系列文章目录
LLVM系列第一章:编译LLVM源码
LLVM系列第二章:模块Module
LLVM系列第三章:函数Function
LLVM系列第四章:逻辑代码块Block
LLVM系列第五章:全局变量Global Variable
LLVM系列第六章:函数返回值Return
LLVM系列第七章:函数参数Function Arguments
LLVM系列第八章:算术运算语句Arithmetic Statement
LLVM系列第九章:控制流语句if-else
LLVM系列第十章:控制流语句if-else-phi
LLVM系列第十一章:写一个Hello World
LLVM系列第十二章:写一个简单的词法分析器Lexer
LLVM系列第十三章:写一个简单的语法分析器Parser
LLVM系列第十四章:写一个简单的语义分析器Semantic Analyzer
LLVM系列第十五章:写一个简单的中间代码生成器IR Generator
LLVM系列第十六章:写一个简单的编译器
LLVM系列第十七章:for循环
LLVM系列第十八章:写一个简单的IR处理流程Pass
LLVM系列第十九章:写一个简单的Module Pass
LLVM系列第二十章:写一个简单的Function Pass
LLVM系列第二十一章:写一个简单的Loop Pass
LLVM系列第二十二章:写一个简单的编译时函数调用统计器(Pass)
LLVM系列第二十三章:写一个简单的运行时函数调用统计器(Pass)
LLVM系列第二十四章:用Xcode编译调试LLVM源码
LLVM系列第二十五章:简单统计一下LLVM源码行数
LLVM系列第二十六章:理解LLVMContext
LLVM系列第二十七章:理解IRBuilder
LLVM系列第二十八章:写一个JIT Hello World
LLVM系列第二十九章:写一个简单的常量加法“消除”工具(Pass)
flex&bison系列
在此记录下用LLVM创建一个简单的Function Pass的过程,以备查阅。
开发环境的配置请参考第一章 《LLVM系列第一章:编译LLVM源码》。
Function Pass,顾名思义,是在程序中的每个函数(function)上执行的。Function Pass不需要以特定顺序执行,并且不会修改外部函数(external function)。具体地说,Function Pass不能添加或删除当前模块的函数或全局变量,也不能分析或修改当前正在被处理的函数之外的其它函数。
本章我们就来写一个最简单的Function Pass。
我们把这个简单的项目命名为SimpleFunctionPass。可以参考LLVM的源码中其它Pass流程的组织结构,来组织我们自己的代码(示例):
llvm-project/llvm
├── ...
├── lib
│ └── Transforms
│ ├── CMakeLists.txt
│ └── SimpleFunctionPass
│ ├── CMakeLists.txt
│ └── SimpleFunctionPass.cpp
└── ...
这个简单的项目只包含了一个模块:
SimpleFunctionPass将会对每一个函数进行处理,即把函数中的所有Basic Block等信息打印出来。
注意,我们需要把SimpleFunctionPass项目加入到LLVM Transforms父项目中,即指示CMake在编译LLVM源码的同时,也要编译SimpleFunctionPass项目。
以下是跟项目组织结构相关的部分CMake脚本。
(1) lib/Transforms/SimpleFunctionPass/CMakeLists.txt文件(示例):
# CMakeLists.txt
add_llvm_library(SimpleFunctionPass MODULE BUILDTREE_ONLY
SimpleFunctionPass.cpp
PLUGIN_TOOL
opt
)
(2) lib/Transforms/CMakeLists.txt文件(示例):
...
add_subdirectory(SimpleFunctionPass)
...
SimpleFunctionPass的实现在文件lib/Transforms/SimpleFunctionPass/SimpleFunctionPass.cpp中:
// SimpleFunctionPass.cpp
#include "llvm/IR/PassManager.h"
#include "llvm/Passes/PassBuilder.h"
#include "llvm/Passes/PassPlugin.h"
#include "llvm/Support/raw_ostream.h"
#include
using namespace llvm;
using std::cout;
using std::endl;
namespace
{
class SimpleFunctionPass : public PassInfoMixin<SimpleFunctionPass>
{
public:
PreservedAnalyses run(Function& function, FunctionAnalysisManager& analysisManager)
{
cout << "Function: " << function.getName().str() << endl;
cout << " Instruction Count: " << function.getInstructionCount() << endl;
// Print out all the basic blocks in this function
cout << endl << " Basic Block Count: " << function.getBasicBlockList().size() << endl;
for (const auto& basicBlock : function)
{
cout << " BasicBlock: " << basicBlock.getName().str() << endl;
}
// Print out all the arguments of this function
cout << endl << " Argument Count: " << function.arg_size() << endl;
for (const auto& arg : function.args())
{
cout << " Argument: " << arg.getName().str() << endl;
}
cout << endl << " Function Type: " << endl;
function.getFunctionType()->print(outs());
cout << endl << endl;
// Assuming we did not change anything of the IR code
return PreservedAnalyses::all();
}
};
}
// This part is the new way of registering your pass
extern "C" PassPluginLibraryInfo LLVM_ATTRIBUTE_WEAK llvmGetPassPluginInfo()
{
return
{
LLVM_PLUGIN_API_VERSION,
"SimpleFunctionPass",
"v0.1",
[](PassBuilder& passBuilder) {
passBuilder.registerPipelineParsingCallback(
[](StringRef name, FunctionPassManager& passManager, ArrayRef<PassBuilder::PipelineElement>) {
if(name == "simple-function-pass")
{
passManager.addPass(SimpleFunctionPass());
return true;
}
return false;
}
);
}
};
}
用CMake工具生成项目文件(示例):
cd /path/to/llvm-project
mkdir build
cd build
cmake -G Ninja -DLLVM_ENABLE_PROJECTS=clang ../llvm
输出log如下(示例):
-- clang project is enabled
-- clang-tools-extra project is disabled
-- ...
-- Ninja version: 1.10.2
-- Found ld64 - /Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Toolchains/XcodeDefault.xctoolchain/usr/bin/ld
-- ...
-- LLVM host triple: x86_64-apple-darwin20.6.0
-- LLVM default target triple: x86_64-apple-darwin20.6.0
-- ...
-- Configuring done
-- Generating done
-- Build files have been written to: .../llvm-project/build
用ninja进行编译(示例):
ninja
如果我们是在第一章的编译LLVM完成之后,再编译此项目,则仅仅需要编译SimpleFunctionPass项目即可。当然,这是ninja自动就能识别出来的,即所谓的增量编译技术。输出log如下(示例):
[4/4] Linking CXX shared module lib/SimpleFunctionPass.dylib
为了简单起见,假设我们要对以下Test.c文件中C代码进行处理(示例):
// Test.c
int Foo(int a)
{
int b;
if (a > 33)
{
b = 66;
}
else
{
b = 77;
}
return b;
}
int Bar(int a, int b)
{
return a + b;
}
int Bead(int a, int b)
{
return a * b;
}
可以用clang生成IR代码,命令如下(示例):
mv ../llvm/lib/Transforms/SimpleFunctionPass/Test.c.txt ../llvm/lib/Transforms/SimpleFunctionPass/Test.c
clang -S -emit-llvm ../llvm/lib/Transforms/SimpleFunctionPass/Test.c -o ../llvm/lib/Transforms/SimpleFunctionPass/Test.ll
生成IR代码大体如下,当然,并不是跟clang生成的IR代码完全一样,做了一点简化(示例):
; ModuleID = 'Test.c'
source_filename = "Test.c"
define i32 @Foo(i32 %a) {
entry:
%a.addr = alloca i32, align 4
%b = alloca i32, align 4
store i32 %a, i32* %a.addr, align 4
%0 = load i32, i32* %a.addr, align 4
%cmp = icmp sgt i32 %0, 33
br i1 %cmp, label %if.then, label %if.else
if.then: ; preds = %entry
store i32 66, i32* %b, align 4
br label %if.end
if.else: ; preds = %entry
store i32 77, i32* %b, align 4
br label %if.end
if.end: ; preds = %if.else, %if.then
%1 = load i32, i32* %b, align 4
ret i32 %1
}
define i32 @Bar(i32 %a, i32 %b) {
entry:
%a.addr = alloca i32, align 4
%b.addr = alloca i32, align 4
store i32 %a, i32* %a.addr, align 4
store i32 %b, i32* %b.addr, align 4
%0 = load i32, i32* %a.addr, align 4
%1 = load i32, i32* %b.addr, align 4
%add = add nsw i32 %0, %1
ret i32 %add
}
define i32 @Bead(i32 %a, i32 %b) {
entry:
%a.addr = alloca i32, align 4
%b.addr = alloca i32, align 4
store i32 %a, i32* %a.addr, align 4
store i32 %b, i32* %b.addr, align 4
%0 = load i32, i32* %a.addr, align 4
%1 = load i32, i32* %b.addr, align 4
%mul = mul nsw i32 %0, %1
ret i32 %mul
}
运行SimpleFunctionPass(示例):
./bin/opt -load-pass-plugin=lib/SimpleFunctionPass.dylib -passes="simple-function-pass" -disable-output Test.ll
输出结果如下(示例):
Function: Foo
Instruction Count: 12
Basic Block Count: 4
BasicBlock: entry
BasicBlock: if.then
BasicBlock: if.else
BasicBlock: if.end
Argument Count: 1
Argument: a
Function Type:
i32 (i32)
Function: Bar
Instruction Count: 8
Basic Block Count: 1
BasicBlock: entry
Argument Count: 2
Argument: a
Argument: b
Function Type:
i32 (i32, i32)
Function: Bead
Instruction Count: 8
Basic Block Count: 1
BasicBlock: entry
Argument Count: 2
Argument: a
Argument: b
Function Type:
i32 (i32, i32)
我们用LLVM提供的C++ API,创建了一个简单的Function Pass,并且编译运行成功。完整源码示例请参看:
https://github.com/wuzhanglin/llvm-pass-examples