LLVM 是什么
LLVM 是 low level virtual machine（底层虚拟机）的简称，它是一个开源的编译器架构，已经被成功应用到多个应用领域。LLVM 的主要作用是它可以作为多种语言的后端，它可以提供可编程语言无关的优化和针对很多种CPU的代码生成功能。LLVM 核心库提供了与编译器相关的支持，可以作为多种语言编译器的后台来使用。能够进行程序语言的编译期优化、链接优化、在线编译优化、代码生成。LLVM的项目是一个模块化和可重复使用的编译器和工具技术的集合。LLVM是伊利诺伊大学的一个研究项目，提供一个现代化的，基于SSA的编译策略能够同时支持静态和动态的任意编程语言的编译目标。自那时以来，已经成长为LLVM的主干项目，由不同的子项目组成，其中许多正在生产中使用的各种 商业和开源的项目，以及被广泛用于学术研究。

LLVM 常用命令工具
llvm-as 将可读的 .ll 文件汇编成字节代码
llvm-dis 将字节代码文件反编成可读的 .ll 文件
opt 在一个字节代码文件上运行一系列的 LLVM 到 LLVM 的优化
llc 为一个字节代码文件生成本机器代码
lli 直接运行使用 JIT 编译器或者解释器编译成字节代码的程序
llvm-link 将几个字节代码文件连接成一个
llvm-ar 打包字节代码文件
llvm-ranlib 为 llvm-ar 打包的文件创建索引
llvm-nm 在 字节代码文件中打印名字和符号类型
llvm-prof 将 'llvmprof.out' raw 数据格式化成人类可读的报告
llvm-ld 带有可装载的运行时优化支持的通用目标连接器
llvm-config 打印出配置时 LLVM 编译选项、库、等等
llvmc 一个通用的可定制的编译器驱动
llvm-diff 比较两个模块的结构
bugpoint 自动案例测试减速器
llvm-extract 从 LLVM 字节代码文件中解压出一个函数
llvm-bcanalyzer 字节代码分析器 （分析二进制编码本身，而不是它代表的程序）
FileCheck 灵活的文件验证器，广泛的被测试工具利用
tblgen 目标描述阅读器和生成器
lit    LLVM 集成测试器，用于运行测试

LLVM IR
根据编译原理可知，编译器不是直接将源语言翻译为目标语言，而是翻译为一种“中间语言”，即“IR”。之后再由中间语言，利用后端程序和设备翻译为目标平台的汇编语言。由于中间语言相当于一款编译器前端和后端的“桥梁”，不同编译器的中间语言IR是不一样的，而IR可以说是集中体现了这款编译器的特征。

LLVM IR主要有三种格式：一种是在内存中的编译中间语言；一种是硬盘上存储的二进制中间语言（以.bc结尾），最后一种是可读的中间格式（以.ll结尾）。这三种中间格式是完全相等的。

LLVM IR是LLVM优化和进行代码生成的关键。根据可读的IR，我们可以知道再最终生成目标代码之前，我们已经生成了什么样的代码。而且根据IR，我们可以选择使用不同的后端而生成不同的可执行代码。同时，因为使用了统一的IR，所以我们可以重用LLVM的优化功能，即使我们使用的是自己设计的编程语言。

结构化编译器前端 Clang 介绍
Clang ( 发音为 /klæŋ/) 是 LLVM 的一个编译器前端，它目前支持 C, C++, Objective-C 以及 Objective-C++ 等编程语言。Clang 对源程序进行词法分析和语义分析，并将分析结果转换为 Abstract Syntax Tree ( 抽象语法树 ) ，最后使用 LLVM 作为后端代码的生成器。

Clang 的开发目标是提供一个可以替代 GCC 的前端编译器。与 GCC 相比，Clang 是一个重新设计的编译器前端，具有一系列优点，例如模块化，代码简单易懂，占用内存小以及容易扩展和重用等。由于 Clang 在设计上的优异性，使得 Clang 非常适合用于设计源代码级别的分析和转化工具。Clang 也已经被应用到一些重要的开发领域，如 Static Analysis 是一个基于 Clang 的静态代码分析工具。

由于 GNU 编译器套装 (GCC) 系统庞大，而且 Apple 大量使用的 Objective-C 在 GCC 中优先级较低，同时 GCC 作为一个纯粹的编译系统，与 IDE 配合并不优秀，Apple 决定从零开始写 C family 的前端，也就是基于 LLVM 的 Clang 了。Clang 由 Apple 公司开发，源代码授权使用 BSD 的开源授权。

Clang 的特性：
相比于 GCC，Clang 具有如下优点：
1. 编译速度快：在某些平台上，Clang 的编译速度显著的快过 GCC。
2. 占用内存小：Clang 生成的 AST 所占用的内存是 GCC 的五分之一左右。
3. 模块化设计：Clang 采用基于库的模块化设计，易于 IDE 集成及其他用途的重用。
4. 诊断信息可读性强：在编译过程中，Clang 创建并保留了大量详细的元数据 (metadata)，有利于调试和错误报告。
5. 设计清晰简单，容易理解，易于扩展增强。与代码基础古老的 GCC 相比，学习曲线平缓。

当前 Clang 还处在不断完善过程中，相比于 GCC, Clang 在以下方面还需要加强：
1. 支持更多语言：GCC 除了支持 C/C++/Objective-C, 还支持 Fortran/Pascal/Java/Ada/Go 和其他语言。Clang 目前支持的语言有 C/C++/Objective-C/Objective-C++。
2. 加强对 C++ 的支持：Clang 对 C++ 的支持依然落后于 GCC，Clang 还需要加强对 C++ 提供全方位支持。
3. 支持更多平台：GCC 流行的时间比较长，已经被广泛使用，对各种平台的支持也很完备。Clang 目前支持的平台有 Linux/Windows/Mac OS。

本段内容参考：http://www.ibm.com/developerworks/cn/opensource/os-cn-clang/

Clang 编译选项
clang    [-c|-S|-E] -std=standard -g
         [-O0|-O1|-O2|-O3|-Ofast|-Os|-Oz|-O|-O4]
         -Wwarnings... -pedantic
         -Idir... -Ldir...
         -Dmacro[=defn]
         -ffeature-option...
         -mmachine-option...
         -o output-file
         -stdlib=library
         input-filenames

大部分选项与 gcc 类似：

-c 只是编译不链接，生成目标文件“.o”

-S 只是编译不汇编，生成汇编代码

-E 只进行预编译，不做其他处理

-g 在可执行程序中包含标准调试信息

-o file 把输出文件输出到file里
-I dir 在头文件的搜索路径列表中添加dir目录

-L dir 在库文件的搜索路径列表中添加dir目录

中间码的创建与转化
编译生成二进制的 .bc 文件(bitcode file): clang -emit-llvm -c xx.c -o xx.bc

编译生成 LLVM 的汇编代码 .ll 文件（ LLVM assembly code）: clang -emit-llvm -S xx.c -o xx.ll

.bc 和 .ll 文件都可以直接用 lli 来执行。

将 .ll 文件转化为 .bc 文件: llvm-as test.ll

将 .bc 文件转化为 .ll 文件: llvm-dis test.bc

将 .bc 或 .ll 文件转化为本机平台的汇编代码： llc test.bc llc test.ll llc test.bc -o test.s

即时编译器 JIT 简介
LLVM 中间码的执行需要用到 Jit。那么，JIT到底是个什么东西呢。其实，JIT 是一个即时编译器，即 Just-in-time Compiler。对于 JIT 的了解我也知之胜少，它的作用大概就是对中间码进行编译作业，像 JAVA 这种跨平台的语言也是通过 JIT 实现的。在执行 LLVM 的 lli 工具时，会去调用 JIT 将中间码编译成本机架构的机器码再执行。

至于 jit 与 mcjit 的区别，大概是 jit 是 LLVM 旧版本的支持，而 mcjit 是对 jit 新的支持。mc是机器码的意思，即 Machine Code。在 Wikipedia 看到说，以前的 LLVM 会依赖与本机系统的汇编器或者提供一套工具链，然后再翻译成机器码。而通过整合过的 LLVM MC 能够支持大多数的机器架构，包括 x86, x86-64, ARM, ARM64 以及 大部分的 MIPS 架构等。