LLVM：揭秘编译器背后的魔力

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2023-12-17 07:52:03

LLVM：编译器创新的幕后推手

LLVM 的魅力

跨平台兼容性： LLVM 的灵活性使其能够跨越各种处理器架构和操作系统，让编译器开发人员能够为广泛的平台定制代码。

中间表示： LLVM IR 是一种语言无关的表示形式，使编译器能够毫不费力地处理多种编程语言，从而简化了编译过程。

优化器： LLVM 的优化器集合是编译流程的关键，通过消除冗余、优化表达式和提升内存引用，有效地增强代码性能。

代码生成： LLVM 可以针对特定的平台生成高效的目标代码，显著提升应用程序的运行速度。

LLVM 的编译流程

前端：

从源代码中生成 LLVM IR。
LLVM IR 是程序的中继表示，准确地捕捉其本质结构。

优化：

LLVM 优化器对 IR 执行一系列转换和优化。
优化器通过消除冗余、简化表达式和提升内存引用来提升代码性能。

后端：

生成与目标平台相匹配的目标代码。
目标代码针对特定的处理器架构和操作系统进行了优化，确保无缝执行。

LLVM 的魅力：一个示例

考虑以下 Python 代码段：

def fibonacci(n):
    if n <= 1:
        return n
    else:
        return fibonacci(n-1) + fibonacci(n-2)

LLVM IR：

define i32 @fibonacci(i32 %n) {
  %cmp = icmp slt i32 %n, 1
  br i1 %cmp, label %return, label %recurse

recurse:
  %sub1 = sub i32 %n, 1
  %call1 = call i32 @fibonacci(i32 %sub1)
  %sub2 = sub i32 %n, 2
  %call2 = call i32 @fibonacci(i32 %sub2)
  %add = add i32 %call1, %call2
  br label %return

return:
  %ret = phi i32 [ %n, %recurse ], [ %add, %recurse ]
  ret i32 %ret
}

目标代码（x86-64）：

fibonacci:
    cmpq    %rdi, 1
    jle     .LBB0_1
    subq    $1, %rdi
    callq   fibonacci
    subq    $2, %rdi
    callq   fibonacci
    addq    %rax, %rdx
    ret
.LBB0_1:
    testq   %rdi, %rdi
    je      .LBB0_2
    movq    %rdi, %rax
    ret
.LBB0_2:
    xorl    %eax, %eax
    ret