clang 源码导读（7）：编译器前端流程简介

前言

clang 编译器前端负责从源码生成中间码，它通常由 clang 模块驱动，并通常包含以下几个步骤：

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本文会先对 clang 编译器前端的流程进行简单的介绍，并会在后面的系列文章依次分享下面的几个库：

1. clangLex ：负责词法分析和预处理，处理宏、令牌和 pragma 构造
2. clangAST：负责提供了构建、操作和遍历 AST 相关的功能
3. clangParse：负责从词法分析的结果进行处理
4. clangSema：负责语义分析
5. clangCodeGen：负责生成 LLVM IR 代码

clang

clang 模块只包含 5 个可编译文件，大部分的功能都是依赖其它模块提供

clang 库 的 driver.cpp 是整个程序的入口。

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clang 模块主要负责以下任务：

1. main 函数检测输入的参数是否包含以 -cc1 开头的参数

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1. 通过 ExecuteCC1Tool 函数分发不同的 cc1类型。 clang 目前支持 3 种类型

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1. -cc1 : LLVM 'Clang' Compiler
2. -cc1as : Clang Integrated Assembler
3. -cc1gen-reproducer: Generate Libclang invocation reproducers

1. cc1_main 函数负责初始化 CompilerInstance、DiagnosticIDs，并调用 CreateFromArgs 函数构建 CompilerInvocation

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1. CreateFromArgs 函数内部会非常多的函数对参数进行解析

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1. 当-emit-obj 参数传入时，ParseFrontendArgs 函数会将 frontend::EmitObj赋值给 ProgramAction 后面的 CreateFrontendBaseAction 函数会依赖依赖 ProgramAction

image对 -emit-objc 不熟悉的朋友，可以看看 clang driver 系列文章

1. 调用 clangFrontendTool 模块的 ExecuteCompilerInvocation 函数执行编译任务

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clangFrontendTool

clangFrontendTool 非常简单，目前只包含一个可编译文件 ExecuteCompilerInvocation.cpp

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1. ExecuteCompilerInvocation 会判断先是否存在 -h -v 等参数，如果存在，会执行对应的任务 值得注意的是，这里会尝试加载 plugin

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1. 经过一系列的判断后，才会通过 CreateFrontendAction 创建需要执行的编译器前端任务

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1. CreateFrontendAction 会先调用 CreateFrontendBaseAction 创建 FrontendAction 的子类

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1. CreateFrontendBaseAction 函数会因为前文提到的 EmitObj 参数创建 EmitObjAction 的实例

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1. 任务创建完成后，会调用 clangFrontend 模块的 ExecuteAction 函数执行编译任务

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clangFrontend

clangFrontend 模块包含了很多重要的功能。

cc1_main 函数创建的 CompilerInstance 就是来自 clangFrontend

CompilerInstance 是 clangFrontend 中非常重要的一个类。它持有了诸如 preprocessor、Target、AST 等属性

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CompilerInstance 执行过程

CompilerInstance::ExecuteAction 会通过 Inputs 获取输入文件，并依次调用以下方法：

1. Act.BeginSourceFile()
2. Act.Execute()
3. Act.EndSourceFile()

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Ac 就是之前提到的 FrontendAction 的子类 EmitObjAction

Act.BeginSourceFile()

1. Act.BeginSourceFile() 函数会通过懒加载方式创建 FileManager 和 SourceManager

imageFileManager 负责和文件系统交互，文件缓存、目录查找等任务

imageSourceManager 负责查找并将文件缓存到内存

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1. 通过 createPreprocessor 函数创建预处理器

image预处理器 初始化时，会构建一个包含各个语言的关键字列表IdentifierTable Identifiers;，方便后续词法分析使用

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1. 通过 createASTContext 创建 ASTContext

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1. 随后，会调用函数FrontendAction::CreateWrappedASTConsumer 创建 ASTConsumer

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Act.Execute()

Act.Execute() 实际上是执行 EmitObjAction 继承自 FrontendAction 的 Execute 函数

FrontendAction:Execute 随后会调用 CodeGenAction::ExecuteAction 函数

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CodeGenAction::ExecuteAction 函数会调用ASTFrontendAction::ExecuteAction

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ASTFrontendAction::ExecuteAction 会调用 CompilerInstance的 createSema 函数创建 Sema

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Sema 后续会用于语义分析

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各项准备工作结束后，就会调用 clangParse 模块的 clang::ParseAST 构建 abstract syntax tree

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总结

本文对 clang 编译器前端入门知识进行了简单介绍。

下一篇文章，我们会开始分享 ParseAST 的第一个主要流程：词法分析 和 预处理指令