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LLVM 是什么
LLVM 是 low level virtual machine（底層虛擬機）的簡稱，它是一個開源的編譯器架構，已經被成功應用到多個應用領域。LLVM 的主要作用是它可以作為多種語言的后端，它可以提供可編程語言無關的優化和針對很多種CPU的代碼生成功能。LLVM 核心庫提供了與編譯器相關的支持，可以作為多種語言編譯器的后臺來使用。能夠進行程序語言的編譯期優化、鏈接優化、在線編譯優化、代碼生成。LLVM的項目是一個模塊化和可重復使用的編譯器和工具技術的集合。LLVM是伊利諾伊大學的一個研究項目，提供一個現代化的，基于SSA的編譯策略能夠同時支持靜態和動態的任意編程語言的編譯目標。自那時以來，已經成長為LLVM的主干項目，由不同的子項目組成，其中許多正在生產中使用的各種 商業和開源的項目，以及被廣泛用于學術研究。

LLVM 常用命令工具
llvm-as 將可讀的 .ll 文件匯編成字節代碼
llvm-dis 將字節代碼文件反編成可讀的 .ll 文件
opt 在一個字節代碼文件上運行一系列的 LLVM 到 LLVM 的優化
llc 為一個字節代碼文件生成本機器代碼
lli 直接運行使用 JIT 編譯器或者解釋器編譯成字節代碼的程序
llvm-link 將幾個字節代碼文件連接成一個
llvm-ar 打包字節代碼文件
llvm-ranlib 為 llvm-ar 打包的文件創建索引
llvm-nm 在 字節代碼文件中打印名字和符號類型
llvm-prof 將 'llvmprof.out' raw 數據格式化成人類可讀的報告
llvm-ld 帶有可裝載的運行時優化支持的通用目標連接器
llvm-config 打印出配置時 LLVM 編譯選項、庫、等等
llvmc 一個通用的可定制的編譯器驅動
llvm-diff 比較兩個模塊的結構
bugpoint 自動案例測試減速器
llvm-extract 從 LLVM 字節代碼文件中解壓出一個函數
llvm-bcanalyzer 字節代碼分析器 （分析二進制編碼本身，而不是它代表的程序）
FileCheck 靈活的文件驗證器，廣泛的被測試工具利用
tblgen 目標描述閱讀器和生成器
lit??? LLVM 集成測試器，用于運行測試

LLVM IR
根據編譯原理可知，編譯器不是直接將源語言翻譯為目標語言，而是翻譯為一種“中間語言”，即“IR”。之后再由中間語言，利用后端程序和設備翻譯為目標平臺的匯編語言。由于中間語言相當于一款編譯器前端和后端的“橋梁”，不同編譯器的中間語言IR是不一樣的，而IR可以說是集中體現了這款編譯器的特征。

LLVM IR主要有三種格式：一種是在內存中的編譯中間語言；一種是硬盤上存儲的二進制中間語言（以.bc結尾），最后一種是可讀的中間格式（以.ll結尾）。這三種中間格式是完全相等的。

LLVM IR是LLVM優化和進行代碼生成的關鍵。根據可讀的IR，我們可以知道再最終生成目標代碼之前，我們已經生成了什么樣的代碼。而且根據IR，我們可以選擇使用不同的后端而生成不同的可執行代碼。同時，因為使用了統一的IR，所以我們可以重用LLVM的優化功能，即使我們使用的是自己設計的編程語言。

結構化編譯器前端 Clang 介紹
Clang ( 發音為 /kl??/) 是 LLVM 的一個編譯器前端，它目前支持 C, C++, Objective-C 以及 Objective-C++ 等編程語言。Clang 對源程序進行詞法分析和語義分析，并將分析結果轉換為 Abstract Syntax Tree ( 抽象語法樹 ) ，最后使用 LLVM 作為后端代碼的生成器。

Clang 的開發目標是提供一個可以替代 GCC 的前端編譯器。與 GCC 相比，Clang 是一個重新設計的編譯器前端，具有一系列優點，例如模塊化，代碼簡單易懂，占用內存小以及容易擴展和重用等。由于 Clang 在設計上的優異性，使得 Clang 非常適合用于設計源代碼級別的分析和轉化工具。Clang 也已經被應用到一些重要的開發領域，如 Static Analysis 是一個基于 Clang 的靜態代碼分析工具。

由于 GNU 編譯器套裝 (GCC) 系統龐大，而且 Apple 大量使用的 Objective-C 在 GCC 中優先級較低，同時 GCC 作為一個純粹的編譯系統，與 IDE 配合并不優秀，Apple 決定從零開始寫 C family 的前端，也就是基于 LLVM 的 Clang 了。Clang 由 Apple 公司開發，源代碼授權使用 BSD 的開源授權。

Clang 的特性：
相比于 GCC，Clang 具有如下優點：
1. 編譯速度快：在某些平臺上，Clang 的編譯速度顯著的快過 GCC。
2. 占用內存小：Clang 生成的 AST 所占用的內存是 GCC 的五分之一左右。
3. 模塊化設計：Clang 采用基于庫的模塊化設計，易于 IDE 集成及其他用途的重用。
4. 診斷信息可讀性強：在編譯過程中，Clang 創建并保留了大量詳細的元數據 (metadata)，有利于調試和錯誤報告。
5. 設計清晰簡單，容易理解，易于擴展增強。與代碼基礎古老的 GCC 相比，學習曲線平緩。

當前 Clang 還處在不斷完善過程中，相比于 GCC, Clang 在以下方面還需要加強：
1. 支持更多語言：GCC 除了支持 C/C++/Objective-C, 還支持 Fortran/Pascal/Java/Ada/Go 和其他語言。Clang 目前支持的語言有 C/C++/Objective-C/Objective-C++。
2. 加強對 C++ 的支持：Clang 對 C++ 的支持依然落后于 GCC，Clang 還需要加強對 C++ 提供全方位支持。
3. 支持更多平臺：GCC 流行的時間比較長，已經被廣泛使用，對各種平臺的支持也很完備。Clang 目前支持的平臺有 Linux/Windows/Mac OS。

本段內容參考：http://www.ibm.com/developerworks/cn/opensource/os-cn-clang/

Clang 編譯選項
clang??? [-c|-S|-E] -std=standard -g
???????? [-O0|-O1|-O2|-O3|-Ofast|-Os|-Oz|-O|-O4]
???????? -Wwarnings... -pedantic
???????? -Idir... -Ldir...
???????? -Dmacro[=defn]
???????? -ffeature-option...
???????? -mmachine-option...
???????? -o output-file
???????? -stdlib=library
???????? input-filenames

大部分選項與 gcc 類似：

-c 只是編譯不鏈接，生成目標文件“.o”

-S 只是編譯不匯編，生成匯編代碼

-E 只進行預編譯，不做其他處理

-g 在可執行程序中包含標準調試信息

-o file 把輸出文件輸出到file里
-I dir 在頭文件的搜索路徑列表中添加dir目錄

-L dir 在庫文件的搜索路徑列表中添加dir目錄

中間碼的創建與轉化
編譯生成二進制的 .bc 文件(bitcode file): clang -emit-llvm -c xx.c -o xx.bc

編譯生成 LLVM 的匯編代碼 .ll 文件（ LLVM assembly code）: clang -emit-llvm -S xx.c -o xx.ll

.bc 和 .ll 文件都可以直接用 lli 來執行。

將 .ll 文件轉化為 .bc 文件: llvm-as test.ll

將 .bc 文件轉化為 .ll 文件: llvm-dis test.bc

將 .bc 或 .ll 文件轉化為本機平臺的匯編代碼： llc test.bc llc test.ll llc test.bc -o test.s

即時編譯器 JIT 簡介
LLVM 中間碼的執行需要用到 Jit。那么，JIT到底是個什么東西呢。其實，JIT 是一個即時編譯器，即 Just-in-time Compiler。對于 JIT 的了解我也知之勝少，它的作用大概就是對中間碼進行編譯作業，像 JAVA 這種跨平臺的語言也是通過 JIT 實現的。在執行 LLVM 的 lli 工具時，會去調用 JIT 將中間碼編譯成本機架構的機器碼再執行。

至于 jit 與 mcjit 的區別，大概是 jit 是 LLVM 舊版本的支持，而 mcjit 是對 jit 新的支持。mc是機器碼的意思，即 Machine Code。在 Wikipedia 看到說，以前的 LLVM 會依賴與本機系統的匯編器或者提供一套工具鏈，然后再翻譯成機器碼。而通過整合過的 LLVM MC 能夠支持大多數的機器架構，包括 x86, x86-64, ARM, ARM64 以及 大部分的 MIPS 架構等。

轉載于:https://my.oschina.net/kuanghy/blog/495084

總結

以上是生活随笔為你收集整理的架构编译器框架系统 LLVM 使用简介的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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