LLVM（Low Level Virtual Machine）是一个用于构建编译器的开源框架和工具链。它不仅提供了一个高度优化的中间表示（IR），还支持广泛的优化技术和后端代码生成。...本文将详细介绍LLVM的核心概念、架构和应用场景。 一、LLVM的背景与历史 LLVM最初由克里斯·拉特纳（Chris Lattner）在2000年作为他的博士研究项目启动。...LLVM支持多种语言的前端，例如Clang（用于C/C++）、Swift、Rust等。 中间表示（IR）：LLVM的IR是一种强类型、低级别的指令集，设计用于优化和代码生成。...它具有以下特点： 三地址码形式：IR采用一种类似于汇编语言的三地址码形式，每条指令最多有一个操作数和两个操作数。...通过LLVM，开发者可以更容易地构建高性能、跨平台的编译器和工具链，推动编程语言和编译技术的发展。
LLVM IR 指令集 LLVM IR 是 LLVM 编译器框架中的一种中间语言，它提供了一个抽象层次，使得编译器能够在多个阶段进行优化和代码生成。...结果（Result）：操作的输出结果存储的位置。...LLVM IR 中三地址码 LLVM IR 是 LLVM 编译器框架使用的一种中间表示，采用了类似三地址码的设计理念。...LLVM IR 设计原则 LLVM IR 是一种通用的、低级的虚拟指令集，用于编译器和工具链开发。...中间表示层次 LLVM IR 是编译过程中的中间表示，位于源代码和机器码之间。这种层次化设计使得不同语言和目标架构可以共享通用的优化和代码生成技术。
正是由于对这些问题的意识，人们开始期待新一代编译器的出现。在本文，我们将深入研究 LLVM 的架构设计和原理，以探索其与 GCC 不同之处。...LLVM 项目已经迅速发展成为一个庞大的编译器工具集合。LLVM 激发了许多人为多种编程语言开发新的编译器，其中最引人注目的之一是 Clang。...LLVM 中间表达LLVM 提供了一套适用于编译器系统的中间语言（Intermediate Representation，IR），并围绕这个中间语言进行了大量的变换和优化。...经过这些变换和优化，IR 可以被转换为目标平台相关的汇编语言代码。与传统 GCC 的前端直接对应于后端不同，LLVM 的 IR 是统一的，可以适用于多种平台，进行优化和代码生成。...最终，LLVM 后端输出目标平台的可执行文件。LLVM 的整体架构清晰地分为前端、优化器和后端三个部分。用户与 Clang 前端直接交互，输入高级语言代码，而 Clang 将其转换为中间表示。
前言 本系列文章会展示一些系列源码到 LLVM IR 语言的转换。目标是让我们更好的理解编译器是怎么运作的。 基本类型转换是如何发生的？...） 根据 AST 产出 LLVM IR（编译中间语言） 编译后端 根据目标机器特性，产出汇编码（可读性高于机器码） 汇编 将汇编码转化为机器码 链接 将多个对象文件组装为单个可执行文件 LLVM IR...LLVM 除了是一个开源的编译器外，还代表一种基于静态单赋值（SSA）的语言，可以提供类型安全、低级操作、灵活性和代表所有“高级语言”的能力。...基本类型转换实现 首先，我们先通过 clang -S -emit-llvm main.c 命令将文章开头的代码转为 LLVM IR 语言： // clang -S -emit-llvm main.c int...i32 代表32位整型，与 C 语言类似，它的返回类型在函数名之前。 @main代表函数名。 LLVM 标识符有两种基本类型：全局和本地。全局标识符（函数、全局变量）以 @ 字符开头。
编译器（compiler）就是一个翻译其他程序的程序而已。传统的编译器将源代码翻译为计算机能够理解的可执行机器代码（有一些编译器将源代码翻译为另一种编程语言。...这些编译器叫做从源码到源码的翻译器，source-to-source translators or transpilers）。LLVM 是一个广泛使用的编译器项目，它包含了许多模块化的编译器工具。...clang 是 LLVM 中 C 系语言的前端。 优化器（optimizer）会对 IR 进行分析，并将其翻译成一个更高效的形式。opt 是 LLVM 的优化器工具。...后端（backend）通过将 IR 映射为目标硬件的指令集生成机器码。llc 是 LLVM 的后端工具。 LLVM IR 是一个类似汇编语言的低级语言。但是，它将针对特定硬件的信息抽象了出去。...优化器的输入为 IR，输出为优化后的 IR。LLVM 的优化器工具，opt，将会使用 -O2 （大写字母 o，2）标志优化处理器速度，-Os （大写字母 o，s）优化生成目标的大小。
了解 LLVM IR 的重要性是为了能够更好地理解编译器的运作原理，以及在编译过程中 IR 是如何被使用的。...LLVM IR 概述编译器常见的作用是将源高级语言的代码编译到某种中间表示（Intermediate Representation，一般称为 IR），然后再将 IR 翻译为目标体系结构（具体硬件比如 MIPS...LLVM IR 提供了一种抽象层，使程序员可以更灵活地控制程序的编译和优化过程，同时保留了与硬件无关的特性。...LLVM IR 示例与语法示例程序我们编写一个简单的 C 语言程序，并将其编译为 LLVM IR。...ll 文件作为 LLVM IR 的一种中间语言，可以通过 LLVM 编译器将其转换为机器码，从而实现计算机程序的执行。
编译器与解释器编译器（Compiler）和解释器（Interpreter）是两种不同的工具，都可以将编程语言和脚本语言转换为机器语言。...下面来打开看看编译器的几个重要的特点：编译器读取源程序代码，输出可执行机器码，即把开发者编写的代码转换成 CPU 等硬件能理解的格式将输入源程序转换为机器语言或低级语言，并在执行前并报告程序中出现的错误编译的过程比较复杂...例如：LLVM 把前端和后端给拆分出来，在中间层明确定义一种抽象的语言，这个语言就叫做 IR。...有些 IR 还会为其专门起一个名字，比如：Open64 的 IR 通常叫做 WHIRL IR，方舟编译器的 IR 叫做 MAPLE IR，LLVM 则通常就称为 LLVM IR。...多层 IR 和单层 IR 比较起来，具有较为明显的优点：可以提供更多的源程序语言的信息IR 表达上更加地灵活，更加方便优化使得优化算法和优化 Pass 执行更加高效如在 LLVM 编译器里，会根据抽象层次从高到低
并且LLVM可以编译 Kotlin，Ruby，Python，Haskell，Java，D，PHP，Pure，Lua 和许多其他语言。 LLVM IR 通过LLVM编译后的产物是LLVM IR。...LLVM IR是一个区别于源码和机器码的一种中间代码。这里就是LLVM的强大之处，不管编译什么哪种语言，输出的都是LLVM IR。...这里就要说一句：LLVM编译器是区分前后端的，而传统的编译器（GCC）是不区分前后端的。这样导致的后果就是传统编译器如果要支持其他的一种语言或硬件平台的话要做大量工作。 ? ?...LLVM如果要支持一种新的语言，那么只需要实现一个新的编译器前端即可，后端可以不变，因为前端的产物都是LLVM IR编译器后端都能识别。...如果要改变硬件平台的话，就只要实现一个新的编译器后端即可，通过把前端输出的LLVM IR再次编译成对应硬件平台的代码。从这就可以看出前后端分离，以及LLVM IR的作用了。
代码生成LLVM 的后端是与特定硬件平台紧密相关的部分，它负责将经过优化的 LLVM IR 转换成目标代码，这个过程也被称为代码生成（Codegen）。...在代码生成过程中，LLVM 后端会根据目标硬件平台的特性和要求，将 LLVM IR 转换为适合该平台的机器码或汇编语言。...代码输出Code Emission（代码生成）是 LLVM 后端的重要阶段，其目标是将中间表示（Intermediate Representation, IR）转化为高效的目标机器代码。...代码输出的实现在 LLVM 中，Code Emission 由以下组件共同完成：指令选择器（Instruction Selector） 指令选择器负责从 LLVM IR 中选择合适的目标机器指令。...LLVM 编译器全流程最后，我们再来复习一遍 LLVM 编译器的全部优化流程编译器工作流程为在高级语言 C/C++ 编译过程中，源代码经历了多个重要阶段，从词法分析到生成目标代码。
我们自研DSL引擎，实际上是开发了一种自定义的编程语言，使用这种编程语言来编写特征计算逻辑。要实现一种编程语言，当然要实现这种语言的编译器和执行器，下面将介绍DSL引擎的实现和存在的问题。...注意Clang前端并不是Clang二进制程序, 而是Clang编译器提供的前端库，LLVM IR经过LLVM优化器，根据优化级别生成优化后的LLVM IR存储在内存中, 常见的优化有常量传播，常量折叠，...优化后的LLVM IR被 LLVM ORC JIT执行，输出结果。JIT的执行使用了LLVM后端代码生成技术，输入LLVM IR 输出二进制指令到内存，然后调用指定的函数符号执行。...构造输出IR，继续递归访问AST子节点 调用栈4： 为if语句的条件表达‘n 输出IR，继续访问AST子节点 调用栈3-2：构造二元运算符‘IR 调用栈1: 输出二元运算符‘<=...’ 的操作数字面量1 使用Clang的-emit-llvm选项，可以查看输出的LLVM IR clang -S -emit-llvm factorial.cpp 后文将详细介绍CodeGen输出的LLVM
语言处理系统 一个完整的语言处理系统中，从源程序到可执行的机器代码，如下图所示，历经几个重要模块。而我们上文提到的 IR 文件，是编译器模块中的产物，插桩处理也是在这个模块中进行。...LLVM 和传统编译器最大的不同点在于，前端输入的任何语言，在经过编译器前端处理后，生成的中间码都是 IR 格式的。接下来看下 LLVM 架构下的巨大优势，iOS&MacOS 平台的编译器。...其中 Swift 除了在编译器前端和 Objective-C 稍有不同，其他模块都是相同的。 如下图所示，能看出 LLVM 的优势，对于一门新的编程语言，只需要提供对应的编译前端，生成 IR。...Clang 的主要功能是输出代码对应的抽象语法树（AST），针对用户发生的编译错误准确地给出建议，并将代码编译成 LLVM IR。...LLVM IR LLVM Intermediate Representation。LLVM 的中间代码，是编译器前端的输出，和编译器后端的输入。是连接编译器前端与 LLVM 后端的一个桥梁。
而 LLVM 被设计为支持多种源语言或目标架构，它提供了一套适合编译器系统的中间语言，如果编译器在其优化器中使用这个中间语言表示，则可以为任何可以编译到它的语言编写前端，并且可以为任何可以从它编译的目标编写后端...LLVM IR LLVM提供了一套适合编译器系统的中间语言（Intermediate Representation，IR），有大量变换和优化都围绕其实现，经过变换和优化后的中间语言，可以转换为目标平台相关的汇编语言代码...该中间语言与具体的语言、指令集、类型系统无关，其中每条指令都是静态单赋值形式（SSA）， 即每个变量只能被赋值一次。这有助于简化变量之间的依赖分析。...LLVM IR 支持标签，通常看起来像一种奇怪的汇编语言形式。...ret 与机器代码的另一个显着区别是 LLVM IR 不使用一组固定的命名寄存器，它使用一组无限的以 % 字符命名的临时寄存器。
这一节，我们将在上一节得到的混合型MLIR表达式完全Lowering到LLVM Dialect上，然后生成LLVM IR，并且我们可以使用MLIR的JIT编译引擎来运行最终的MLIR表达式并输出计算结果...可以使用下面的命令来输出最终的计算结果： cd llvm-project/build/bin ./toyc-ch6 ../.....另外，mlir/examples/toy/Ch6/toyc.cpp中还提供了一个dumpLLVMIR函数，可以将MLIR表达式翻译成LLVM IR表达式。然后再经过LLVM IR的优化处理。...总结 这篇文章介绍了如何将部分Lowering之后的MLIR表达式进一步完全Lowering到LLVM Dialect上，然后通过JIT编译引擎来执行代码并获得推理结果，另外还可以输出LLVM Dialect...生成的LLVM IR。
1、编译以及LLVM简介 编译器的作用便是把我们的高级编程语言(Objective-C)通过一系列的操作转化成可被计算机执行的机器语言(MachineCode)。...LLVM的中间代码LLVM IR 的三种格式： 内存中的编译中间语言 硬盘上存储的可读中间格式（以 .ll 结尾） 硬盘上存储的二进制中间语言（以 .bc 结尾） 这三种中间格式是完全等价的。...Clang 的主要功能是输出代码对应的抽象语法树（ AST ），针对用户发生的编译错误准确地给出建议，并将代码编译成 LLVM IR。...4.2版本； Xcode5：GCC被废弃，新的编译器是LLVM 5.0，从GCC过渡到Clang-LLVM的时代正式完成，Objective-C与swift都采用Clang作为编译器前端 4、Clang-LLVM...中间代码生成(Code Generation)：生成中间代码 IR，CodeGen 会负责将语法树自顶向下遍历逐步翻译成 LLVM IR，IR 是编译过程的前端的输出，后端的输入。
研究编译器之前，先了解下解释型语言和编译型语言的区别。 解释型语言：程序不需要编译，程序在运行时才翻译成机器语言，每执行一次都要翻译一次。效率比较低，依赖解释器，跨平台性好。...一: LLVM 1.1 LLVM概述 LLVM是架构编译器（compiler）的框架系统，以C++编写而成，用于优化以任意程序语言编写的程序的编译时间（compile-time）、链接时间（link-time...1.3: LLVM的设计 当编译器决定支持多种源语言或多种硬件架构时，LLVM最重要的地方就来了。 LLVM设计的最重要方面是，使用通用的代码表示形式（IR），它是用来在编译器中表示代码的形式。...它是基于LLVM架构的轻量级编译器，诞生之初是为了替代GCC，提供更快的编译速度。它是负责编译Objective-C/C/C++语言的编译器，它属于整个LLVM架构中的编译器前端。...2.2.2: 各阶段生成的文件类型 2.2.3: 编译流程图 总结与预告 解释型语言 & 编译型语言 LLVM编译器（重点）： 前端：读取代码，词法分析，语法分析，生成AST。
主要内容: 理解C、C++以及OC的关系 编译型语言与解释型语言 编译器LLVM与CLang 理解iOS编译流程 预处理 编译 汇编 链接 一、理解C、C++以及OC的关系 1.C语言 C语言是一门面向过程的计算机编程语言...，运行后也可以随时增加和更新代码来改变程序逻辑； 代表语言：Javascript、Python等； 编译原理-语言的分类 三、编译器LLVM与CLang 1.编译器 概念：把一种编程语言(原始语言)转换为另一种编程语言...，使得前后端可以独立的变化，互不影响； 这样的好处在于：新增一门语言只需要修改前端，而新增一种CPU架构只需要修改后端即可； 2.LLVM与Clang LLVM是苹果当前使用的编译器： LLVM是一套编译器基础设施项目...3倍： 3.理解iOS中的编译器 在iOS开发中，通常LLVM被认为是编译器的后端，而Clang是作为编译器的前端； 二者以 IR（中间代码）作为媒介，这样前后端分离，使得前后端可以独立的变化，互不影响...可执行文件; IR是前端的输出，后端的输入； 七、汇编(Assembly) 输出中间代码标志着前端工作的完成，接下来将进入后端的处理流程。
如果所示，不同的前端后端使用统一的中间代码 LLVM Intermediate Representation (LLVM IR)，如果需要支持一种新的编程语言，那么只需要实现一个新的前端，如果需要支持一种新的硬件设备...，那么只需要实现一个新的后端，优化阶段是一个通用的阶段，它针对的是统一的 LLVM IR，不论是支持新的编程语言，还是支持新的硬件设备，都不需要对优化阶段做修改。...SwiftC SwiftC 是 Swift 语言的编译器前端。...LLVM，减少源码与 LLVM 之间的抽象鸿沟(Bridges the abstraction gap between source and LLVM) IR LLVM IR 有三种表示形式。...// 生成LLVM中间体语言 （.ll文件） swiftc LLVMSwift.swift -emit-ir // 生成LLVM中间体语言 （.bc文件） swiftc LLVMSwift.swift
传统编译器： 熟悉C语言编译流程的应该了解，编译器其实就是一堆工具链的组合，输入是高级编程语言，输出是目标硬件的机器码。一般编译器的流程可以分为三个部分：解析高级语言，编译优化，生成目标代码。...LLVM（low level virtual machine）是一个开源的编译器基础设施项目，通过模块分为前端，中端（优化）和后端三部分。LLVM提出了LLVM的中间表示LLVM IR。...每当出现新的编程语言，只需要开发相应的前端，将编程语言转换成LLVM的中间表示；类似地，出现新的硬件架构，只需要开发相应的后端，对接上LLVM的中间表示。...编译器的输入/输出： 传统编译器的输入是高级编程语言，输出是目标硬件的机器码。神经网络编译器的输入是深度学习训练框架训练出来的模型定义文件，输出是能够在不同硬件高效执行的代码。...编译器的IR： 传统编译器的IR是前端对接不同的编程语言，后端对接不同硬件，属于low level IR。
（一些编译器将源代码转换为另一种编程语言，这些编译器被称为源到源转换器或转译器）。LLVM 是一个广泛使用的编译器项目，包括多个模块化的编译器工具。 传统的编译器设计包括三个部分： ?...前端将源代码转换成一种中间表示（IR）。clang (http://clang.llvm.org/) 是 LLVM 项目中 C 类语言的前端工具。 优化器解析 IR 并将其转换成一种更高效的形式。...opt是 LLVM 项目的优化器工具。 后端通过将 IR 映射到目标硬件指令集上来生成机器代码。llc 是 LLVM 项目的后端工具。 LLVM IR 是一种类似汇编的低级语言。...解析器判定由词法分析器生成的一串词是否包含源语言中的有效语句。在分析完词的语法以后，解析器输出了一个抽象语法树（AST）。Clang AST 中的节点分别表示声明与类型。...优化器的输入为 IR，输出为优化后的 IR。LLVM 的优化器工具 opt 将使用 -O2（大写字母 o，数字 2）标记优化处理器速度，使用-Os（大写字母 o，s）标记优化生成目标的大小。
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