# LLVM

[LLVM](https://llvm.org/) 项目是模块化、可重用的编译器以及工具链技术的集合

> The LLVM Project is a collection of modular and reusable compiler and toolchain technologies.

## 结构

![](./../assets/LLVM-segment.png)

LLVM 由三部分构成：

- FrontEnd（前端）：词法分析、语法分析、语义分析、生成中间代码

- Optimizer（优化器）：优化中间代码

- Backend（后端）：生成目标程序（机器码）

![](./../assets/LLVM-Structure.png)

正是由于这样的设计，使得 LLVM 具备很多有点：

- 不同的前端后端使用统一的中间代码 LLVM Intermediate Representation (LLVM IR)

- 如果需要支持一种新的编程语言，那么只需要实现一个新的前端

- 如果需要支持一种新的硬件设备，那么只需要实现一个新的后端

- 优化阶段是一个通用的阶段，它针对的是统一的LLVM IR，不论是支持新的编程语言，还是支持新的硬件设备，都不需要对优化阶段做修改

- 相比之下，GCC 的前端和后端没分得太开，前端后端耦合在了一起。所以 GCC 为了支持一门新的语言，或者为了支持一个新的目标平台，就
  变得特别困难

LLVM现在被作为实现各种静态和运行时编译语言的通用基础结构(GCC家族、Java、.NET、Python、Ruby、Scheme、Haskell、D等)

## Clang

[Clang](http://clang.llvm.org/) 是 LLVM 的一个子项目，基于 LLVM 架构的 c/c++/Objective-C 语言的编译器前端

GCC 是 c/c++ 等的编译器

Clang 相较于 GCC，具备下面优点：

- 编译速度快：在某些平台上，Clang的编译速度显著的快过GCC(Debug模式下编译OC速度比GGC快3倍)  

- 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 

- 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 

- 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 

- 设计清晰简单，容易理解，易于扩展增强

![](./../assets/LLVM-phase.png)

### 查看编译过程

```shell
clang -ccc-print-phases main.m
```

对 main.m 文件

![](./../assets/clang-phase.png)

可以看到经历了：输入、预处理、编译、LLVM Backend、汇编、链接、绑定架构7个阶段。

查看 preprocessor （预处理）的结果：`clang -E main.m`。预处理主要做的事情就是头文件导入、宏定义替换等。

词法分析，生成 Token：`clang -fmodules -E -Xclang -dump-tokens main.m` 

```c
#import <Foundation/Foundation.h>
int main(int argc, const char * argv[]) {
    int a = 1;
    int b =2;
    int c = a + b;
    return 0;
}
```

![](./../assets/clang-analysize.png)

语法分析，生成语法树（AST，Abstract Syntax Tree）：`clang -fmodules -fsyntax-only -Xclang -ast-dump main.m`

![](./../assets/clang-ast.png)

### LLVM IR