LLVM（2）IR入门

mingjie

发布于 2023-10-13 10:28:50

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发布于 2023-10-13 10:28:50

1 不支持类型的隐式转换

int factorial(int val);

int factorial(int val)
{

	if (val <= 2)
		return 1;

	return factorial(val - 1) + factorial(val - 2);
}

int main(int argc, char **argv)
{
	return factorial(2) * 7 == 42;
}

生成IR代码

clang++ -emit-llvm -S t3.cpp -o t3.ll

; ModuleID = 't3.cpp'
source_filename = "t3.cpp"
target datalayout = "e-m:e-p270:32:32-p271:32:32-p272:64:64-i64:64-f80:128-n8:16:32:64-S128"
target triple = "x86_64-unknown-linux-gnu"

; Function Attrs: mustprogress noinline optnone uwtable
define dso_local noundef i32 @_Z9factoriali(i32 noundef %0) #0 {
  %2 = alloca i32, align 4
  %3 = alloca i32, align 4
  store i32 %0, ptr %3, align 4
  %4 = load i32, ptr %3, align 4

  %5 = icmp sle i32 %4, 2           /* val <= 2 */ 

  br i1 %5, label %6, label %7      /* if (val <= 2) 真：跳转到6 假：跳转到7 */ 

6:                                                ; preds = %1
  store i32 1, ptr %2, align 4      /* 1存到2号寄存器 */ 
  br label %15

7:                                                ; preds = %1
  %8 = load i32, ptr %3, align 4
  %9 = sub nsw i32 %8, 1
  %10 = call noundef i32 @_Z9factoriali(i32 noundef %9)
  %11 = load i32, ptr %3, align 4
  %12 = sub nsw i32 %11, 2
  %13 = call noundef i32 @_Z9factoriali(i32 noundef %12)
  %14 = add nsw i32 %10, %13
  store i32 %14, ptr %2, align 4
  br label %15

15:                                               ; preds = %7, %6
  %16 = load i32, ptr %2, align 4    /* 2号寄存器中取出值 */ 
  ret i32 %16
}

; Function Attrs: mustprogress noinline norecurse optnone uwtable
define dso_local noundef i32 @main(i32 noundef %0, ptr noundef %1) #1 {
  %3 = alloca i32, align 4
  %4 = alloca i32, align 4
  %5 = alloca ptr, align 8
  store i32 0, ptr %3, align 4
  store i32 %0, ptr %4, align 4
  store ptr %1, ptr %5, align 8
  %6 = call noundef i32 @_Z9factoriali(i32 noundef 2)
  %7 = mul nsw i32 %6, 7
  %8 = icmp eq i32 %7, 42
  %9 = zext i1 %8 to i32
  ret i32 %9
}

attributes #0 = { mustprogress noinline optnone uwtable "frame-pointer"="all" "min-legal-vector-width"="0" "no-trapping-math"="true" "stack-protector-buffer-size"="8" "target-cpu"="x86-64" "target-features"="+cx8,+fxsr,+mmx,+sse,+sse2,+x87" "tune-cpu"="generic" }
attributes #1 = { mustprogress noinline norecurse optnone uwtable "frame-pointer"="all" "min-legal-vector-width"="0" "no-trapping-math"="true" "stack-protector-buffer-size"="8" "target-cpu"="x86-64" "target-features"="+cx8,+fxsr,+mmx,+sse,+sse2,+x87" "tune-cpu"="generic" }

!llvm.module.flags = !{!0, !1, !2, !3, !4}
!llvm.ident = !{!5}

!0 = !{i32 1, !"wchar_size", i32 4}
!1 = !{i32 8, !"PIC Level", i32 2}
!2 = !{i32 7, !"PIE Level", i32 2}
!3 = !{i32 7, !"uwtable", i32 2}
!4 = !{i32 7, !"frame-pointer", i32 2}
!5 = !{!"clang version 16.0.6 (https://github.com/llvm/llvm-project.git 7cbf1a2591520c2491aa35339f227775f4d3adf6)"}

严格类型机制，不支持任何形式的隐式转换，例如

ret i32 %16

改成 

ret i32 %5

执行opt -passes=verify --color t3.ll

$ opt -passes=verify --color t3.ll
opt: t3.ll:32:11: error: '%5' defined with type 'i1' but expected 'i32'
  ret i32 %5

2 善用语法手册

例如上面的%6 = call noundef i32 @_Z9factoriali(i32 noundef 2)函数调用语法，如何找到call的全部使用方法？

语法手册

语法

案例

递归调用案例

3 Basic Blocks：基本块

基本块在 LLVM 中起着重要的作用，它们用于进行优化、分析和代码生成。基本块可以被视为一个原子操作单元，可以在其中执行各种优化技术，例如常量传播、复制传播、死代码消除等。基本块还可以用于生成目标代码，因为它们提供了代码的基本结构。

在上面案例中：

4 callgraph

IR支持打印callgraph：

$ opt -passes=print-callgraph t3.ll

Call graph node <<null function>><<0x6e5ef20>>  #uses=0
  CS<None> calls function '_Z9factoriali'
  CS<None> calls function 'main'

Call graph node for function: '_Z9factoriali'<<0x6e63490>>  #uses=4
  CS<0x6e5df60> calls function '_Z9factoriali'
  CS<0x6e5e070> calls function '_Z9factoriali'

Call graph node for function: 'main'<<0x6e63570>>  #uses=1
  CS<0x6e5e8c0> calls function '_Z9factoriali'

5 IR遵循SSA规则

Static Single Assignment (SSA)：

Every variable is assigned exactly once.
Every variable is defined before it is used.

每个变量只能赋值一次。变量在使用前必须定义。

为什么要这么做？如果编译器遇到如下代码

 x = 100
 x = 200
 a = x

明显第一个x=100是无效的，但编译器需要去选择保留100还是200。如果遵循SSA规则：

x1 = 100
x2 = 200
a = x2

编译器无需选择，可以直接抛弃x1的值即可。

当然这只是SSA的一个基本的使用场景，有些更复杂的优化必须基于SSA来简化场景。

5 IR结构

6 todo

用到的话继续把Tutorial-Bridgers-LLVM_IR_tutorial.pdf指针、类型部分看完。

.c -> .ll：clang -emit-llvm -S a.c -o a.ll
.c -> .bc: clang -emit-llvm -c a.c -o a.bc
.ll -> .bc: llvm-as a.ll -o a.bc
.bc -> .ll: llvm-dis a.bc -o a.ll
.bc -> .s: llc a.bc -o a.s

本文参与腾讯云自媒体同步曝光计划，分享自作者个人站点/博客。

原始发表：2023-07-24，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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