(三)Clang/ LLVM编译流程简述
LLVM概述
LLVM
是构架编译器(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)、运行时间(run-time) 以及空闲时间(idle-time),对开发者保持开放,并兼容已有脚本。传统编译器设计
编译器不同于解释器,解释器可以将高级语言边转译边执行。但是编译器需要将所有的源代码编译成机器代码之后,然后才能执行,所以如图不管传统的还是
LLVM
都一定是源代码输入,输出是机器代码(也就是0101组合),中间还分前端、优化器、后端编译器前端(Frontend)
编译器前端的任务是解析源代码。它会进行:词法分析,语法分析,语义分析, 检查源代码是否存在错误,然后构建抽象语法树(Abstract Syntax Tree,AST) ,LLVM的前端还会生成中间代码(intermediate representation , IR)。
优化器(Optimizer)
优化器负责进行各种优化。改善代码的运行时间,例如消除冗余计算等。
后端(Backend) /代码生成器(CodeGenerator)
将代码映射到目标指令集。生成机器语言,并且进行机器相关的代码优化
iOS的编译器架构
Objective C/C/C++
使用的编译器前端是Clang
,Swift
是Swift
,后端都是LLVM
。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。 其他的编译器如GCC
,它方法非常成功,但由于它是作为整体应用程序设计的, 因此它们的用途受到了很大的限制。
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标识代码的形式(其实就是一种中间代码)。所以LLVM
可以为任何变成语言独立编写前端,并且可以为任意硬件架构独立编写后端。Clang
Clang
是LLVM
项目中的一个子项目。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C、C++、Objecte-C
语言的编译器,它属于整个LLVM
架构中的,编译器前端。编译流程
首先简单写一个demo如下:
#import <stdio.h>//#define C 30//typedef int TD_INT_64;int test(int a,int b){return a + b + 3;}int main(int argc, const char * argv[]) {int a = test(1, 2);printf("%d",a);return 0;} 复制代码
通过命令打印查看源码的编译阶段
命令:
clang -ccc-print-phases main.m
可以发现主要分6个步骤
- 0:输入文件:找到源文件。
- 1:预处理阶段:这个过程处理包括宏的替换,头文件的导入。
- 2:编译阶段:进行词法分析、语法分析、检测语法是否正确,最终生成IR。
- 3:后端:这里
LLVM
会通过一个一个的Pass
去优化,每个Pass
做一些事情,最终生成汇编代码。 - 4:生成目标文件。
- 5:链接:链接需要的动态库和静态库,生成可执行文件。
- 6:通过不同的架构,生成对应的可执行文件。
预处理阶段
命令:
clang -E main.m
宏在预处理阶段会被替换掉,
typedef
不会被替换掉,所以一般为了安全可以使用,做代码混淆编译阶段
词法分析
预处理完成后就会进行词法分析.这里会把代码切成一个个Token,比如大小括 号,等于号还有字符串等
命令:clang -fmodules -fsyntax-only -Xclang -dump-tokens main.m
注:如果头文件找不到可以指定sdk
clang -isysroot (自己SDK路径) -fmodules -fsyntax-only -Xclang -dump-tokens main.m
clang -isysroot /Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/iPhoneSimulator.platform/Developer/SDKs/iPhoneSimulator14.1.sdk/ -fmodules -fsyntax-only -Xclang -dump-tokens main.m
语法分析
词法分析完成之后就是语法分析,它的任务是验证语法是否正确。在词法分析的基础上将单词序列组合成各类语法短语,如“程序”,“语句”,“表达式”等等,然后将所有节点组成抽象语法树(Abstract Syntax Tree, AST)。语法分析程序判断源程序在结构上是否正确。
命令:clang -fmodules -fsyntax-only -Xclang -ast-dump main.m
FunctionDecl
函数ParmVarDecl
参数CallExpr
调用一个函数BinaryOperator
运算符
生成中间代码IR
完成以上步骤后就开始生成中间代码
IR
了,代码生成器(Code Generation)会将语法树自顶向下遍历逐步翻译成LLVM IR
。通过下面命令可以生成.11
的文本文件,查看IR代码。
命令:clang -S -fobjc-arc -emit-llvm main.m
Objective C
代码在这一步会进行runtime
的桥接:property
合成,ARC
处理等
IR的基本语法:@
全局标识%
局部标识alloca
开辟空间align
内存对齐i32
32个bit, 4个字节store
写入内存load
读取数据call
调用函数ret
返回
IR优化:
LLVM的优化级别分别是-O0 -O1 -O2 -O3 -Os(第一个是大写英文字母O)
优化命令:clang -Os -S -fobjc-arc -emit-llvm main.m -o main.ll
一般设置是在target - Build Setting - Optimization Level
(优化器等级)中设置Debug
情况下默认是不优化,Release
情况下默认Fastest、Smallest
优化后的代码:bitCode
xcode7以后开启
bitcode
苹果会做进一步的优化。生成.be
的中间代码。 我们通过优化后的IR
代码生成.be
代码
命令:clang -emit-llvm -c main.ll -o main.bc
生成汇编代码
最终通过
.be
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
当然生成的汇编代码也可以进行优化(注意如果生成
IR
代码已经做过优化了此时在优化不会再起作用)
命令:clang -Os -S -fobjc-arc main.m -o main.s
生成目标文件(汇编器)
目标文件的生成,是汇编器以汇编代码作为输入,将汇编代码转换为机器代码, 最后输出目标文件(object file)
命令:clang -fmodules -c main.s -o main.o
可以发现是个
Mach-O
文件
通过nm命令,查看下main.o中的符号
命令:xcrun nm -nm main.o
发现找不到
_printf
这个方法,应为_printf
是从外部的库引入生成可执行文件(链接)
连接器把编译产生的
.o
文件和(.dylib .a
)文件,生成一个mach-o
文件。
命令:clang main.o -o main
发现此时是一个可执行的
Mach-O
文件
再查看链接之后的符号应为OC的特性运行时,动态库实在运行时需要使用的时候再加载到内存的,所以编一阶段找不到对应的方法
LLVM编译流程图
作者:Potato_土豆
链接:https://juejin.cn/post/6959865646125416484
来源:稀土掘金
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