LLVM5.0环境搭建以及对C程序编译运行

1. 介绍

LLVM（low level virtual machine）从本质上来说，是一个开源编译器框架，能够提供程序语言的编译期优化、链接优化、在线编译优化、代码生成。LLVM有两个特点：

（1）LLVM有一个特定指令格式的IR语言，我们可以通过书写Pass来对其IR进行优化。

（2）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的代码生成功能。
LLVM项目是模块化和可重用的编译器和工具链技术的集合；

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。

2. LLVM的组成部分

LLVM主要由Clang前端、IR优化器（Pass）和LLVM后端构成。其功能分别是：

clang前端：将平台相关的源码生成与平台无关的IR（llvm Bitcode）。

IR优化器：主要对IR进行优化。

llvm后端：将优化后的IR转换为与平台相关的汇编代码或者机器码。

Retargetablity

（1） Clang前端：
Clang前端以.c文件为输入，经语法词法分析后解析为抽象语法数，最后通过LLVM内联API变为LLVM IR。其功能为：词法分析器：把输入的程序代码切成token；语法分析器：接收token流解析为AST。

（2） IR优化器：
LLVM IR包含三种格式：一种是在内存中的编译中间语言；一种是硬盘上存储的二进制中间语言（以.bc结尾），最后一种是可读的中间格式（以.ll结尾）。这三种中间格式是完全相等的。LLVM IR是LLVM优化和进行代码生成的关键。根据可读的IR，我们可以知道再最终生成目标代码之前，我们已经生成了什么样的代码。我们通过Pass来对IR进行相应的优化。

（3） LLVM后端：
Llvm clang编译器主要是将各平台源代码编译成与平台无关的IR指令集，这将支撑对IR的优化及转换操作，而llvm后端的主要工作是优化IR指令，并将这些与平台无关的IR指令转换成目标设备相关的指令。

3. LLVM+Clang环境搭建（LLVM5.0）

（1）新建LLVM文件夹。
（2）从LLVM官网上页面上下载clang ，llvm，clang-tools-extra-5.0.0.src，compiler-rt-5.0.0.src，libcxx-5.0.0.src。将其解压至LLVM文件夹下。或者在：https://download.csdn.net/download/weixin_38244174/10971406 下载这几个包。
（3）执行以下步骤：

mv cfe-5.0.0.src clang
mv clang/ llvm-5.0.0.src/tools/
mv clang-tools-extra-5.0.0.src extra
mv extra/ llvm-5.0.0.src/tools/clang/
mv compiler-rt-5.0.0.src compiler-rt
mv compiler-rt llvm-5.0.0.src/projects/

（4）在LLVM下新建build目录，进入build目录下。
（5）执行
cmake ../llvm -DLLVM_TARGETS_TO_BUILD=X86 -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release -DLLVM_USE_LINKER=gold
注意事项：
a）../llvm可能会存在问题，直接将../llvm改为LLVM 5.0源码所在位置，直接拖进去。譬如我自己的是 '/home/hzk/LLVM/llvm-5.0.0.src'
b）g++：安装g++编译器，可以通过命令“sudo apt-get install build-essential”实现。执行完后，就完成了gcc,g++,make的安装。build-essential是一整套工具，gcc，libc等等。通过“g++ -v”可以查看g++是否安装成功。
（6）执行make -j4进行编译；
（7）最后执行sudo make install进行安装。

4. LLVM运行过程
   （）创建简单的c语言源码文件test.c

#include 
int main() 
{
  printf("hello llvm\n");
  return 0;
}

（1）编译可执行文件
clang test.c -o test

（2）生成LLVM字节码文件
clang -O3 -emit-llvm test.c -c -o test.bc

（3）生成LLVM可视化字节码文件
clang -O3 -emit-llvm test.c -S -o test.ll

（4）运行可执行文件
./test

（5）运行字节码文件
lli test.bc

（6）反汇编字节码文件
llvm-dis < test.bc | less

（7）编译字节码为汇编文件
llc test.bc -o test.s

参考资料
1.LLVM第一弹——介绍及环境搭建（LLVM3.3和LLVM5.0）
https://blog.csdn.net/weixin_38244174/article/details/82705181
2.手把手带你遨游TVMhttps://zhuanlan.zhihu.com/p/50529704