llvm-ir之核心类设计
创始人
2024-03-20 14:33:55
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llvm-ir之核心类设计

  • 引言
  • 1 逻辑关系
  • 2 class Module
  • 3 class IRBuilder
  • 4 class Instruction
  • 5 class Constant

引言

llvm IR是llvm对代码的一种中间表示。它来源AST(抽象语法树),是llvm代码优化的主要对象。

1 逻辑关系

在这里插入图片描述
IR的很多组成元素都是以Value为基类。llvm并没有采用C++的RTTI,而是自实现了一套多态系统,其实现核心就在Class Value::Subclass*系列字段。

  • 每个Value(无论是基本块、参数还是常量),都可以被多个User引用;
  • 每个User引用的Value,通过Use对象记录其Value;同时,其Use对象占用的空间在User的new重载时,会分配到User对象的前部分;
  • 以C语言为例,每个Module对应C语言的一个编译单元,即.c文件;
  • 一般,每个Module和每个IRBuilder关联同一个LLVMContext。IRBuilder是构建Instruction的模板对象。

2 class Module

每个模块代表链接前的一个编译单元,模块一般包括:

  • GlobalVariable : 一个或多个全局变量。若getInitializer返回为NULL,则为只有声明的变量,其初始化可能在本模块、也可能在其他模块;
  • Function:一个或多个函数。若函数没有基本块且没有设置IsMaterializableBit,则只为一个声明函数,其定义可能在其他模块;

此外,还包括:

  • GlobalAlias:全局变量的别名(引用);
  • GlobalIFunction:全局间接函数,例如GNU IFUNC;
  • ValueSymbolTable:按名称建立全局符号的索引。

3 class IRBuilder

IRBuilder是指令和常量的构建器,它是一个模板类,它有两个模板参数:

  • 第一个模板参数表示构建时用于常量折叠的类实现,用于生成常量时提前自动折叠。默认类型为ConstantFolder;
  • 第二个模板参数表示一个带有InsertHelper方法的类型,用于插入指令到BasicBlock(可以做一些自定义操作)。默认类型为IRBuilderDefaultInserter

4 class Instruction

Instruction表示一个IR指令,llvm采用静态单赋值(Static Single Assignment, SSA)模式的指令。
指令相关field:

  • Type :指令输出结果的类型;
  • Opcode : 表示指令的操作类型(例如mov、add等);
  • Name : 指令输出结果的名称。在指令可视化文本展示中,一般表示指令目标寄存器;如果其Name没有定义,一般用指令在函数中的序号表示;
  • Op : 指令的操作数,通过class Use对象引用另一个指令或常量(SSA特性);

注:指令对象指令分配在堆中,其依赖的操作数(class Use)分配在其对象的前面。

5 class Constant

Constant表示常量,除了代码中的一些常量(常量字符、常量int等),函数和全局变量也是常量:

  • 函数之所以属于常量,是一个函数其实现在运行后具备不可变特性,所以它理应属于常量。所以给一个函数指针变量赋值时,直接可以将相同类型的函数赋值给该变量;
  • 全局变量属于常量,并不是其数据的不可变,而是其地址是固定的。所以它的常量特性是其地址不可更改性。

注:常量与指令类似,它也是一个User,例如它可以由其他常量通过表达式合成。

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