LLVM 與 Clang 及其關係

隨着 Android P 的逐步應用，愈來愈多的客戶要求編譯庫時用 libc++ 來代替 libstdc++。libc++ 和 libstdc++ 這兩個庫有關係呢？它們兩個都是 C++ 標準庫，libc++ 是針對 Clang 編譯器特別重寫的 C++ 標準庫，而 libstdc++ 則是 GCC 的對應 C++ 標準庫了。從 Android 市場來講，Android NDK 已在具體應用中放棄了 GCC，全面轉向 Clang，正如很早前 Android NDK 在 Changelog 中提到的那樣：

Everyone should be switching to Clang.
GCC in the NDK is now deprecated.

Android NDK 從 r11 開始建議你們切換到 Clang，而且把 GCC 標記爲 deprecated，將 GCC 版本鎖定在 GCC 4.9 再也不更新；
Android NDK 從 r13 起，默認使用 Clang 進行編譯，可是暫時也沒有把 GCC 刪掉，Google 會一直等到 libc++ 足夠穩定後再刪掉 GCC；
Android NDK 在 r17 中宣稱再也不支持 GCC 並在後續的 r18 中刪掉 GCC，具體可見 NDK 的版本歷史。

接下來，簡要的介紹一下 Clang。Clang 是一個 C、C++、Objective-C 和 Objective-C++ 編程語言的編譯器前端，採用底層虛擬機（LLVM）做爲後端。至於爲何有了 GCC 還要開發 Clang？Clang 相比 GCC 又有什麼優點呢？網上有不少信息能夠參考，這裏只簡單提兩點：（1）Clang 採用的是 BSD 協議的許可證，而 GCC 採用的是 GPL 協議，顯然前者更爲寬鬆；（2）Clang 是一個高度模塊化開發的輕量級編譯器，編譯速度快、佔用內存小、有着友好的出錯提示。

而後說下 Clang 背後的 LLVM（Low Level Virtual Machine）。LLVM 是以 BSD 許可來開發的開源的編譯器框架系統，基於 C++ 編寫而成，利用虛擬技術來優化以任意程序語言編寫的程序的編譯時間、連接時間、運行時間以及空閒時間，最先以 C/C++ 爲實現對象，對開發者保持開放，併兼容已有腳本。LLVM 計劃啓動於 2000 年，最初由 University of Illinois at Urbana-Champaign 的 Chris Lattner 主持開展，2006 年 Chris Lattner 加盟蘋果公司並致力於 LLVM 在蘋果公司開發體系中的應用，因此蘋果公司也是 LLVM 計劃的主要資助者。目前 LLVM 因其寬鬆的許可協議，更好的模塊化、更清晰的架構，成爲不少廠商或者組織的選擇，已經被蘋果 IOS 開發工具、Facebook、Google 等各大公司採用，像 Swift、Rust 等語言都選擇了以 LLVM 爲後端。

在理解 LLVM 以前，先說下傳統編譯器的工做原理，基本上都是三段式的，能夠分爲前端、優化器和後端。前端負責解析源代碼，檢查語法錯誤，並將其翻譯爲抽象的語法樹；優化器對這一中間代碼進行優化，試圖使代碼更高效；後端則負責將優化器優化後的中間代碼轉換爲目標機器的代碼，這一過程後端會最大化的利用目標機器的特殊指令，以提升代碼的性能。基於這個認知，咱們能夠認爲 LLVM 包括了兩個概念：一個廣義的 LLVM 和一個狹義的 LLVM 。廣義的 LLVM 指的是一個完整的 LLVM 編譯器框架系統，包括了前端、優化器、後端、衆多的庫函數以及不少的模塊；而狹義的 LLVM 則是聚焦於編譯器後端功能的一系列模塊和庫，包括代碼優化、代碼生成、JIT 等。

下面大概講一講 LLVM 和 Clang 的關係。咱們將它們對應於傳統的編譯器當中的幾個獨立的部分，這樣可以更加方便明確的表述出它們以前的關係。

對應到這個圖中，能夠很是明確的找出它們的關係。總體的編譯器架構就是 LLVM 架構；Clang 大體能夠對應到編譯器的前端，主要處理一些和具體機器無關的針對語言的分析操做；編譯器的優化器和後端部分就是以前提到的 LLVM 後端，即狹義的 LLVM。

此外，因爲 LLVM 的命名最先源自於底層虛擬機（Low Level Virtual Machine） 的首字母縮寫，但這個項目的範圍並不侷限於建立一個虛擬機，這個縮寫致使了大量的疑惑。LLVM 成長以後已成爲衆多編譯工具及低級工具技術的統稱，使得這個名字變得更不貼切，因此開發者決定放棄這個縮寫的涵義，如今 LLVM 已獨立成爲一個品牌，適用於 LLVM 下的全部項目，包括 LLVM 中介碼、LLVM 除錯工具、LLVM C++ 標準庫等。