LLVM语言参考手册之标识符、类型与常量

参考网站：LLVM语言参考手册

摘要

LLVM是基于静态单赋值(SSA)的表示形式。之所以为单赋值，每个名字在SSA中仅被赋值一次。它可提供类型安全性，低级操作，灵活性并能清晰地表示“所有”高级语言的功能。它是在LLVM编译策略的所有阶段中使用的通用代码表示形式。
LLVM代码表示以三种不同的形式来使用：作为内存中的编译器IR，作为磁盘上的位代码表示（适用于即时编译器的快速加载）以及作为人类可读的程序集语言表示。这使LLVM可以为有效的编译器转换和分析提供强大的中间表示，同时提供调试和可视化转换的自然方法。LLVM的三种不同形式都是等效的。

1 标识符

两种基本类型：全局和本地。全局标识符(函数、全局变量)用’@‘字符开头；本地标识符(寄存器名称、类型)用’%'字符开头。
此外，还有三种不同的标识符格式：

命名值以带有前缀的字符串表示。例如%foo，@DivisionByZero， %a.really.long.identifier。实际使用的正则表达式为“ [%@][-a-zA-Z.][−a−zA−Z._][-a-zA-Z.][−a−zA−Z._0-9]*”。在名称中需要其他字符的标识符可以用引号引起来。可以使用"\xx"wherexx是十六进制字符的ASCII码对特殊字符进行转义。这样，任何字符都可以用在名称值中，甚至可以用引号引起来。该"\01"前缀可用于全局值以抑制重整。
未命名的值以带有前缀的无符号数字表示。例如%12，@2，%44。
常量。

LLVM要求值以前缀开头有两个原因：编译器无需担心带有保留字的名称冲突，并且将来可以扩展保留字的集合而不会带来任何损失。此外，未命名的标识符使编译器可以快速提出一个临时变量，而不必避免符号表冲突。

LLVM中的保留字与其他语言中的保留字非常相似。有一些关键字用于不同的操作码（“，add”，“ bitcast，”ret等），原始类型名称（“，void”，“i32等等”）等。这些保留字不能与变量名冲突，因为它们都不以前缀字符（’%‘或’@’）开头。

2 类型

LLVM类型系统是中间表示形式的最重要特征之一。类型化使许多优化可以直接在中间表示上执行，而不必在转换之前对另一方面进行额外的分析。

2.1 空类型(void type)

不代表任何值且没有大小

2.2 函数类型(function type)

由返回类型和形参类型列表组成。

2.3 first class type

该类型的值是唯一可以通过指令生成的值。

2.3.1 single value types

(1) integer type:为所需的整数类型指定任意位宽度
examples:
i32 表示一个32位整数
i1942652表示一个超过1百万的超级大整数

(2) floating-point types

Type	Description
half	16-bit floating-point value
bfloat	16-bit “brain” floating-point value (7-bit significand). Provides the same number of exponent bits as float, so that it matches its dynamic range, but with greatly reduced precision. Used in Intel’s AVX-512 BF16 extensions and Arm’s ARMv8.6-A extensions, among others.
float	32-bit floating-point value
double	64-bit floating-point value
fp128	128-bit floating-point value (113-bit significand)
x86_fp80	80-bit floating-point value (X87)
ppc_fp128	128-bit floating-point value (two 64-bits)

(3) x86_mmx type:表示保存在x86机器上的MMX寄存器中的值。

x86_mmx

(4) pointer type:用于指定内存位置，指针用于引用内存中的对象

<type>*

examples:
[4 x i32]* 指的是指向4个i32值的数组的指针

(5) 向量类型(vector type)
向量类型是表示元素向量的简单派生类型
Syntax:

< <# elements> x <elementtype> >          ; Fixed-length vector
< vscale x <# elements> x <elementtype> > ; Scalable vector

examples:
<4 x i32>表示4个32位整数值向量
<vscale x 4 x i32>表示4个32位整数值的倍数的向量

2.3.2 label type

表示代码标签
Syntax:

label

2.3.3 token type

若一个值与一条指令相关，但该值的所有用法均无法掩盖该指令，即可使用token type。
Syntax:

token

2.3.4 metadata type

表示嵌入的元数据
Syntax:

metadata

2.3.5 aggregate types

聚合类型是可以包含多个成员类型的派生类型的子集。
(1) array type
数组类型是一个非常简单的派生类型，它在内存中按顺序排列元素。
Syntax:

[<# elements> x <elementtype>]

examples:
[40 x i32]表示40个32位整数值的数组
[3 x [4 x i32]]表示34的32位整数值的数组
[12 x [10 x float]]表示1210的单精度浮点值数组

(2) structure type
结构类型用于表示内存中数据成员的集合。
Syntax:

%T1 = type { <type list> }     ; Identified normal struct type
%T2 = type <{ <type list> }>   ; Identified packed struct type

若结构是“压缩”结构，这表示结构的对齐是一个字节，并且元素之间没有填充。在非压缩结构中，字段类型之间的填充是按照模块中DataLayout字符串的定义插入的。
examples:
{ i32, i32, i32 }表示3个32位整数值的3倍。
<{ i8, i32 }>表示大小为5字节的压缩结构。

(3) opaque structure type
不透明结构类型用于表示没有指定主体的命名结构类型。
Syntax:

%X = type opaque
%52 = type opaque

3 常量

3.1 简单常量(Simple Constants)

Boolean constants:true/false
Integer constants:如4
Floating-point constants:如3.4
Null pointer constants:如null
Token constants:如none

3.2 Complex Constants

Structure constants:类似于结构类型定义的符号表示，如{i32 4,float 3.8}
Array constants:类似于数组类型定义的符号表示，如[i32 5,i32 7]
Vector constants:类似于向量类型定义的符号表示，如< i32 42, i32 11, i32 74, i32 100 >
Zero initialization:将任何类型的值初始化为零，包括标量和聚合类型
Metadata node:没有任何类型的常量元组

3.3 Global Variable and Function Addresses

全局变量和函数的地址总是隐式有效的（链接时间）常量。当使用全局标识符时，这些常量被显式引用，并且总是具有指针类型。

3.4 Undefined Values

字符串“undef”可以在任何需要常量的地方使用，并指示值的用户可能接收到未指定的位模式。Undefined Values可以是任何类型（除了“label”或“void”）并且可以在允许常量的任何地方使用。

3.4 Poison Value

错误操作的结果。

3.5 Well-Defined Values

某个值没有未定义位也没有有毒位，则该值定义良好。若聚合数据或向量的元整定义良好则其也定义良好。

3.6 Addresses of Basic Blocks

“blockaddress”常量计算指定函数中指定基本块的地址，并且始终具有i8*类型。

3.7 DSO Local Equivalent

“dso_local_equivalent”常量表示一个函数，该函数在功能上等价于给定的函数，但总是在当前链接单元中被定义。

3.8 Constant Expressions

常量表达式可将涉及其他常量的表达式用作常量。常量表达式可以是任何first class类型，并且可以涉及任何没有副作用的LLVM操作（例如，不支持load和call）。
一些常量表达式的语法：

trunc (CST to TYPE)
zext (CST to TYPE)
sext (CST to TYPE)
fptrunc (CST to TYPE)
fpext (CST to TYPE)
fptoui (CST to TYPE)
fptosi (CST to TYPE)
uitofp (CST to TYPE)
sitofp (CST to TYPE)
ptrtoint (CST to TYPE)
inttoptr (CST to TYPE)
bitcast (CST to TYPE)
addrspacecast (CST to TYPE)
getelementptr (TY, CSTPTR, IDX0, IDX1, …), getelementptr inbounds (TY, CSTPTR, IDX0, IDX1, …)
select (COND, VAL1, VAL2)
icmp COND (VAL1, VAL2)
fcmp COND (VAL1, VAL2)
extractelement (VAL, IDX)
insertelement (VAL, ELT, IDX)
shufflevector (VEC1, VEC2, IDXMASK)
extractvalue (VAL, IDX0, IDX1, …)
insertvalue (VAL, ELT, IDX0, IDX1, …)
OPCODE (LHS, RHS)