闲时间(idle-time)，对开发者保持开放，并兼容已有脚本。LLVM计划启动与2000年，最初由美国的UIUC大学的Chris Lattner博士主持开展。2006年Chris Lattner加盟Apple Inc.并致力于LLVM在Apple开发体系中的应用。
Apple也是LLVM计划的主要资助者
目前LLVM已经被苹果iOS开发工具，Xilinx,Vivado,Facebook,Google等各大公司采用
传统编译器设计
- 1.编译器前端（Frontend）
- A.编译器前端的任务是解析源代码，他会进行：词法分析，语法分析，语义分析，检查源代码是否存在错误，然后构建抽象语法树（Abstract Syntax Tree , AST），LLVM的前端还会生成中间代码（intermediate representation，IR）
- 2.优化器（Optimizer）
- A.优化器负责进行各种优化，改善代码运行时间，例如消除冗余计算等
- 3.后端（backend）/代码生成器（CodeGenerator）
- A.将代码映射到目标至指令集，生成机器语言，并且进行机器相关的代码优化
iOS的编译器架构
Objective C/C/C++使用的编译器前端是Clang，Swift是Swift，后端都是LLVM
LLVM的设计
当编译器决定支持多种语言或者硬件架构时，LLVM最重要的地方就来了。其他的编译器如gcc，它方法非常成功，但由于它是作为整体应用程序设计的，因此他们的用途收到了很大的限制。
LLVM设计的最重要方面是，使用通用的代码标识形式（IR），它是用来在编译器中表示的代码形式。所以LLVM可以为任何语言独立编写前端，并且可以为任意硬件架构独立编写后端
Clang
Clang是LLVM项目中的一个子项目，它是基于LLVM架构的轻量级编译器，诞生之初是为了替代gcc，提供更快的编译速度，它是负责编译C, C++, Objecte-C语言的编译器，它属于整个LLVM架构中，编译器前端，对于开发者来说，研究Clang可以给我们带来很多好处
编译流程
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
0：输入文件，找到源文件
1：预处理阶段，这个过程包括宏的替换，头文件的导入
2：编译阶段，进行词法分析，语法分析，检测语法是否正确，最终生成IR
3：后端，这里LLVM会通过一个一个的Pass去优化，每个Pass做一些事情，最终生成汇编代码
4：生成目标文件
5：链接，链接需要的动态库和静态库，生成可执行文件
6：通过不同的架构，生成对应的可执行文件
预处理阶段
执行以下命令
clang -E main.m
执行完毕可以看到头文件的导入和宏的替换
编译阶段
- 1.词法分析
预处理完成后就会进行词法分析，这里会把代码切成一个个Token，比如大小括号，等于号还有字符串等。
clang -fmodules -fsyntax-only -Xclang -dump-tokens main.m
- 2.语法分析
词法分析之后就是语法分析，它的任务是验证语法是否正确，在词法分析的基础上将单词序列组合成各种语法短语，如“程序”，“语句”，“表达式”等等，然后将所有节点组成抽象语法树（Abstract Syntax Tree, AST）。语法分析程序判断源程序在结构上是否正确。
clang -fmodules -fsyntax-only -Xclang -ast-dump main.m
如果导入头文件找不到，那么可以指定SDK
clang -isysroot /Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/
iPhoneSimulator.platform/Developer/SDKs/iPhoneSimulator12.2.sdk（自己SDK路径） -fmodules -fsyntax-only -Xclang -ast-dump main.m
生成中间代码IR（intermediate representation）
完成上述步骤后就开始生成中间代码IR了，代码生成器(Code Generation)会讲语法树自顶向下遍历逐步翻译成LLVM IR。通过以下命令可以生成.ll文本文件，查看IR代码
clang -S -fobjc-arc -emit-llvm main.m
Objective C代码在这一步会进行runtime的桥接，property合成，ARC处理等
IR基本语法
@ 全局标识
% 局部标识
alloca 开辟空间
align 内存对齐
i32 32个bit，4个字节
store 写入内存
load 读取数据
call 调用函数
ret 返回
IR的优化
LLVM的优化级别分别是 -O0 -O1 -O2 -O3 -Os
clang -Os -S -fobjc-arc -emit-llvm main.m -o main.ll
bitCode
xcode以后开启bitcode苹果会做进一步优化，生成.bc的中间代码。我们通过优化后的IR代码生成.bc代码
clang -emit-llvm -c main.ll -o main.bc
生成汇编代码
我们通过最终的.bc或者.ll代码生成汇编代码
clang -S -fobjc-arc main.bc -o main.s
clang -S -fobjc-arc main.ll -o main.s
生成汇编代码也可以进行优化
clang -Os -S -fobjc-arc main.m -o main.s
生成目标文件（汇编器）
目标文件的生成，是汇编器以汇编代码作为输入，将汇编代码转换为机器代码，最后输出目标文件（object file）
clang -fmodules -c main.s -o main.o
通过nm命令，查看下main.o中的符号
_printf是一个underlined external的
undefined表示在当前文件暂时找不到符号_printf
external表示这个符号是外部可以访问的
生成可执行文件（链接）
连接器把编译产生的.o文件和（.dylib,.a）文件，生成一个mach-o文件。
clang main.o -o main
查看之后的符号
form libSystem表示printf的来源，在运行时动态链接动态库文件