源码路径

llvm\include\llvm\IR\Instruction.h

llvm\include\llvm\IR\Instruction.def

llvm\include\llvm\IR\Instructions.h

llvm\include\llvm\IR\InstrTypes.h

Instruction和BasicBlock

在分析代码前，需要先介绍一下llvm IR的组织结构。在llmv中，一个Module中可以有n个Function，Function内可以有n个BasicBlock，BasicBlock是单进单出的n条Instruction序列。

以下面代码为例：

//test.cint foo(int a) {int b;if(a == 1) {b = 2;} else {b = 3;}return b;
}

使用命令：clang -emit-llvm -S test.c，生成IR文件test.ll：

; Function Attrs: noinline nounwind optnone uwtable
define dso_local i32 @foo(i32 %a) #0 {
entry:%a.addr = alloca i32, align 4%b = alloca i32, align 4%c = alloca i32, align 4%d = alloca i32, align 4%e = alloca i32, align 4store i32 %a, i32* %a.addr, align 4%0 = load i32, i32* %a.addr, align 4%cmp = icmp eq i32 %0, 3br i1 %cmp, label %if.then, label %if.elseif.then:                                          ; preds = %entrystore i32 3, i32* %b, align 4store i32 2, i32* %c, align 4store i32 3, i32* %d, align 4br label %if.endif.else:                                          ; preds = %entrystore i32 2, i32* %b, align 4store i32 3, i32* %c, align 4br label %if.endif.end:                                           ; preds = %if.else, %if.then%1 = load i32, i32* %b, align 4%2 = load i32, i32* %c, align 4%add = add nsw i32 %1, %2store i32 %add, i32* %e, align 4%3 = load i32, i32* %d, align 4ret i32 %3
}

可以看到，Function foo被分割成了n块（entry/if.then/if.else/if.end），这n块既为n个BasicBlock。

llvm Instruction class

在llvm中，Instruction类是所有IR指令的基类。定义如下：

class Instruction : public User,public ilist_node_with_parent<Instruction, BasicBlock> {
...
};

Instruction继承自User比较好理解，因为指令大部分都有操作数（Operand），所以天然是User。

下面重点分析一下ilist_node_with_parent<Instruction, BasicBlock>。顾名思义，这个是一个拥有父节点的链表节点，主要的功能有2个：1）通过当前节点（Instruction），获取父节点（BasicBlock）。2）通过当前节点（Instruction），遍历链表上其他节点（Instruction）。这两部分功能的代码如下：

template <typename NodeTy, typename ParentTy, class... Options>
class ilist_node_with_parent : public ilist_node<NodeTy, Options...> {
protected:ilist_node_with_parent() = default;private:/// Forward to NodeTy::getParent().const ParentTy *getNodeParent() const {return static_cast<const NodeTy *>(this)->getParent();}public:/// Get the previous node, or \c nullptr for the list head.NodeTy *getPrevNode() {// Should be separated to a reused function, but then we couldn't use auto// (and would need the type of the list).const auto &List =getNodeParent()->*(ParentTy::getSublistAccess((NodeTy *)nullptr));return List.getPrevNode(*static_cast<NodeTy *>(this));}/// Get the next node, or \c nullptr for the list tail.NodeTy *getNextNode() {// Should be separated to a reused function, but then we couldn't use auto// (and would need the type of the list).const auto &List =getNodeParent()->*(ParentTy::getSublistAccess((NodeTy *)nullptr));return List.getNextNode(*static_cast<NodeTy *>(this));}
};} // end namespace llvm

可以看到，该基类要求NodeTy（Instruction）必须有一个getParent方法：

inline BasicBlock* Instruction::getParent()       { return Parent; }

要求ParentTy（BasicBlock）必须有一个getSublistAccess方法：

  /// Returns a pointer to a member of the instruction list.static InstListType BasicBlock::*getSublistAccess(Instruction*) {return &BasicBlock::InstList;}

完成上述实现后，即可通过如下代码，遍历BasicBlock中的Instruction：

BasicBlock& BB = ...
for (Instruction &I : BB)// The next statement works since operator<<(ostream&,...)// is overloaded for Instruction&errs() << I << "\n";

Instruction子类

Instruction的子类按照llvm\include\llvm\IR\Instruction.def中的定义，可以分为如下类别：

Terminator Instructions
Unary Operators
Binary Operators
Memory Operators
Cast Operators
Other Operators

在实现层面，Instruction的继承树并未严格按照这个分类去实现，而是分为了如下类别，类别中的实际的子类也与Instruction.def中的分类有所不同。

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