LLVM Pass快速入门(一)：构建编译环境

简介

LLVM 是一个编译框架工具，是把编译过程拆解成了高度标准化的组件。

本教程所使用的环境是windows11, vs2022

认识LLVM

LLVM 最成功的地方在于它定义了一种极其完美的中间语言LLVM IR，LLVM分为前端，优化器，后端：

• 前端 ：负责把源代码（C/C++、Rust、Go）翻译成 LLVM IR。比如 Clang。
• 优化器 ：这是 LLVM 的灵魂。它只处理 IR，不关心源码是什么语言，也不关心目标是什么机器。你写的 Pass 就运行在这里。
• 后端 ：负责把优化后的 IR 翻译成具体的机器码（x86、ARM、RISC-V）。比如 LLC。

LLVM的三端架构，我们能够很方便的自定义编译器，本系类教程主要教学优化器的pass编写

环境配置

需要准备的工具

1. git : https://git-scm.com/install/ 拉取项目
2. visual studio : https://visualstudio.microsoft.com/zh-hans/ 需要安装c/c++桌面开发组件，编译环境
3. cmake ： https://cmake.org/ 构建项目
4. ninja : https://github.com/ninja-build/ninja 加速编译

拉取LLVM并配置

这里我保存在D盘

#创建文件夹
mkdir D:\LLVM 
cd D:\LLVM 
#拉取源码 (只拉取核心仓库，不需要 submodule，现在 LLVM 是 monorepo) 
#这一步比较大，网络不好请挂梯子 
git clone --depth=1 https://github.com/llvm/llvm-project.git
#创建构建目录
cd llvm-project 
mkdir build 
cd build

构建并编译

这里需要打开刚刚下载好visual studio的工作台，我这里是x64 Native Tools Command Prompt for VS 2022
注意：开始编译需要预留30-60G硬盘空间，编译需要30分钟左右

#利用cmake构建项目
cmake -G "Ninja" ^ #使用ninja编译
-DLLVM_ENABLE_PROJECTS="clang" ^ #只编译clang节省空间
-DLLVM_TARGETS_TO_BUILD="X86" ^ #只编译x86后端，这节省大部分编译时间，除非要搞arm或者安卓
-DCMAKE_BUILD_TYPE="RelWithDebInfo" ^ #Relase版本无法调试，debug版本太大太慢了，这里选择带调试符号的relase版本
-DLLVM_OPTIMIZED_TABLEGEN=ON ^ 
-DLLVM_ENABLE_ASSERTIONS=ON ^ #开启代码断言。当pass写错时，会报错而不是直接崩溃
../llvm
#编译
ninja

添加环境变量

这一步方便之后的使用

#将刚刚编译好的环境加入环境变量
D:\LLVM\llvm-project\build\bin

简单验证环境

clang --version
opt --version

一般来说，跟着上面步骤走 并且 系统和vs版本一样到这是不会报错的。

验证环境

下面编译一个test.c来验证环境是否正常。

#include <stdio.h>

int add(int a, int b) {
    return a + b + 5;
}

int main(){
    printf("add(1, 2) = %d\n", add(1, 2));
    return 0;
}

编译代码

C 编译为LLVM IR

clang -S -emit-llvm -O0 test.c -o test.ll

观察IR：

......
define dso_local i32 @main() #0 {
entry:
  %retval = alloca i32, align 4
  store i32 0, ptr %retval, align 4
  %call = call i32 @add(i32 noundef 1, i32 noundef 2)
  %call1 = call i32 (ptr, ...) @printf(ptr noundef @"??_C@_0BA@OMPDDIF@add?$CI1?0?52?$CJ?5?$DN?5?$CFd?6?$AA@", i32 noundef %call)
  ret i32 0
}
......

LLVM IR 编译为可执行文件

编译为可执行文件并正常运行

clang test.c -o test.exe

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