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LLVM 编译器中的王者

什么是LLVM
- 官网: https://llvm.org/
- The LLVM Project is a collection of modular and resuable compiler and toolchain technologies.
- LLVM 项目是模块化, 可重用的编译器以及工具链技术的集合
- 美国计算机协会(ACM)将其2012年软件系统奖项颁给了LLVM, 之前曾经获得此奖项的软件和技术包括: Java, Apache, UNIX, the World Wide Web, Eclipse等等
创始人
- Chris Lattner, 也是Swift之父
有些文章把 LLVM 当做 Low Level Virtual Machine (低级虚拟机) 的缩写简称, 官方描述如下
- The name “LLVM” itself is not an acronym; it is the full name of the project.
- “LLVM” 这个名称本身不是首字母缩略词; 它是项目的全名

不同的前端后端使用统一的中间代码LLVM Intermediate Representation (LLVM IR)
如果需要支持一种新的编程语言, 那么只需要实现一个新的前端
如果需要支持一种新的硬件设备, 那么只需要实现一个新的后端
优化阶段是一个通用的阶段, 它针对的是统一的LLVM IR, 不论是支持新的编程语言, 还是支持新的硬件设备, 都不需要对优化阶段做修改
相比之下, GCC 的前端和后端没分得太开, 前端后端耦合在了一起. 所以 GCC 为了支持一门新的语言, 或者为了支持一个新的目标平台, 就变得特别困难
- 以上图为例: LLVM: 只需要3个编译器前端, 3个编译器后端
- GCC: 则需要9个编译器 C-X86 C-POWER_PC C-ARM
- Fortran-X86 Fortran-POWER_PC Fortran-ARM
- Haskell-X86 Haskell-POWER_PC Haskell-ARM
LLVM 现在被作为实现各种静态和运行时编译语言的通用基础结构(GCC家族、Java、.NET、Python、Ruby、Scheme、Haskell、D等)

什么是Clang?
- LLVM 项目的一个子项目
- 基于LLVM 架构的C/C++/Objective-C编译器前端
- 官网: http://clang.llvm.org/
相比GCC, Clang具有如下优点
- 编译速度快: 在某些平台上, Clang的编译速度显著的快过GCC
- 占用内存小: Clang生成的AST所占用的内存是GCC的五分之一左右
- 模块化设计: Clang采用基于库的模块化设计, 易于IDE集成及其他用途的重用
- 诊断信息可读性强: 在编译过程中, Clang 创建并保留了大量详细的元数据(metadata), 有利于调试
- 设计清晰简单, 容易理解, 易于扩展增强

语法分析, 生成语法树 (AST, Abstract Syntax Tree) : clang -fmodules -fsyntax-only -Xclang -ast-dump main.m

LLVM IR 有3中表示形式 (但本质是等价的, 就好比水可以有气体, 液体, 固体3种形态)
- text: 便于阅读的文本格式, 类似与汇编语言, 拓展名**.ll**, clang -S -emit-llvm main.m
- memory: 内存格式
- bitcode: 二进制格式, 拓展名**.bc**, clang -c -emit-llvm main.m