笔记目录：
- 理论篇
- 代码篇
- 工具准备
- 插件开发（内容涉及C++，可作为拓展）
一、理论篇
1.1、什么是LLVM？
官网描述
The LLVM Project is a collection of modular and reusable compiler and toolchain technologies. Despite its name, LLVM has little to do with traditional virtual machines. The name "LLVM" itself is not an acronym; it is the full name of the project.
--
LLVM项目是模块化和可重用的编译器和工具链技术的集合。尽管名称如此，LLVM与传统虚拟机几乎没有关系。名称“LLVM”本身不是首字母缩略词; 它是项目的全名
1.2、传统编译器架构 VS LLVM架构
-
传统编译器架构
传统编译器架构.jpg
- Frontend：前端
词法分析、语法分析、语义分析、生成中间代码 - Optimizer：优化器
中间代码优化 - Backend：后端
生成机器码
-
LLVM架构
LLVM架构.jpg
LLVM架构优点
- 不同的前端后端使用统一的中间代码LLVM Intermediate Representation ( LLVM IR)
- 如果需要支持一种新的编程语言，只需要实现一个新的前端
- 如果需要支持一种新的硬件设备，只需要实现一个新的后端
- 优化阶段是一个通用的阶段，它针对的是统一的LLVM IR，不论是支持新的编程语言，还是支持新的硬件设备，都不需要对优化阶段做修改
- 相比之下，GCC的前端和后端没分得太开，前端后端耦合在了一起，所以GCC为了支持一门新的语言，或者为了支持一个新的设备的话，就变得特别困难
- LLVM现在被作为实现各种静态和运行时编译语言的通用基础结构（GCC家族、Java、.NET、 Python、Ruby 、Scheme Haskell、D）
1.4、关于Clang
Clang是一个“LLVM原生”C / C ++ / Objective-C编译器，旨在提供惊人的快速编译,非常有用的错误和警告消息， 并且提供构建优秀源代码工具的平台。
相对于GCC，Clang具有如下优点
- 编译速度快：在调试配置中编译Objective-C代码时比GCC快3倍
- 占用内存小：Clang生成的AST所占用的内存是GCC的五分之一左右
- 模块化设计：Clang采用基于库的模块化设计，易与IDE集成及其他用途重用
- 诊断信息可读性强：在编译过程中，Clang创建并保留了大量详细的元数据（metadata），有利于调试
- 设计清晰简单，容易理解，易于扩展增强
Clang与LLVM的关系
Clang与LLVM.jpg
- 广义的LLVM：整个LLVM架构
- 狭义上的LLVM：LLVM后端（代码优化，目标代码生成）
---.jpg
二、代码篇
2.1、OC源文件的编译过程
clang -ccc-print-phases main.m // main.m是对应文件名
打印：
0: input, "main.m", objective-c // 找到原代码 main.m文件
1: preprocessor, {0}, objective-c-cpp-output // 预处理器，将#import、#include的内容直接拷贝到相应位置，将宏替换到相应位置
2: compiler, {1}, ir。 // 编译成IR中间代码
3: backend, {2}, assembler // 后端生成目标代码
4: assembler, {3}, object // 目标代码
5: linker, {4}, image // 链接（动态库、静态库等）
6: bind-arch, "x86_64", {5}, image // 处理成适合某个架构的代码
查看preprocessor（预处理）的结果：
clang -E main.m // main.m是对应文件名
代码：
#include <stdio.h>
#define AGE 40
int main(int argc, char * argv[]) {
@autoreleasepool {
int a = 10;
int b = 20;
int c = a + b + AGE;
return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
}
}
预处理结果：
......
extern int __vsnprintf_chk (char * restrict, size_t, int, size_t,
const char * restrict, va_list);
# 412 "/Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/MacOSX.platform/Developer/SDKs/MacOSX10.14.sdk/usr/include/stdio.h" 2 3 4
# 9 "test.m" 2
int main(int argc, char * argv[]) {
@autoreleasepool {
int a = 10;
int b = 20;
int c = a + b + 40;
return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
}
}
2.2、词法分析
将代码拆分成Token
clang -fmodules -E -Xclang -dump-tokens main.m
代码
#include <stdio.h>
#define AGE 40
int main(int argc, char * argv[]) {
@autoreleasepool {
int a = 10;
int b = 20;
int c = a + b + AGE;
return 0;
}
}
分析
int main(int argc, char * argv[]) {
@autoreleasepool {
int a = 10;
int b = 20;
' Loc=<test.m:8:1>
int 'int' [StartOfLine] Loc=<test.m:11:1>
identifier 'main' [LeadingSpace] Loc=<test.m:11:5>
l_paren '(' Loc=<test.m:11:9> /// 第11行第9个字节
int 'int' Loc=<test.m:11:10> /// 第11行第10个字节
identifier 'argc' [LeadingSpace] Loc=<test.m:11:14>
comma ',' Loc=<test.m:11:18>
char 'char' [LeadingSpace] Loc=<test.m:11:20>
star '*' [LeadingSpace] Loc=<test.m:11:25>
identifier 'argv' [LeadingSpace] Loc=<test.m:11:27>
l_square '[' Loc=<test.m:11:31>
r_square ']' Loc=<test.m:11:32>
r_paren ')' Loc=<test.m:11:33>
......
2.3、语法分析
将Token拼起来，生成语法树（AST，Abstract Syntax Tree）
clang -fmodules -fsyntax-only -Xclang -ast-dump main.m
代码
void test(int a, int b) {
int c = a + b - 4;
}
分析
一颗语法树分析.jpg
分析.jpg
2.4、LLVM IR（中间代码）
LLVM IR 3种表示形式（本质等价）
- test，便于阅读的文本格式，类似于汇编语言（拓展名.II）
- memory，内存格式
- bitcode，二进制格式，（拓展名.bc）
生成方式
test
clang -S -emit-llvm main.m
bitcode
clang -c -emit-llvm main.m
由于内存格式和二进制格式不易阅读，所以这里我们生成test形式的文件作为展示
二号文件.jpg
打开生成的文件（这里的.II文件，我用的是PhpStorm程序打开的）
; Function Attrs: noinline nounwind optnone ssp uwtable
define void @test(i32, i32) #0 { // （int a, int b）
%3 = alloca i32, align 4 // int c
%4 = alloca i32, align 4 // int d
%5 = alloca i32, align 4 // int e
store i32 %0, i32* %3, align 4 // c = a 将%0里面的内容送给%3
store i32 %1, i32* %4, align 4 // d = b 将%1里面的内容送给%4（%0和%1是参数的两个变量）
%6 = load i32, i32* %3, align 4 // a (将%3赋值给了%6)
%7 = load i32, i32* %4, align 4 // b (将%4赋值给了%7)
%8 = add nsw i32 %6, %7 // a + b
%9 = sub nsw i32 %8, 4 // a + b - 3
store i32 %9, i32* %5, align 4 //将 %5 赋值给 %9
ret void
}
IR基本语法：官方语法参考
IR基本语法：
1、注释以分号";"开头
2、全局标识符以"@"开头，局部标识符以"%"开头
3、"alloca"，在当前函数栈帧中分配内存
4、i32, 32bit，4个字节的意思
5、align, 内存对齐
6、store，写入数据
7、load，读取数据
时间定位：41.30
三、工具准备
- Homebrew
- LLVM
- Clang
- cmake和ninja（能提高编译效率）
3.1、Homebrew
安装
/usr/bin/ruby -e "$(curl -fsSL https://raw.githubusercontent.com/Homebrew/install/master/install)"
卸载
$ cd `brew --prefix`
$ rm -rf Cellar
$ brew prune
$ rm `git ls-files`
$ rm -r Library/Homebrew Library/Aliases Library/Formula Library/Contributions
$ rm -rf .git
$ rm -rf ~/Library/Caches/Homebrew
查看版本
$ brew -v
更新
$ brew update
安装任意包
$ brew install <packageName>
卸载任意包
$ brew uninstall <packageName>
查看可用包
$ brew search <packageName>
查看已安装包列表
$ brew list
查看任意包信息
$ brew info <packageName>
3.2、LLVM
新创建一个名字为"llvm"的文件，用户开发插件，路径均用这个
下载llvm
git clone https://git.llvm.org/git/llvm.git/
3.3、Clang (目标路径放在下载的llvm子目录的tools中)
cd /llvm/tools
git clone https://git.llvm.org/git/clang.git/
3.4、安装cmake和ninja
brew install cmake
brew install ninja
四、插件开发
涉及C++代码，未完成
网友评论