Дмитрий Воронин

LLVM
Воронин Дмитрий
Agenda
•
•
•
•
•
•
Что такое LLVM
LLVM проекты
Промежуточное представление LLVM
Пример создания новой фазы компиляции в LLVM
Пример внедрения новой фазы в компилятор clang
Пример использования JIT компиляции в LLVM
2
LLVM
• LLVM – набор средств разработки (компиляторы, ассемблеры,
дебаггеры, библиотеки и пр.), тесно связанных между собой.
• Идея разработки:
- создать блоки (библиотеки), из которых можно «собирать» готовые
решения (или внедрять блоки в свои проекты)
- максимально переиспользовать разработанный код
• Примеры:
- использование парсера фронтенда для нужд IDE (индексирование,
подсветка ситаксиса, рефакторинг)
- использование единого промежуточного представление (IR) для всех
входных языков, как для статической так и для динамической
компиляции.
3
LLVM проекты
• Clang – C/C++/Objective-C фронтент
• DragonEgg – плагин к GCC, заменяющий GCC оптимизатор
LLVM’овским
• LLDB – дебаггер (для Mac OS X)
• Libc++ - реализация C++ библиотеки для нового стандарта
C++’0X
• VMKit – реализация Java Virtual Machine
4
СПО проекты (на базе LLVM)
• Crack – скриптовый язык программирования, объединяющий
парадигмы C++, Java, Python
• TCE – TTA-based Co-design Environment (TTA – Transport Triggered
Architecture), тулчейн для преобразования C/C++ программы в
VHDL
• PinaVM – SystemC фронтенд, SystemC – язык для системного
моделирования, дизайна и верификации
• IcedTea – замена «несвободных» компонент в OpenJDK
• GHC – Glasgow Haskel Compiler
• Rubinius – реализация Ruby
• FAUST – Functional AUdio Stream (real time audio signal processing
language)
5
Проприетарные проекты (на базе LLVM)
•
•
•
•
•
Компилятор фирмы Apple
Копилятор GPGPU фирмы Nvidia
Компилятор GPGPU фирмы AMD
Компилятор фирмы RapidMind (куплена фирмой Intel)
Portable Native Client фирмы Google
6
LLVM IRs
AST
LLVM IR
C
Fortran
CodeGen IR
X86 Backend
Optimizer
Ada
Power PC Backend
ARM Backend
7
Основные объекты LLVM IR
LLVMContext
-
Instruction
constants maps and predefined
constants
types maps and predefined types
map of value handles
list of global variables and aliases
values and types sym-tabs
list of functions
Function
-
list of arguments
list of basic blocks
values sym-tab
BasicBlock
-
list of uses
result type
Use
- pointer to argument (Value)
Module
-
-
list of instructions
8
Constant
Type
Типы
Type*
DerivedType
IntegerType
CompositeType
StructType
ArrayType
FunctionType
OpaqueType
SequentialType
VectorType
*Type has a list of it’s uses
9
PointerType
Значения
Value
Argument
User*
Constant
BasicBlock
Instruction
* User has a list of it’s uses
10
Константы
Constant
ConstantInt
ConstantFP
ConstantArray
ConstantStruct
ConstantVector
BlockAddress
ConstantExpr
UnaryConstantExpr
BinaryConstantExpr
GetElementPtrConstantExpr
SelectConstantExpr
ExtractElementConstantExpr
InsertElementConstantExpr
ShuffleVectorConstantExpr
ExtractValueConstantExpr
InsertValueConstantExpr
CompareConstantExpr
11
GlobalValue
BlockAddress
GlobalVariable
GlobalAlias
Function
Инструкции
Instruction
StoreInst
GetElementPtrInst
SelectInst
BinaryOperator
CallInst
UnaryInstruction
TerminatorInst
CmpInst
_other_
CastInst
AllocaInst
LoadInst
VAArgInst
ExtractValueInst
TruncInst
ZExtInst
SExtInst
FPTruncInst
FPExtInst
UIToFPInst
SIToFPInst
FPToUIInst
FPToSIInst
IntToPtrInst
PtrToIntInst
BitCastInst
ICmpInst
FCmpInst
ReturnInst
BranchInst
SwitchInst
IndirectInst
InvokeInst
UnwindInst
UnreachableInst
12
Специальные инструкции (intrinsic)
CallInst
IntrinsicInst
MemIntrinsic
EHExceptionIntrinsic
EHSelectIntrinsic
MemSetInst
MemTransferInst
MemCpyInst
MemMoveInst
13
DbgInfoIntrinsic
DbgDeclareInst
DbgValueInst
Пример IR
int foo( int *a,
int size)
{
int i, sum = 0;
for( i=0; i<size; i++)
sum += a[i];
return sum;
define i32 @foo(i32* %a, i32 %size)
{
;<label>:0
%1 = icmp sgt i32 %size, 0
br i1 %1, label %1, label %3
;<label>:1
; preds = %1, %0
%i.1
= phi i32 [ 0, %0 ], [ %i.2, %1 ]
%sum.1 = phi i32 [ 0, %1 ], [ %4,
%1 ]
}
%gep
= getelementptr i32* %a, i32 %i.1
%3
= load i32* %gep
%4
= add i32 %3, %sum.1
%i.2
= add i32 %i.1, 1
%p
= icmp eq i32 %i.2, %size
br i1 %p, label %2, label %1
;<label>:2
; preds = %1, %0
%sum.2 = phi i32 [ 0, %0 ], [ %4, %1 ]
ret i32 %sum.2
}
14
Приведения объектов IR (isa, cast, dyn_cast)
Каждый класс реализует метод static inline bool classof( Value* val);
template < class X, class Y > inline bool isa( Y *val);
template < class X, class Y > inline X cast( Y *val);
template < class X, class Y> inline X dyn_cast( Y *val);
for ( BasicBlock::iterator it = bb->begin(), …)
{
Instruction *inst = it;
if ( isa< BranchInst >( inst) )
{
// inst можно привести к BranchInst
BranchInst *br = cast< BranchInst >( inst);
}
if ( InvokeInst *invoke = dyn_cast< InvokeInst >( inst) )
{
// invoke приведен к InvokeInst
}
}
15
QA
16