LLVM Pass学习（1）

因为不想再在这种题上爆零，所以开了这个系列😭

LLVM Pass概述

LLVM Pass 是一个在 LLVM 编译框架中执行的独立的代码变换或优化步骤。LLVM 本身是一个开源的编译器框架，广泛用于生成机器代码、优化代码和进行程序分析。Pass 是 LLVM 中处理中间表示（IR, Intermediate Representation）的基本单位。

具体概念解释：

中间表示（IR）：
LLVM 使用一种称为中间表示（IR）的低级代码格式，介于源代码和机器代码之间。IR 更加抽象，不依赖于任何特定的硬件架构，便于进行优化和转换。
Pass：在 LLVM 中，Pass 是对 IR 进行某种操作的单元。每个 Pass 会执行特定的任务，如优化、分析或者代码转换。Pass 会遍历 IR，并对其进行修改或分析，生成更有效的代码。

Pass 可以分为两大类：
- 分析 Pass：这类 Pass 只对程序进行分析，不会修改代码。例如，分析程序的控制流、数据流、依赖关系等。
- 变换 Pass：这类 Pass 会对代码进行修改，通常用于优化。比如，消除无用代码（Dead Code Elimination）、循环展开（Loop Unrolling）等。
优化：
LLVM Pass 的重要功能之一是优化，优化可以帮助生成运行更高效的代码。优化的类型有很多，包括：
- 常量传播（Constant Propagation）：用已知的常量值替换表达式。
- 循环优化：对循环进行优化，如循环合并、循环展开等。
- 死代码消除（Dead Code Elimination）：删除不影响程序结果的代码。
- 内联（Inlining）：将函数调用替换为函数体，以减少函数调用的开销。
Pass 管理器：在 LLVM 中，多个 Pass 会被组合在一起，形成一个 Pass 管理器（Pass Manager）。Pass 管理器负责管理和执行所有的 Pass，并确保它们按照正确的顺序执行。Pass 可以是一个独立的步骤，也可以按需组合执行。
优化级别：
LLVM 提供不同的优化级别（如 -O1、-O2、-O3）来控制 Pass 的应用程度。不同的级别表示不同的优化强度，高级别可能会使用更复杂的优化，但也可能会增加编译时间。

人话：

假设有一段程序，它做了很多重复的计算。如果使用 LLVM Pass 来优化代码，Pass 可能会发现这些计算是冗余的（例如，两个相同的加法操作），然后将其优化成更简单的代码，从而加速程序的执行。

总结来说，LLVM Pass 是一种对代码进行优化和变换的机制，通过多个独立的 Pass 对中间表示进行操作，最终帮助生成更加高效的机器代码。

小试牛刀

环境为Ubuntu20.04，llvm版本为llvm-9

首先准备一段官方资料给的测试代码

#include <llvm/IR/Function.h>
#include <llvm/Pass.h>
#include <llvm/Support/raw_ostream.h>
#include <llvm/IR/LegacyPassManager.h>
#include <llvm/Transforms/IPO/PassManagerBuilder.h>

using namespace llvm;
 
namespace { //声明匿名空间，被声明的内容仅在文件内部可见
  struct Hello : public FunctionPass {
    static char ID;
    Hello() : FunctionPass(ID) {}
    bool runOnFunction(Function &F) override {//重写runOnFunction，使得每次遍历到一个函数的时候就输出函数名
      errs() << "Hello: ";
      errs().write_escaped(F.getName()) << '\n';
      return false;
    }
  };
}
 
char Hello::ID = 0;
 
// Register for opt
static RegisterPass<Hello> X("hello", "Hello World Pass");//注册类Hello，第一个参数是命令行参数，第二个参数是名字
 
// Register for clang
static RegisterStandardPasses Y(PassManagerBuilder::EP_EarlyAsPossible,
  [](const PassManagerBuilder &Builder, legacy::PassManagerBase &PM) {
    PM.add(new Hello());
  });

其中，Hello模块的功能为输出程序所有的函数名接着将其编译为so文件

1	clang `llvm-config --cxxflags` -Wl,-znodelete -fno-rtti -fPIC -shared myFirstLLVMpass.cpp -o LLVMFirst.so `llvm-config --ldflags`

现在再随便准备一个C语言程序，将其编译为.ll文件

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

最后使用opt加载so文件，测试下hello模块

1	opt -load ./LLVMFirst.so -hello test.ll

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