LLVM 苹果出品的编译器

编译器组成

前端、优化器、后端三个部分

编译器前端：解析源代码

词法分析、语法分析，语义分析（比如a=b-c会被解析成几个操作。这就是词法分析类似的工作）
检测代码错误
构建抽象语法树（AST Abstract Syntax Tree）
生成中间代码 (IR)

编译器优化器

改善代码优化时间，降低冗余计算（理解为算法优化，合并计算等）

编译器后端代码生成器

生成机器语言，并优化

iOS编译器LLVM

特点：前端可定制，后端也可定制。通过抽象出IR文件。可满足不同语言
前端输入IR文件，后端输入IR文件。优化器公用

llvm 前端（clang）
LLVM 优化器
LLVM后端

clang 开发者的主要开发

clang输出不同编译阶段

clang -ccc-print-phases main.m

得到结果如下：
0: input, "main.m", objective-c 输入文件，找到源文件
1: preprocessor, {0}, objective-c-cpp-output 预处理阶段：这个过程包括宏的替换，头文件导入
2: compiler, {1}, ir 编译阶段：进行词法分析、语法分析、语法检测，最终生成IR
3: backend, {2}, assembler 后端： LLVM会通过一个一个的Pass优化，每个Pass做一些事情，最终生成汇编
4: assembler, {3}, object 生成目标文件 .o文件
5: linker, {4}, image 链接：链接需要的静态库和动态库。生成可执行文件
6: bind-arch, "x86_64", {5}, image 通过不同架构，生成不同的可执行文件

镜像文件：可执行文件硬盘拷贝到内存中的文件，即镜像文件

预处理（preprocessor）

作用导入头文件展开宏

clang -E main.m  // 预处理命令

clang -E main.m >>main2.m // 预处理+重定向命令

查看main2.m：

编译阶段（compiler）

词法分析

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

将代码，拆成一个一个的 Token ，（包括代码字符串，以及文件信息，行数信息）

语法分析

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

/*依赖指定SDK*/
clang -isysroot /Applications/Xcode.cpp/Content/…/SDKs/iPhoneSimulator12.2.sdk -fmodules -fsyntax-only -Xclang -ast-dump main.m

1.组合token 生成抽象语法树

抽象语法树节点
ImportDecl
TypedefDecl
FuntionDecl 方法节点 (函数范围）
ParmVarDecl 参数节点
CompoundStmt
ObjcAutoreleasePoolStmt
CallExpr 函数调用
BinaryOperator 运算符

Clang节点相关信息参考本文

2.检查报错

生成中间代码IR

clang -S -fobjc-arc -emit-llvm main.m // 生成main.ll

//编译优化后的命令，优化后，例如。一些简单的计算，会直接成为结果
clang -Os -S -fobjc-arc -emit-llvm main.m -o main.ll
/*优化级别 O0 O1 O2 O3 Os*/

IR文件语法

@ 全局标识
% 局部标识
alloca 开辟空间
align 内存对齐
i32  32个bit 4字节
store 写入内存
load 读取数据
call 调用函数
ret 返回

iOS编译优化级别
-O0 代码没有优化，编译时间最快
-O1 适度优化，没有显著的降低编译时间
-O2 全面优化，生成高度优化的代码，编译时间最慢
-O3 和-O2一样的全面优化。同时在一个unit里使用更积极的自动内连子程序且尝试进行循环
-Os 优化程序的空间使用，包括代码和数据

BitCode优化

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

生成汇编代码（backend, assembler）

.bc 或者.ll代码生成汇编代码命令

clang -S -fobjc-arc main.bc -o main.s
clang -S -fobjc-arc main.ll -o main.s

/*汇编代码也可以优化*/
clang -Os -S -fobjc-arc main.ll -o main.s
/*优化级别 O0 O1 O2 O3 Os*/

生成目标文件（assembler, object）

目标文件：将汇编代码转换为机器码，输出目标文件（objct file 也称.o文件）

clang -fmodules -c main.s -o main.o

通过nm 命令，查看main.o中的符号

xcrun nm -nm main.o

.o 文件中常用符号信息

(undefined) external _printf // 外部符号（动态库，初始地址0x0 ，在二次链接时，确定函数地址 通常在 (__DATA,__la_symbol_ptr)）
(_TEXT,_text) external _main // 内部符号 （存储位置 Mach-O文件Text段指定地址）

undefined 标识当前文件暂时找不到的符号（通常就是动态库）
external 标识外部可以访问的

生成可执行文件（linker）

将编译产生的.o文件和（.dylib .a）文件。集合动态库和静态库

clang main.o -o main

查看链接后的符号

xcrun nm -nm main

LLVM 学习笔记（待完善）