深入浅出让你理解什么是LLVM

原文

什么是LLVM

LLVM项目是模块化、可重用的编译器以及工具链技术的集合。

美国计算机协会 (ACM) 将其2012 年软件系统奖项颁给了LLVM，之前曾经获得此奖项的软件和技术包括:Java、Apache、 Mosaic、the World Wide Web、Smalltalk、UNIX、Eclipse等等

创始人:Chris Lattner，亦是Swift之父

趣闻：Chris Latter本来只是想写一个底层的虚拟机，这也是LLVM名字的由来，low level virtual machine，跟Java的JVM虚拟机一样，可是后来，llvm从来没有被用作过虚拟机，哪怕LLVM的名气已经传开了。所以人们决定仍然叫他LLVM，更多的时候只是当作“商标”一样的感觉在使用，其实它跟虚拟机没有半毛钱关系。官方描述如下

The name “LLVM” itself is not an acronym; it is the full name of the project. “LLVM”这个名称本身不是首字母缩略词; 它是项目的全名。

传统的编译器架构

• Frontend:前端

• 词法分析、语法分析、语义分析、生成中间代码

• Optimizer:优化器

• 中间代码优化

• Backend:后端

生成机器码

• 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

• 相比之下，GCC的前端和后端没分得太开，前端后端耦合在了一起。所以GCC为了支持一门新的语言，或者为了支持一个新的目标平台，就 变得特别困难

• LLVM现在被作为实现各种静态和运行时编译语言的通用基础结构(GCC家族、Java、.NET、Python、Ruby、Scheme、Haskell、D等)

什么是Clang

LLVM项目的一个子项目，基于LLVM架构的C/C++/Objective-C编译器前端。

相比于GCC，Clang具有如下优点

• 编译速度快:在某些平台上，Clang的编译速度显著的快过GCC(Debug模式下编译OC速度比GGC快3倍)

• 占用内存小:Clang生成的AST所占用的内存是GCC的五分之一左右

• 模块化设计:Clang采用基于库的模块化设计，易于 IDE 集成及其他用途的重用

• 诊断信息可读性强:在编译过程中，Clang 创建并保留了大量详细的元数据 (metadata)，有利于调试和错误报告

• 设计清晰简单，容易理解，易于扩展增强

LLVM整体架构，前端用的是clang，广义的LLVM是指整个LLVM架构，一般狭义的LLVM指的是LLVM后端（包含代码优化和目标代码生成）。

源代码（c/c++）经过clang–> 中间代码(经过一系列的优化，优化用的是Pass) --> 机器码