編譯 想必都知道，那么LLVM是什么邢滑？
LLVM是一種編譯器！LLVM編譯流程是怎么樣的困后？
本篇就LLVM進(jìn)行初探

首先讓我們來了解編譯器是神馬～

一、編譯器是什么摇予？

1汽绢、以python程序?yàn)槔?br> 新建一個(gè)python文件:helloDemo.py(內(nèi)部一行代碼打印hello)

print("hello\n")

進(jìn)入python文件侧戴，執(zhí)行python helloDemo.py

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#include <stdio.h>
int main(int a,char * argv[]){
        printf("hello \n");
        return 0;
}

執(zhí)行clang helloDemo.c編譯积仗，生成a.out文件蜕猫，file a.out查看文件

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發(fā)現(xiàn)最終生成文件是：.out文件：64位的Mach-O可執(zhí)行文件，當(dāng)前clang出來的是x86_64架構(gòu)隆圆， 說明mac電腦可讀。 所以可以./a.out直接執(zhí)行：

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以上可以看到，python和C輸出流程是完全不同的租漂，pthyon直接用python命令就可以輸出結(jié)果哩治，而C需要先生成.out文件。這是由于兩種編譯過程不一樣

• python是解釋型語言业筏，一邊翻譯一邊執(zhí)行蒜胖，機(jī)器可直接執(zhí)行。
• C語言是編譯型語言寻狂，不可以直接執(zhí)行朋沮，需要編譯器將其轉(zhuǎn)換成機(jī)器識(shí)別語言。

注：
編譯型語言：編譯后輸出的是指令（0纠亚、1組合）筋夏，cpu可直接執(zhí)行指令
解釋性語言：生成的是數(shù)據(jù)，不是0条篷、1組合拥娄，機(jī)器也能直接識(shí)別

• 編譯器就是將高級(jí)語言轉(zhuǎn)換成機(jī)器可識(shí)別的語言（可執(zhí)行文件）

補(bǔ)：
匯編語言是否需要編譯？
直接解釋
1牡昆、早期科學(xué)家，就是使用0丢烘、1編程播瞳。 為了摒棄手敲0和1的繁瑣。開發(fā)者們創(chuàng)造了中間解釋器赢乓，再創(chuàng)建出call牌芋、bl等這種容易記的指令來代表0、1組合（例如call對(duì)應(yīng)00001111）躺屁。有了對(duì)應(yīng)關(guān)系后犀暑，就好辦了。程序員只用輸入call耐亏、bl這樣的標(biāo)記指令苹熏，經(jīng)過解釋器，變成0和1的組合袱耽，就可以直接交給機(jī)器去執(zhí)行了干发。 這就是匯編的由來。
2枉长、基于匯編以上必峰，再映射和封裝相關(guān)對(duì)應(yīng)關(guān)系。于是生成了跨時(shí)代性的c語言吼蚁，再往上層封裝，就出現(xiàn)了高級(jí)語言oc粒蜈、swift、JAVA等語言注整。之所以匯編執(zhí)行快度硝，是因?yàn)樗苯愚D(zhuǎn)換為機(jī)器語塘淑。
3蚂斤、既然匯編速度這么快，為什么不都用匯編開發(fā)捌治？
因?yàn)閰R編的指令集纽窟，是針對(duì)同一操作系統(tǒng)而言，不支持跨平臺(tái)森枪。機(jī)器指令是cpu的在識(shí)別审孽。早期的計(jì)算機(jī)廠家非常多，雖然都用0和1的組合式散，但相同組合背后卻是相應(yīng)不同的指令打颤。所以匯編無法跨平臺(tái)，不同操作系統(tǒng)下编饺，匯編指令是不同的透且，所以需要可以跨平臺(tái)的高級(jí)語言來開發(fā)～

二、LLVM概述

1、上面我們知道了編譯器是什么畅形。那么LLVM是什么呢诉探？
llVM就是編譯器的一種：

• 架構(gòu)編譯器（compiler）的框架系統(tǒng)肾胯，以c++編寫而成，用于優(yōu)化以任意程序語言編寫的程序的編譯時(shí)間（compile-time）毕荐、鏈接時(shí)間(link-time)艳馒、運(yùn)行時(shí)間（run-time）以及空閑時(shí)間（idle-time），對(duì)開發(fā)者保持開放第美，并兼任已有腳本
• 2006年Chris Lattner加盟Apple Inc.并致力于LLVM在Apple開發(fā)體系中的應(yīng)用陆爽。Apple也是LLVM計(jì)劃的主要資助者慌闭。
  目前LLVM已經(jīng)被蘋果iOS開發(fā)工具、Xilinx Vivado兔港、Facebook仔拟、Google等各大公司采用

2、傳統(tǒng)編譯器

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• 編譯器前端（Frontend）：

編譯器的前端任務(wù)是解析源代碼科侈。 會(huì)進(jìn)行詞法分析臀栈、語法分析挠乳、語義分析姑躲。檢查源代碼是否存在錯(cuò)誤黍析，然后構(gòu)建抽象語法樹（Abstract Syntax Tree AST）屎开，LLVM前端還會(huì)生成中間代碼(intermediate representation, IR)

• 優(yōu)化器（Optimizer）

優(yōu)化器負(fù)責(zé)各種優(yōu)化。改善代碼的運(yùn)行時(shí)間蔼两，如消除冗余計(jì)算等

源代碼中有很多函數(shù)調(diào)用额划，就會(huì)需要需要申請(qǐng)很多函數(shù)調(diào)用椀翟螅空間，調(diào)用函數(shù)棧時(shí)品抽，需要壓棧輸入數(shù)據(jù)甜熔，調(diào)用完畢后腔稀，出棧羽历。其中過程邏輯可能非常復(fù)雜，那么就會(huì)無形中就會(huì)占用很多內(nèi)存诵闭，優(yōu)化器就是用來優(yōu)化一些邏輯澎嚣，以節(jié)省時(shí)間和空間易桃。

• 后端（Backkend）/ 代碼生成器(CodeGenerator)

將代碼映射到目標(biāo)指令集，生成機(jī)器語言敌呈，并進(jìn)行機(jī)器相關(guān)的代碼優(yōu)化 （目標(biāo)指不同操作系統(tǒng)）

3、iOS的編譯器架構(gòu)
Objective-C吭练、C褐鸥、C++編譯器的前端用的都是Clang,Swift使用的是swift叫榕，后端使用的是llvm

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三、LLVM的設(shè)計(jì)

1寓落、llvm：支持多種語言或多種硬件架構(gòu)荞下。使用通用代碼表示形式：IR（用來在編譯器中表示代碼的形式）
??GCC也是一個(gè)非常成功的編譯器尖昏，但由于它作為整體應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的，用途受到了限制
因?yàn)?code>llvm使用IR作為中間文件,所以

• LLVM可以為任何編程語言獨(dú)立編寫前端陨簇，也可以為任何硬件架構(gòu)獨(dú)立編寫后端.

• LLVM不是一個(gè)簡(jiǎn)單的編譯器迹淌，而是架構(gòu)編譯器唉窃，可以兼容所有前端和后端。
  

  image.png

2苟跪、Clang

Clang是LLVM項(xiàng)目的一個(gè)子項(xiàng)目件已〈浪瘢基于LLVM架構(gòu)的輕量級(jí)編輯器，誕生之初就是為了替代GCC瞻惋，提供更快的編譯速度。 他是負(fù)責(zé)編譯C掏导、C++羽峰、Objecte-C語言的編譯器梅屉，它屬于整個(gè)LLVM架構(gòu)中的編譯器前端
對(duì)于開發(fā)者而言，研究Clang可以給我們帶來很出益處

下面就Clang分析一下OC編譯流程

3虐唠、編譯流程

• 新建一個(gè).m文件

  
  
  image.png

• 進(jìn)入文件Test2
  執(zhí)行命令clang -ccc-print-phases main.m
  

  image.png

此步驟為7步驟
0: 輸入文件：找到源文件
1: 預(yù)處理：宏的展開疆偿，頭文件的導(dǎo)入
2: 編譯：詞法杆故、語法溉愁、語義分析，最終生成IR
3: 匯編： LLVM通過一個(gè)個(gè)的Pass去優(yōu)化罢缸，每個(gè)Pass做一些事投队，最后生成匯編代碼
4: 生成 目標(biāo)文件
5: 鏈接： 鏈接需要的動(dòng)態(tài)庫和靜態(tài)庫敷鸦，生成可執(zhí)行文件
6:架構(gòu)可執(zhí)行文件：通過不同架構(gòu)寝贡，生成對(duì)應(yīng)的可執(zhí)行文件
這里并沒有出現(xiàn)optimizer優(yōu)化器，因?yàn)樗仟?dú)立觸發(fā)碟案，與流程階段無關(guān)

• 預(yù)處理
  在.文件里定義一個(gè)宏：C

  
  
  image.png

使用命令：clang -E main.m >> main2.m,生成main2.m文件
查看main2.m：大部分是stdio庫的代碼价说，定位到main函數(shù)里，發(fā)現(xiàn)
C變成了50了

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得知扮叨，
預(yù)處理：????????????????????????????????????????完成2個(gè)步驟彻磁，

1. 導(dǎo)入頭文件 2.替換宏

還有一個(gè)定義類型的叫做typedef，這里我們把 int替換成wl_INT64,試試是否會(huì)還原

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預(yù)處理結(jié)束:

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發(fā)現(xiàn)tydef并沒有被還原

由此我們可以根據(jù)預(yù)處理結(jié)果屡限，做一些安全管理方面的混淆措施

使用define，將重要方法名稱或者類進(jìn)行替換瞧省。比如用#define BUY XXXDemo
代碼中使用宏BUY鞍匾，被hank時(shí)，實(shí)際代碼是XXXDemo构拳，不易被發(fā)現(xiàn)梁棠。
且#define的真實(shí)內(nèi)容，不應(yīng)該寫成亂碼凫海，會(huì)讓人有此地?zé)o銀三百兩的感覺男娄，最好弄成系統(tǒng)類似名稱或其他不經(jīng)意的名稱模闲。才會(huì)被忽視，安全級(jí)別會(huì)更高 啰脚。

• 編譯
  【1】詞法分析
  使用clang -fmodules -fsyntax-only -Xclang -dump-tokens main.m

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這些將代碼拆分成一個(gè)個(gè)Token橄浓。標(biāo)注了位置是第幾行的第幾個(gè)字符開始的。

【2】語法分析
是驗(yàn)證語法是否正確：

• 在詞法分析的基礎(chǔ)上谍倦，將單詞序列組合成各類語法短語泪勒，如“程序”，“語句”叼旋，“表達(dá)式”等沦辙，然后將所有節(jié)點(diǎn)組成抽象語法樹(Abstract Syntax Tree油讯，AST)。 語法分析程序判斷源程序在結(jié)構(gòu)上是否正確沈跨。
  使用clang -fmodules -fsyntax-only -Xclang -ast-dump main.m

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• 可以看到語法樹饿凛。每一個(gè)操作都生成一個(gè)變量软驰，作用域、數(shù)據(jù)類型纠吴、運(yùn)算方式都在語法樹體現(xiàn)出來贰镣。
• 語法樹一次只能處理一次計(jì)算兩次運(yùn)算碑隆，就得多分一層蹬音。
• 語法分析著淆，就是在生成語法樹時(shí)完成檢測(cè)的
  ?????????????????????????????? 如果頭文件找不到拴疤，可以指定SDK
  clang -isysroot /Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/iPhoneSimulator.platform/Developer/SDKs/iPhoneSimulator12.2.sdk(自己SDK路徑) -fmodules -fsyntax-only -Xclang -ast-dump main.m

• 生成中間代碼IR(Intermediate representation)
  完成以上步驟后独泞，就開始生成中間代碼IR懦砂，代碼生成器（Code Generation）會(huì)將語法樹自頂向下遍歷逐步翻譯成LLVM的IR。通過下面命令生成.ll文本文件罚随，查看IR代碼：
  clang -S -fobjc-arc -emit-llvm main.m
  

  image.png

• 代碼在這一階段進(jìn)行runtime的橋接：property的合成淘菩，ARC處理等

IR的基本語法
@ 全局標(biāo)識(shí)
% 局部標(biāo)識(shí)
alloca 開辟空間
align 內(nèi)存對(duì)齊
i32 32個(gè)bit屠升，4個(gè)字節(jié)
store 寫入內(nèi)存
load 讀取數(shù)據(jù)
call 調(diào)用數(shù)據(jù)
ret 返回

• IR的優(yōu)化
  llvm的優(yōu)化級(jí)別分別是 ???????????????? -O0 -O1 -O2 -O3 -Os(????????????????????O)
  使用命令clang -Os -S -fobjc-arc -emit-llvm main.m -o main.ll

bitCode
Xcode7之后腹暖，開啟bitCode蘋果會(huì)做進(jìn)一步的優(yōu)化，生成.bc的中間代碼趾疚，我們通過優(yōu)化后的IR代碼生成.bc文件
clang -emit-llvm -c main.ll -o main.bc

補(bǔ)：日常開發(fā)中以蕴，我們引入第三方庫，有時(shí)會(huì)提示不支持bitcode赡磅，可以通過一焚廊、將源碼編譯一下习劫，二、工程設(shè)置不支持.bitcode即可

• 生成匯編代碼
  我們通過最終生成的.bc或者.ll代生成匯編代碼
  clang -S -fobjc-arc main.bc -o main.s
clang -S -fobjc-arc main.ll -o main.s
  

  image.png
  
  匯編代碼也可以進(jìn)行優(yōu)化clang -Os -S -fobjc-arc main.m -o main.s

• 生成目標(biāo)文件（匯編器）
  目標(biāo)文件的生成，是匯編器以匯編代碼作為輸入，將匯編代碼轉(zhuǎn)換為機(jī)器代碼卧檐，最后輸出目標(biāo)文件（object file）
  clang -fmodules -c main.s -o main.o
  

  image.png
  
  通過nm命令霉囚，查看下main.o中的符號(hào):nm -nm main.o
  
  image.png

_printf 是一個(gè)是undefined external的
undefined表示在當(dāng)前文件暫時(shí)找不到符號(hào)_printf
external表示這個(gè)符號(hào)是外部可以訪問的佛嬉。
以上打印結(jié)果表示是因?yàn)閜rintf闸天、PoolPop、PoolPush函數(shù)是來自于其他庫湾揽，所以找不到笼吟，需要鏈接其他目標(biāo)文件

• 生成可執(zhí)行文件（鏈接)??????????????????????
  連接器把編譯產(chǎn)生的.o文件和（.dylib.a）文件贷帮，生成一個(gè)mach-o文件
  clang main.o -o main
  查看鏈接后的符號(hào)
  nm -nm main

四、重新編輯Clang插件
由于國(guó)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)限制民晒，我們需要借助鏡像下載LLVM源碼
https://mirror.tuna.tsinghua.edu.cn/help/llvm/

• 在llvm的tools目錄下下載Clang

cd llvm/tools
git clone https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/git/llvm/clang.git

• 在LLVM的projects目錄下下載compiler-rt??libcxx锄禽、??libcxxabi
• 在clang的tools下安裝extra工具
• llvm編譯沃但，最新的只支持cmake來編譯，所以需要安裝cmake
• 通過brew安裝cmake
  brew install cmake

通過Xcode編譯llvm

• cmake編譯成Xcode項(xiàng)目

一頓猛如虎的操作后垂攘，電腦沒燒壞的情況下淤刃，就編譯成功了，然后創(chuàng)建插件仪芒，請(qǐng)聽下回分解～??