Playing with LLVM[編輯]

1. 暫存器變數（%var）、棧變數（alloca，%1 ...）、
2. .c-->.bc：$ clang -emit-llvm -c main.c
3. .bc-->.s：$ llc output.bc –o output.s
4. .ll-->.bc：$ llvm-as add.ll –o add.bc
5. opt

   -analyze選項：basicaa、da、instcount、loops、scalar evolution

Building LLVM IR[編輯]

static LLVMContext &Context = getGlobalContext();
static Module *ModuleOb = new Module("my compiler", Context);

FunctionType *funcType = llvm::FunctionType::get(Builder.getInt32Ty(), false); //注意這裡type被簡寫為Ty了
Function *fooFunc = llvm::Function::Create(funcType, llvm::Function::ExternalLinkage, Name, ModuleOb);

這裡的‘外部連結’實際上是指匯出符號；

BasicBlock* bb = BasicBlock::Create(Context, Name, fooFunc);

全域性變數：

ModuleOb->getOrInsertGlobal(Name, Builder.getInt32Ty());
GlobalVariable *gVar = ModuleOb->getNamedGlobal(Name); ...
//得到：
@x = common global i32, align 4

插入返回值語句：

Builder.SetInsertPoint(entry); //注意，SetInsertPoint API顯然是有狀態的；
Builder.CreateRet(Builder.getInt32(0));

設定函式引數：略

分支語句：需要phi merge節點

PHINode *Phi = Builder.CreatePHI(Type::getInt32Ty(getGlobalContext()), PhiBBSize, "iftmp");
Phi->addIncoming(ThenVal, ThenBB);
Phi->addIncoming(ElseVal, ElseBB); //注意這裡由於SSA，bb本身就是value；

迴圈：略

...
Builder.CreateCondBr(EndCond, LoopBB, AfterBB);
...

高階IR[編輯]

1. getelementptr：offset支援負值嗎？
2. load
3. store
4. insertelement（其實不就是給陣列元素賦值嗎？）
5. extractelement

    %0 = extractelement <4 x i32> %a, i32 0 //注意這裡陣列型別的寫法，型別寫在變數的前面

基本IR變換[編輯]

1. runOn{Passtype}: Module、Function、BasicBlock、Loop
2. getAnalysisUsage：指定pass之間的依賴關係
   1. AU.addRequired<AliasAnalysis>(); //注意這裡使用了成員函式模板
   2. addRequiredTransitive
   3. addPreserved
3. 指令簡化
   1. if (match(Op0, m_Not(m_Specific(Op1))) || match(Op1, m_Not(m_Specific(Op0)))) //注意這裡的匹配模板寫法
   2. instcombine：化簡成等價且更少的指令

高階IR塊變換[編輯]

1. Loop processing
   1. CFG：dominate關係
   2. 迴圈規範化：增加preheader、exit block，只允許一個backedge等等
   3. LoopPass基類、LPPassManager（llvm的類方法命名總是喜歡突然來個縮寫，fuck）
   4. LICM（迴圈不變式外提）
   5. 更多的迴圈優化：lib/Transforms/Scalar
2. Scalar evolution（更高階的“抽象解釋”？）
   1. $ opt -analyze -scalar-evolution scalevl.ll
3. LLVM intrinsics（編譯器內建函式）
   1. call void @llvm.memset.p0i8.i64(i8* %a2, i8 0, i64 20, i32 16, i1 false) //這讓人感覺所謂的LLVM編譯器其實只是直譯器？（runtime函式）
   2.  %1 = getelementptr inbounds [5 x i32], [5 x i32]* %a, i64 0, i64 0
4. Vectorization（不是特別的清楚，“Loop-Aware SLP in GCC”by Ira Rosen, etc？）
   1. 2種類型：SLP、Loop vectorization
   2. SIMD
   3. $ opt -S -basicaa -slp-vectorizer -mtriple=aarch64-unknown-linuxgnu -mcpu=cortex-a57 addsub.ll –debug

IR到Selection DAG階段[編輯]

1. SelectionDAGBuilder：以%add = add nsw i32 %a, %b為例
   1. SelectionDAGBuilder::visit
   2. visitAdd

      visitBinary SDValue?

2. Legalizing SelectionDAG（合法化，目標平臺適配）
   1. 例：X86上sdiv擴充套件到sdivrem
3. Optimizing SelectionDAG
   1. DAGCombiner
   2. AArch64DAGToDAGISel::Select
4. Instruction Selection（注意，指令型別平臺已經支援了，但是暫存器什麼的還沒分配呢）
   1. X86DAGToDAGISel::SelectCode() TableGen自動生成（llvm很難理解的地方就是TableGen的語法）
5. Scheduling and emitting machine instructions
   1. InstrEmitter::EmitMachineNode：SDNode ==> MachineInstr（MachineBasicBlock）
   2. MachineInstrBuilder
      1. CreateVirtualRegisters（這裡還是‘虛擬暫存器’？）
      2. virtual AdjustInstrPostInstrSelection
6. Register allocation
   1. spilling
   2. SSA form deconstruction（phi到reg copy）
   3. 對映虛擬暫存器到物理暫存器：2種方法
      1. 直接對映：TargetRegisterInfo/MachineOperand（程式設計師自己實現？）
      2. 間接：VirtRegMap::assignVirt2Phys（llvm內建的？）
   4. llvm 4種分配技術：
      1. Basic
      2. Fast
      3. PBQP
      4. Greedy
7. Code Emission：LLVM JIT和MC（生成obj格式的檔案）
   1. AsmPrinter：使用平臺特定的MCInstLowering介面如X86MCInstLower
   2. MCInst指令傳遞給MCStreamer物件
   3. 注意，the MC Layer is one of the big difference between LLVM and GCC.（GCC生成彙編格式的程式碼，依賴於平臺外部彙編？）
8. $ llc test.ll -show-mc-encoding -o -

見鬼，我還是沒有明白SDAG的作用（LLVM IR裡不是有迴圈嗎？為什麼SDAG就變成DAG了呢？）

為目標架構生成程式碼[編輯]

1. 沒有tablegen，llvm本身只具有學術意義，有了tablegen，llvm才變成了可工業使用的牛逼庫
2. pipeline：SelectionDAG --> MachineDAG --> MachineInstr --> MCInst
3. 定義一個玩具後端：r0-3, sp, pc, cpsr（pc？）

• Defining registers and register sets

  每個暫存器都有一個唯一編號，這要求平臺指令中的暫存器位表示是一致的（當然，有些是隱含的比如push/pop）

• Defining the calling convention（ABI）

  def CC_TOY : CallingConv<[

  CCIfType<[i8, i16], CCPromoteToType<i32>>, //8位、16位的提升到32位

  CCIfType<[i32], CCAssignToReg<[R0, R1]>>,

  CCIfType<[i32], CCAssignToStack<4, 4>> //開始2個引數R0，R1暫存器傳遞，剩餘的通過棧傳遞

  def CC_Save : CalleeSavedRegs<(add R2, R3)>;

• Defining the instruction set

  def ADDrr : InstTOY<(outs GRRegs:$dst), (ins GRRegs:$src1, GRRegs:$src2), "add $dst, $src1,z$src2", [(set i32:$dst, (add i32:$src1, i32:$src2))]>;

• Implementing frame lowering
  • Frame lowering involves emitting function prologue and epilogue.（llvm ir是直接定義函式的，包括ret指令）
  • void TOYFrameLowering::emitPrologue(MachineFunction &MF) const {

    const TargetInstrInfo &TII = *MF.getSubtarget().getInstrInfo();

    MachineBasicBlock &MBB = MF.front();

    MachineBasicBlock::iterator MBBI = MBB.begin();

    uint64_t StackSize = computeStackSize(MF);

    unsigned StackReg = TOY::SP;

    unsigned OffsetReg = materializeOffset(MF, MBB, MBBI, (unsigned)StackSize);

    ... //略

• Lowering instructions

  程式碼略

• Printing an instruction
• Registering a target（略）