编译器llvm

㈠ LLVM相比于GCC，有哪些技术上的优势

首先简要介绍一下LLVM。LLVM是一个针对LLVM Intermediate Representation（IR，中间语言）的跨平台优化编译器，它的模块化设计很好，使得这个编译器中的很多功能可以被单独实现或者改进，这与其C++实现无法分开。由此，LLVM可以被设计成很多语言编译器实现的后端，负责处理程序优化和跨平台，而前端只需将程序转换成LLVM IR即可。比如说，Clang就是基于LLVM实现的C/C++编译器，它的主要功能就是将C/C++程序转换成LLVM IR，然后由LLVM负责后续的工作。

LLVM技术上的（最大）优势就在于它的模块化设计。在LLVM中，IR的解析，优化，汇编码的生成，寄存器分配，汇编码优化以及机器码生成，各种类型的二进制文件生成全部都是接口定义清晰的模块完成的，很容易分别改进或者添加定制功能。而且由于LLVM的C++实现，很多模块理解和使用比较容易。这些特性使得LLVM可以很容易地被用在科研和生产实践当中。反观GCC，模块化做得不如LLVM好，这使得它定制或者改进比较不方便。

㈡ Go语言编译器TinyGo，基于LLVM，在微控制器和小系统上编译和运行

TinyGo是一个为微控制器、WebAssembly(Wasm)和命令行工具等小型场景设计的Go语言编译器。TinyGo重用了Go语言工具和LLVM使用的库，以编译用Go语言编写的程序。目前，该项目在GitHub上已经积累了10.1k的Star。

如下为一个示例程序，当运行在任何支持的带板载LED的主板上时，则会点亮内置LED。

上述程序可以在单片机、Adafruit ItsyBitsy M0微控制器或任何支持的带内置LED的板上进行编译和不需要修改的运行，只要设置正确的TinyGo编译器目标即可。例如，设置如下目标可以编译和点亮 单片机。

项目概述

TinyGo项目旨在将Go语言引入到具有单进程或核心的微控制器和小系统。TinyGo类似于emgo，但主要的区别在于作者想要保留Go内存模型。另一个区别在于TinyGo在内部使用LLVM，因而可以获得更小更高效的代码以及更高的灵活性。

创建TinyGo项目的初衷是，如果Python可以在微控制器上运行，Go语言当然也应该能够在更低级微设备上运行。

支持设备

你可以为微控制器、WebAssembly和Linux编译TinyGo程序。目前，TinyGo支持以下85种微处理器板。

更多技术细节请参阅原项目。

㈢ LLVM - 工具

LLVM工具通过调用LLVM的一部分库，实现库的功能，通常使用编译器或者开发编译器的人会用到这些工具。

这是一个在LLVM IR级别做程序优化的工具，输入和输出都是LLVM IR。编译器，或者基于LLVM做优化的开发者通常会使用这一标准工具来查看优化的效果。它也提供了很多option, 可以执行某一特定的pass。

这是微观意义上的LLVM编译器，不同于gcc的编译器，它的输入是LLVM IR，输出是汇编文件或者是目标文件。通过-filetype=asm或者-filetype=obj来指定输出是汇编文件还是目标文件，若生成是目标文件，llc会调用LLVM中的汇编输出的代码库来工作（注意这个汇编器和gcc的汇编器也不同，它输入的是MI，是一种后端的中间表示）。除此之外，还可以用-On来指定优化级别（llc默认优化级别是-O2），或者其他一些参数。

（.bc文件换成.ll文件也可以）

这是LLVM汇编器，它输入汇编文件，输出目标文件, 类似于gnu中的as命令。同时，它也可以反汇编，指定特殊参数（–disassemble）就行。可以发现，llc和llvm-mc都会调用到输出目标文件的库，也就是MCObjectStreamer。

这个工具是LLVM IR的解释器，也是一个JIT编译器。LLVM可以把C语言翻译成LLVM IR，然后解释执行，与Java的那一套类似，这也是最初LLVM编写时的实现（一个虚拟机运行IR）。

最早看到这个工具，以为是链接器，其实它是IR级别的链接器，链接的是IR文件。谈到这里，可以说一下LLVM针对多个源文件编译时的两种目标码输出方式。

第一种是LLVM先通过前端把每个源文件单独翻译成IR级别，然后用llvm-link链接成一个IR，然后再经过优化、后端等步骤生成目标文件，使用llvm-link的同时，可以使用链接时优化。不过需要注意，这种方式同样需要最终调用链接器，将这个目标文件链接成可执行文件。

第二种是LLVM通过前端把每个源文件单独翻译后，再单独经过优化、后端等工作，将每个源文件生成目标文件，之后再调用链接器，将所有目标文件链接成可执行文件。

这是针对LLVM IR的汇编器，其实名字里带as，实际上不是gcc那个as，它的功能是将.ll文件翻译为.bc文件，LLVM项目里，.ll称为LLVM汇编码，所以llvm-as也就是IR的汇编器了。

与llvm-as刚好相反，IR的反汇编器，用来将.bc文件翻译为.ll文件。

最后也提一下clang，它也是现在LLVM项目中一个很重要的前端工具。clang能够调用整个编译器的流程，也就是上边其他工具调用的库，它很多都同样会调用。clang通过指定-emit-llvm参数，可以配合-S或-c生成.ll或.bc文件，这样我们就能把Clang的部分和LLVM的后端分离开来独立运行，对于观察编译器流程来说，很实用。

还有一些其他工具，就不举例了，可以查看LLVM项目路径下/src/tools/中查看。

㈣ 如何更好的掌握编译器的设计与实现

1. 阅读相关书籍：编译原理、编译器设计、编译器实现等；
2. 自学相关编程语言：C、C++、Java等；
3. 实践：可以使用开源的编译器框架，例如ANTLR，搭建自己的编译器；
4. 了解编译器的各个组成部分，并学习它们的工作原理；
5. 阅读技术文章，了解编译器的设计和实现的最新进展；
6. 加入开源项目，编写和维护编译器；
7. 在论坛上交流，和更多的编译器开发者分享心得体会；
8. 参加学术会议，接触到最新的研究成果；
9. 尝试着自己设计一个编译器，用实践来加深理解。