Getting Started with LLVM Core Libraries-工具和設計

Introducing LLVM's basic design principles and its history

  追溯llvm的歷史要追溯到10年前（2014），起初它着眼於編譯器的後端算法和中間表述（今天依然是llvm的重點），當時其餘部分還要依賴gcc。其中最重要的是它的IR，llvm在整個編譯的過程當中有不少種中間表示，如AST(C/C++轉換成IR的過程)、DAG(IR轉換成特定機器的彙編語言的過程)、某種特定的中間表示(彙編器和連接器使用)等其餘中間表示依然起到很重要的做用，可是，真正讓llvm不同凡響的仍是它的IR，甚至llvm這個名字的由來還和IR有很大的關係。

  首先看IR(intermediate representation)的特色：

• SSA
• 無限多個寄存器

  其存在方式有兩種，一種在內存中，一種是在磁盤上，SSA可以更方便的優化，再加上保存在磁盤上的這種編碼方式可以達到幾近全時優化的效果，這也是llvm的做者在最先介紹llvm的論文中提出的目標，可是IR的描述能力畢竟有限，要想實現全時優化，就要求對諸如程序分佈這種行爲作出描述，這也意味着實現了此功能的llvm要像jvm那樣可以成爲一個運行平臺，相似jvm的名字，llvm這個名字就是這麼來的。

  隨着llvm項目的發展，其設計目標已經重點放在了經過磁盤上的IR操做實現連接時優化等功能，而不是全時優化，最終只保留了llvm這個名字，可是llvm已經成了一個強大的編譯器框架，而不是一個相似jvm的那樣的平臺。

  說到這，說一下我的理解吧，感受是llvm起初提出了一個比較精妙的編碼表示方案，有利於一些編譯優化，進而發現能夠憧憬的的目標——全時優化，可是又發現實現全時優化比較困難，在llvm的mail list上有人專門就此發起了一個很詳細的討論，詳細闡述了llvm不能像java那樣成爲一個platform或者vm的緣由，重點仍是要作編譯器。

Understanding LLVM tody

  無論怎樣，llvm這麼名字仍是保留下來了，如今若是有人跟你提起「LLVM」，多是指如下內容：

• 整個LLVM Project/框架
• 由LLVM框架構造的編譯器
• LLVM框架的可重用代碼：庫
• LLVM IR

  LLVM框架主要包括三個方面的核心內容：

• 前端(frontend):將源碼轉換成中間代碼(IR),包括詞法分析、語法分析、語義分析、中間代碼生成
• IR：兩種方式，readable和binary-encoded
• 後端(backend):將IR轉換成彙編代碼，包括寄存器分配

LLVM的編譯流程如圖：

  每一個步驟中間交互有兩種介質：1) in-memory; 2) by-file，前者變現出來經過一些高層的工具如clang，自動進行指定的動做；後者能夠每一步每一步分離開來，經過一個個獨立的工具完成。

Interacting with the compiler driver

如前文所述，可使用driver來自動完成一系列動做，對於代碼hello.c：

#include <stdio.h>
int main()
{
    printf("Hello, World!\n");
    return 0;
}

直接編譯：

clang hello.c -o hello

便可經過clang來執行一系列編譯器的功能，直接生成可執行文件。

-###參數能夠查看clang調用了哪些工具：

clang -### hello.c -o hello

Using standalone tools