LLVM的編譯流程

在介紹編譯流程之前，首先回顧一下LLVM：
LLVM是一個(gè)模塊化的、可重用的編譯器和工具鏈技術(shù)的集合，Clang 是 LLVM 的子項(xiàng)目援制，是 C，C++ 和 Objective-C 編譯器丰刊，它的編譯速度比GCC快3倍隘谣，其中clang static analyzer主要進(jìn)行語法分析、語義分析以及生成中間代碼啄巧，在這個(gè)過程中會(huì)對(duì)代碼進(jìn)行檢查寻歧，對(duì)于出錯(cuò)以及警告的代碼會(huì)給與標(biāo)記。此外秩仆，LLVM核心庫(kù)還提供一個(gè)優(yōu)化器码泛，對(duì)流行的CPU做生成代碼的支持(如x86等機(jī)器)。lld是Clang/LLVM的內(nèi)置鏈接器澄耍，clang必須調(diào)用鏈接器來產(chǎn)生可執(zhí)行文件噪珊。

LLVM相對(duì)于其它編譯器的特殊性在于它提供一種代碼編寫良好的中間表示IR，這意味著它可以作為多種語言的后端齐莲，這樣它就可以在提供語言無關(guān)的優(yōu)化的同時(shí)還可以針對(duì)不同的硬件設(shè)備(CPU)生成對(duì)應(yīng)的機(jī)器代碼痢站。

在介紹LLVM的編譯流程之前，對(duì)于編譯器的編譯鏈接過程需要有一定的了解选酗，可以參閱這些文章

快速開始——介紹LLVM編譯流程

我們從一個(gè)例子開始阵难，觀察一次編譯過程是如何完成的。首先我們編寫如下的代碼：

#import <Foundation/Foundation.h>
#define DEFINEEight 8
int main(){
    @autoreleasepool {
        int eight = DEFINEEight;
        int six = 6;
        NSString* site = [[NSString alloc] initWithString:@"starming"];
        int rank = eight + six;
        NSLog(@"%@ rank %d", site, rank);
    }
    return 0;
}

可以看到這段代碼輸出一個(gè)字符串和相加后的數(shù)字芒填。將此代碼保存為main.m文件呜叫。然后使用clang對(duì)其進(jìn)行編譯：

clang -ccc-print-phases main.m

可以看到編譯過程輸出如下：

編譯流程

• 0步驟獲得源代碼main.m空繁，是OC語言。
• 1步驟是預(yù)處理階段朱庆，做相應(yīng)處理（后面會(huì)提到）
• 2步驟是編譯階段
• 3步驟通過后端進(jìn)行匯編前的處理
• 4步驟匯編階段
• 5步驟鏈接階段盛泡，做相應(yīng)處理
• 6步驟綁定相應(yīng)變量（或常量等）到硬件機(jī)器上(如寄存器)
  通過如上步驟可以了解到整個(gè)過程以及過程中的一些信息。例如首先進(jìn)行的預(yù)處理操作可以使用如下命令查看具體信息：

clang -E main.m

執(zhí)行完后可以看到預(yù)處理后的樣子：

預(yù)處理后

這個(gè)過程包括宏的替換娱颊，頭文件的導(dǎo)入等等傲诵。在預(yù)處理完成后會(huì)進(jìn)行詞法分析，在此步驟會(huì)把代碼切成一個(gè)個(gè)Token维蒙，比如大小括號(hào)掰吕，等于號(hào)還有字符串等。通過如下命令可以看到詞法分析后的結(jié)果：

clang -fmodules -fsyntax-only -Xclang -dump-tokens main.m

詞法分析結(jié)果如下：

詞法分析

接下來是語法分析颅痊，驗(yàn)證程序的語法是否正確，然后將所有的節(jié)點(diǎn)組成抽象語法樹AST：

clang -fmodules -fsyntax-only -Xclang -ast-dump main.m

AST

這些步驟完成之后就要開始進(jìn)行IR中間代碼的生成了局待，代碼生成器CodeGen會(huì)負(fù)責(zé)將語法樹自頂向下遍歷逐步翻譯成LLVM IR斑响，IR就是編譯過程的前端的輸出以及后端的輸入：

clang -S -fobjc-arc -emit-llvm main.m -o main.ll

此步驟LLVM會(huì)去做些優(yōu)化工作，在Xcode的編譯設(shè)置里也可以設(shè)置優(yōu)化的級(jí)別-01钳榨，-03舰罚，-0s等，還可以通過編寫自己的pass自定制優(yōu)化解決方案薛耻，編寫自己的Pass請(qǐng)參閱[這篇文章]

clang -O3 -S -fobjc-arc -emit-llvm main.m -o main.ll

什么是pass呢营罢，可以將pass理解為L(zhǎng)LVM優(yōu)化工作的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，一個(gè)節(jié)點(diǎn)做一些事饼齿，把這些節(jié)點(diǎn)加起來就構(gòu)成了LLVM完整的優(yōu)化器了饲漾。而且當(dāng)你在Xcode里開啟了bitcode的話還會(huì)做進(jìn)一步的優(yōu)化工作：對(duì)于新的后端架構(gòu)可以使用這份優(yōu)化后的bitcode去生成。這也是LLVM靈活性的一個(gè)體現(xiàn)吧缕溉。
開啟bitcode優(yōu)化：

clang -emit-llvm -c main.m -o main.bc

生成匯編的命令：

clang -S -fobjc-arc main.m -o main.s

再生成目標(biāo)文件：

clang -fmodules -c main.m -o main.o

最后生成可執(zhí)行文件：

clang main.o -o main

這樣通過執(zhí)行./main就可以看到程序的執(zhí)行結(jié)果啦考传！starming rank 14

那么以上就是LLVM的整個(gè)編譯流程了。對(duì)于具體的Clang編譯過程中的細(xì)節(jié)問題证鸥，將在后續(xù)的文章中進(jìn)行介紹和討論僚楞。歡迎關(guān)注！