Getting Started with LLVM Core Libraries-工具和设计

Introducing LLVM's basic design principles and its history

  追溯llvm的历史要追溯到10年前（2014），起初它着眼于编译器的后端算法和中间表述（今天依然是llvm的重点），当时其余部分还要依赖gcc。其中最重要的是它的IR，llvm在整个编译的过程当中有不少种中间表示，如AST(C/C++转换成IR的过程)、DAG(IR转换成特定机器的汇编语言的过程)、某种特定的中间表示(汇编器和连接器使用)等其余中间表示依然起到很重要的做用，可是，真正让llvm不同凡响的仍是它的IR，甚至llvm这个名字的由来还和IR有很大的关系。

  首先看IR(intermediate representation)的特色：

• SSA
• 无限多个寄存器

  其存在方式有两种，一种在内存中，一种是在磁盘上，SSA可以更方便的优化，再加上保存在磁盘上的这种编码方式可以达到几近全时优化的效果，这也是llvm的做者在最先介绍llvm的论文中提出的目标，可是IR的描述能力毕竟有限，要想实现全时优化，就要求对诸如程序分布这种行为作出描述，这也意味着实现了此功能的llvm要像jvm那样可以成为一个运行平台，相似jvm的名字，llvm这个名字就是这么来的。

  随着llvm项目的发展，其设计目标已经重点放在了经过磁盘上的IR操做实现连接时优化等功能，而不是全时优化，最终只保留了llvm这个名字，可是llvm已经成了一个强大的编译器框架，而不是一个相似jvm的那样的平台。

  说到这，说一下我的理解吧，感受是llvm起初提出了一个比较精妙的编码表示方案，有利于一些编译优化，进而发现能够憧憬的的目标——全时优化，可是又发现实现全时优化比较困难，在llvm的mail list上有人专门就此发起了一个很详细的讨论，详细阐述了llvm不能像java那样成为一个platform或者vm的缘由，重点仍是要作编译器。

Understanding LLVM tody

  无论怎样，llvm这么名字仍是保留下来了，如今若是有人跟你提起“LLVM”，多是指如下内容：

• 整个LLVM Project/框架
• 由LLVM框架构造的编译器
• LLVM框架的可重用代码：库
• LLVM IR

  LLVM框架主要包括三个方面的核心内容：

• 前端(frontend):将源码转换成中间代码(IR),包括词法分析、语法分析、语义分析、中间代码生成
• IR：两种方式，readable和binary-encoded
• 后端(backend):将IR转换成汇编代码，包括寄存器分配

LLVM的编译流程如图：

  每一个步骤中间交互有两种介质：1) in-memory; 2) by-file，前者变现出来经过一些高层的工具如clang，自动进行指定的动做；后者能够每一步每一步分离开来，经过一个个独立的工具完成。

Interacting with the compiler driver

如前文所述，可使用driver来自动完成一系列动做，对于代码hello.c：

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

直接编译：

clang hello.c -o hello

便可经过clang来执行一系列编译器的功能，直接生成可执行文件。

-###参数能够查看clang调用了哪些工具：

clang -### hello.c -o hello

Using standalone tools