clang前端 - 技术栈

Clang可以处理C、C++和Objective-C源代码

Clang简介

Clang可能指三种不同的实体：

前端（在Clang库中实现）
编译驱动程序（在clang命令和Clang驱动程序库中实现）
实际的编译器（在clang-ccl命令中实现）

clang -ccl中的编译器不仅是由Clang库实现的，而且还广泛使用其他LLVM库来实现编译器的中间部分、后端以及集成的汇编器

先分析clang编译器驱动程序的命令行调用

c 复制代码

clang hello.c -o helllo

Clang驱动程序通过使用-ccl选项来生成另一个自身实例，以及调用其内部的编译器

通过在编译器驱动程序中使用-Xclang < option >可以将特定的参数传递给该命令

该工具与驱动程序 不同，并且与GCC命令行的接口区别比较大

Ag：clang -ccl工具有一个特殊的选项，可以打印Clang抽象语法树（AST ）

可以使用以下命令

c 复制代码

clang  -Xclang -ast-dump hello.c

也可以直接调用clang -ccl 而不是驱动程序

c 复制代码

clang -cc1 -ast-dump hello.c

这里需要指出的是，编译驱动程序任务之一是用所有必要的参数来初始化编译器的调用

使用-###标志来驱动程序可以看见他用哪些参数调用clang -ccl编译器

例如，如果手动调用clang -ccl ，还需要-I标志来提供所有系统的文件头
前端操作

clang -cc1工具的一个特点是它不仅实现了编译器的前端，而且还通过LLVM库实例化所有其他的LLVM组件，以执行LLVM支持的所有编译功能

因此可以说clang -cc1几乎实现了完正的编译器

通常编译目标是x86机器码时，clang -ccl会在生成目标文件（.o文件）后停止工作，因为LLVM链接器仍处于试验阶段，未被集成。

在生成目标文件后，控制权被交还给编译器驱动程序，由其调用外部工具来链接整个项目

使用-###可以看见

在内部clang -ccl的每个调用都由一个相应的主前端操作来控制

完整的定义在源文件include/clang/Frontend/FrontendOptions.h中

操作	说明
ASTView	解析AST并在Graphviz中查看
EmitBC	产生LLVM位码.bc文件
EmitObj	产生特定于目标的.o文件
FixIt	解析任何Fixit并应用于源码
PluginAction	运行一个插件操作
RunAnalysis	运行一个或多个源码分析

选项-cc1会触发cc1_main函数的执行

在tools/driver/ccl_main.cpp可以看到源码

Ag：通过clang hello.c -o hello来间接调用-cc1时，此时函数会初始化指定目标机器码的信息，并设置诊断基础设施，还会执行EmitObj操作，该操作是在FrontendAction的一个子类CodeGenAction中实现的

该代码将实例化的所有Clang和LLVM组件，并协调指挥这些组件构建目标文件

不同前端操作的存在使Clang除了可以执行整个编译过程之外，还可以执行诸如静态分析之类的其他编译阶段。通过-target命令行参数，可以为clang指定编译目标，根据不同的编译目标，clang加载不同的ToolChain对象，并执行和编译目标对应的前端操作，使用相应的外部工具完成编译过程

库

libclang是提供给外部Clang用户的最重要的接口之一，它通过C API 提供强大的前端功能。它包括几个Clang库，这些库也可以单独使用并一起链接到用户自己的项目中

列一下一些：

libclangLex :用于预处理和词法分析，处理宏，令牌和pragma构造
libclangAST ：为构建、操作和遍历抽象语法树（AST）增加了其他功能
libclangParse ：用于使用词法分析阶段的结果进行逻辑解析
libclangSema ：用于语法分析，语义分析为AST验证提供操作
libclangCodeGen：使用编译目标的信息来生成LLVM IR代码
libclangAnalysis ：包含用于静态分析的资源
libclangRewrite：用于支持代码重写，并为构建代码重构工具提供基础架构
libclangBasic：提供一组使用程序，包括内存分配抽象、源码位置和诊断等

抽象语法树

（Abstract Syntax Tree，简称 AST）是一种树状结构，用来表示源代码的语法结构。它以树状的形式表现编程语言的语法结构，树上的每个节点都表示源代码中的一种结构。之所以说语法是"抽象"的，是因为这里的语法并不会表示出真实语法中出现的每个细节。比如，嵌套括号被隐含在树的结构中，并没有以节点的形式呈现；而类似于 if-condition-then 这样的条件跳转语句，可以使用带有三个分支的节点来表示。

AST 的根节点通常表示整个源代码，子节点表示源代码的各个组成部分，例如函数、变量、表达式等。每个节点可以包含一些属性，例如类型、值等。

AST 的应用非常广泛，包括：

编译：AST 可以用于编译器中，将源代码转换为机器代码。
解释：AST 可以用于解释器中，直接执行源代码。
代码分析：AST 可以用于代码分析工具中，例如静态代码检查、代码生成等。
代码编辑：AST 可以用于代码编辑器中，例如语法高亮、自动补全等。

下面是一个简单示例，展示了如何将以下代码转换为 AST：

python 复制代码

def add(a, b):
  return a + b

      =
     / \
    +   return
   / \
  a   b

在这个 AST 中：

根节点是 =, 表示赋值操作。
左子节点是 +, 表示加法操作。
右子节点是 return, 表示返回语句。
+ 节点的左子节点是 a，表示变量 a。
+ 节点的右子节点是 b，表示变量 b。

AST 是理解编程语言语法和语义的一种重要工具。它可以帮助我们更好地理解代码的结构和运行方式。

如何理解驱动二字？

要理解"驱动程序"中的"驱动"二字，首先要明确"驱动程序"的定义。驱动程序，全称设备驱动程序，是一种可以使计算机和设备通信的特殊程序。它相当于硬件的接口，操作系统只有通过这个接口，才能控制硬件设备的工作。

"驱动"的本义是指用鞭子或其他工具抽打牲口，使之前进。在"驱动程序"中，"驱动"的含义可以理解为：

控制：驱动程序可以控制硬件设备的行为，例如让声卡播放音乐，让打印机打印文档。
管理：驱动程序可以管理硬件设备的资源，例如分配内存空间、请求中断。
翻译：驱动程序可以将操作系统的指令翻译成硬件设备能够理解的语言。

因此，"驱动程序"中的"驱动"二字可以理解为：控制、管理、翻译。

具体来说，驱动程序的作用可以概括为以下几点：

提供硬件设备的接口：驱动程序为操作系统提供了一个标准的接口，使操作系统可以访问和控制硬件设备。
实现硬件设备的功能：驱动程序可以实现硬件设备的所有功能，例如读写数据、控制设备状态等。
提高硬件设备的性能：驱动程序可以优化硬件设备的性能，提高工作效率。