一、什么是LLVM？

  • 官网：https://llvm.org/
  • The LLVM Project is a collection of modular and reusable compiler and toolchain technologies.
    （LLVM项目是模块化、可重用的编译器以及工具链技术的集合。）
  • 美国计算机协会 (ACM) 将其2012年软件系统奖项颁给了LLVM，之前曾经获得此奖项的软件和技术包括：Java、Apache、 Mosaic、the World Wide Web、Smalltalk、UNIX、Eclipse等等
  • 创始人Chris Lattner，亦是Swift之父;
  • 有些文章把LLVM当做Low Level Virtual Machine（低级虚拟机）的缩写简称，官方描述如下:The name "LLVM" itself is not an acronym; it is the full name of the project.(LLVM这个名称本身不是首字母缩略词; 它是项目的全名)

二、传统的编译器架构和LLVM架构


  • 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，那么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，那么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目标平台，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等）

三、Clang

  • 什么是Clang？

    • LLVM项目的一个子项目
    • 基于LLVM架构的C/C++/Objective-C编译器前端
    • 官网：http://clang.llvm.org/

  • 相比于GCC，Clang具有如下优点

  • 编译速度快：在某些平台上，Clang的编译速度显著的快过GCC（Debug模式下编译OC速度比GGC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，易于IDE集成及其他用途的重用

  • 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)，有利于调试和错误报告

  • 设计清晰简单，容易理解，易于扩展增强

四、Clang与LLVM

五、OC源文件的编译过程

  • 命令行查看编译的过程：$ clang -ccc-print-phases main.m
  • 查看preprocessor（预处理）的结果：$ clang -E main.m

六、词法分析

  • 词法分析，生成Token： $ clang -fmodules -E -Xclang -dump-tokens main.m


七、语法树-AST

  • 语法分析，生成语法树（AST，Abstract Syntax Tree）： $ clang -fmodules -fsyntax-only -Xclang -ast-dump main.m


八、LLVM IR

  • LLVM IR有3种表示形式（但本质是等价的，就好比水可以有气体、液体、固体3种形态）
    • text：便于阅读的文本格式，类似于汇编语言，拓展名.ll， $ clang -S -emit-llvm main.m
    • memory：内存格式
    • bitcode：二进制格式，拓展名.bc， $ clang -c -emit-llvm main.m

  • IR基本语法
    • 注释以分号 ; 开头
    • 全局标识符以@开头，局部标识符以%开头
    • alloca，在当前函数栈帧中分配内存
    • i32，32bit，4个字节的意思
    • align，内存对齐
    • store，写入数据
    • load，读取数据
  • 官方语法参考

九、源码下载

  • 下载LLVM

    • $ git clone https://git.llvm.org/git/llvm.git/
    • 大小746.2 MB，仅供参考

  • 下载clang

    • $ cd llvm/tools
    • $ git clone https://git.llvm.org/git/clang.git/
    • 大小297.7 MB，仅供参考

十、源码编译

  • 安装cmake和ninja（先安装brew，https://brew.sh/）

    • $ brew install cmake
    • $ brew install ninja

  • ninja如果安装失败，可以直接从github获取release版放入【/usr/local/bin】中

  • 在LLVM源码同级目录下新建一个【llvm_build】目录（最终会在【llvm_build】目录下生成【build.ninja】）

  • 依次执行编译、安装指令

    • $ ninja
    • 编译完毕后，【llvm_build】目录大概21.05 G（仅供参考）
    • $ ninja install
    • 安装完毕后，安装目录大概11.92 G（仅供参考）

  • 也可以生成Xcode项目再进行编译，但是速度很慢（可能需要1个多小时）

  • 在llvm同级目录下新建一个【llvm_xcode】目录

    • cd llvm_xcode
    • $ cmake -G Xcode ../llvm



十一、应用与实践