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1.[clang]: llvm 前端编译流程
2.c++反射----使用clang实现
3.clang 学习笔记
4.Clang前端源码分析
5.Clang概述
6.LLVM源码编译及调试

[clang]: llvm 前端编译流程

       clang编译流程分为五个主要步骤：预处理器、编译器、后端生成、汇编、链接器。

       预处理阶段主要进行文本替换操作，asp查询源码处理编译语言中的预处理指令，如导入头文件和宏替换等，不进行语法和词法检测。

       编译器阶段通过词法分析和语法分析，将预处理结果转换成抽象语法树（AST），以便生成中间表示（IR）。例如，从文件test.cc生成的AST将会被转换成可读的文本中间表示（ll）或不可读的bitcode（bc）文件。

       生成IR阶段，AST被转换为中间表示格式，确保正确识别代码的语法结构。bitcode（bc）和ll文件为两种不同的中间表示形式，二者可以相互转换。通过指令可以实现从中间表示到汇编语言的转换。

       汇编阶段，使用指令将中间表示转换为汇编代码（test.s），汇编语言代码可用于运行或进一步转换。

       最后阶段是链接器，将生成的汇编代码（或其他类型的目标文件）链接为可执行文件或动态库。

       总结，整个流程包含以下关键输出文件：

       - test.c：源代码输入

       - test.i：预处理输出文件

       - test.bc：bitcode中间表示文件

       - test.ll：可读的文本中间表示文件

       - test.s：汇编代码输出

       - test.o：单文件生成的二进制文件

       - image：最终的可执行文件

       注意流程图中箭头方向表示文件转换方向，实线部分介绍Clang编译器相关功能，虚线部分不涉及。

c++反射----使用clang实现

       LLVM 与 Clang 介绍

       LLVM 是 Low Level Virtual Machine 的简称，它提供了一系列与编译器相关的支持，涵盖编译期优化、链接优化、在线编译优化及代码生成。LLVM 可以作为多种语言的后端，如 C、C++、Objective-C、xml源码模式Rust、Swift 等。

       Clang 是一个基于 LLVM 的 C++ 编写编译器前端，由 Apple 开发，用于在不支持全部 OpenGL 特性的 GPU 上生成代码（JIT），以确保程序的正常运行。Clang 相对于 GCC 具有清晰简单的设计、易于理解与扩展的特性，并提供了易于 IDE 集成的工具，如 clang-format、clang-ast、libclang、libtooling、address sanitizer 等。

       使用 Clang 实现 C++ 反射

       Clang 提供了一系列 C 语言接口，用于实现反射功能。尽管这些接口提供了部分基本信息，但不能全面涵盖 Clang C++ AST 中的信息。部分 C 接口虽附有 doxygen 注释，但作为指导文档，其内容不足以覆盖所有实现细节。实现特定功能时，开发者需自行探索。

       抽象语法树（AST）解析

       抽象语法树（AST）是 Clang 解析源代码生成的形式。通过相关工具导出 AST，可以实现代码分析和自动生成。以代码示例为例，经过手工分析，可以将其解析为 AST 形式。通过 Clang 命令（如 clang -Xclang -ast-dump -fsyntax-only test.hxx）打印 AST 输出，展示代码的抽象结构。

       利用 AST Matcher 过滤输出

       AST Matcher 可用于筛选 AST dump 的输出，获取特定信息。例如，仅打印参数类型为 std::vector 的函数声明。

       反射需求分析

       实现反射功能需要获取类、字段、格斗双截龙源码函数等信息。通过 AST Matcher，可以过滤并获取感兴趣的部分。对于特定类、字段、函数的过滤，利用属性（Attribute）功能。

       属性（Attribute）介绍

       属性是程序结构的元数据，用于向编译器传递语义信息，如代码生成结构或静态分析信息。属性定义方式在不同编译器中有所不同，例如 GNU 和 Microsoft Visual C++ 的属性定义。

       自定义属性实现

       通过 annotate 属性作为标记，使用宏或其他方法扩展属性定义，实现自定义功能。利用 annotate 属性生成元数据，随后通过模板语言（如 Mustache）自动生成代码。

       代码自动生成流程

       在反射功能实现后，通过模板语言自动生成代码，构建包含反射信息的元数据。随后，通过预处理器或类似机制，将生成的代码插入原有编译流程中。

       总结

       利用 Clang 和 libclang 实现 C++ 反射功能，构建了自定义的反射系统。然而，系统存在模板支持不完全、libclang 局限性等问题。对于完整且严谨的反射系统，推荐直接使用 Clang 的 C++ 接口，功能更加强大，但文档相对缺乏。总之，实现 C++ 反射涉及深入理解和使用 Clang 和 libclang 的功能。

clang 学习笔记

       clang是LLVM编译器工具集的一个用于编译C、C++、Objective-C的源码隐藏举报前端，由苹果公司赞助开发，源代码采用类BSD的伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校开源码许可。相对于gcc，clang具有以下优势：

       1. 支持更现代的C++标准，如C++、C++、C++等。

       2. 代码质量更高，由于其分析更加严格，能够发现更多潜在错误。

       3. 更好的类型推断，可以减少使用模板代码的需要。

       4. 提供更详细的错误信息和诊断，帮助开发者快速定位问题。

       然而，clang在某些方面仍需改进，比如在处理大型项目时的构建速度和内存使用效率。此外，相对于gcc，clang的社区支持和文档可能稍显不足。

       要安装LLVM + clang，有二进制安装和源码安装两种方式。对于二进制安装，您可以在官网下载适合您操作系统的预编译版本。源码安装则需要下载LLVM源码，编译并配置安装。具体步骤如下：

       1. 下载LLVM源码包。

       2. 配置编译选项，包括指定安装路径等。

       3. 使用`make`命令编译源码。

       4. 使用`sudo make install`命令安装。

       编译C程序使用clang与gcc类似，可以通过创建一个包含`main`函数的C源文件，使用命令行编译并链接生成可执行文件。例如：

       1. 使用`gcc`或`clang`命令编译源文件。

       2. 使用`./a.out`运行生成的可执行文件。

       本文使用Zhihu On VSCode进行创作与发布。JavaSprit网页源码

Clang前端源码分析

       Clang前端源码分析

       Clang，作为Apple公司的一款重要编译器，旨在取代GCC的地位，其设计独特，架构分为前端、优化器和后端三部分。这种架构使得新语言编译器的开发仅需关注前端，而优化器和后端可以保持通用，适应不同架构的编译只需调整后端部分。Clang的起源是Apple为摆脱GCC的限制，由Chris Lattner主导，基于LLVM架构创建的，初衷是提供一个更清晰、易扩展和高效的选择。

       在Xcode的演变中，从GCC 4.2版本后，LLVM-Clang逐渐取代了GCC的地位，尤其在Apple系统中，LLVM-Clang以其优点成为首选。Clang的模块化设计使得它在错误提示、IDE集成等方面表现优于GCC，尽管GCC支持更多语言和平台，但维护和性能不如Clang。如今，Clang在Android NDK中也逐渐占据主导，取代了部分GCC的职责，展示了其在编译领域的竞争力。

       如果你想深入了解Clang的源码解析，可以关注DriverOptTable的生成机制，特别是Driver::ParseArgStrings方法，它负责将命令行参数解析为ArgList，对参数进行合法性检查，确保编译器的正确运行。通过这些细节，可以更好地理解Clang编译器参数处理的复杂性和灵活性。

Clang概述

       LLVM项目的一个子项目，基于LLVM架构的C/C++/Objective-C编译器前端

       Clang将C/C++/Object-C源码转换成LLVM IR，指令选择将LLVM IR转换成Selection DAG node（SDNode），指令调度将SDNode转换成MachineInstr，代码输出将MachineInstr转换成MCInst。

       Clang的两层含义：自动调用后端程序包括预处理（preprocessing），编译（compiling），链接（linking）并生成可执行程序，将C/C++/Object-C源码编译成LLVM IR。

       Compiler Driver本质是调度管理程序，Clang Driver划分成五个阶段：Parse、Pipeline、Bind、Translation、Execute。其执行过程大致如下：Driver::ExecuteCompilation -> Compilation::ExecuteJobs -> Compilation::ExecuteCommand-> Command::Execute -> llvm::sys::ExecuteAndWait。其执行过程调用相关操作系统，执行其系统相关的执行程序，并等待执行过程完成。

       Clang的核心组件包括Tokens、抽象语法树（AST）、语法分析、递归下降、Precedence Climbing算法等。Tokens是通过词法分析产生的单词记号，词法分析在预处理过程中初始化。抽象语法树（AST）是语法分析的输出，表示源代码语法结构的抽象表示。递归下降解析中缀表达式语法一般有两个问题，Precedence Climbing算法的主要思想是将表达式视为一堆嵌套的子表达式，其中每个子表达式都具有其包含的运算符的最低优先级。

       Clang的入口位于tools/driver/driver.cpp中的int main(int Argc, const char **Argv)函数，如果程序第一个参数是-cc1则直接执行函数static int ExecuteCC1Tool(SmallVectorImpl &ArgV)，此时为前端模式，直接执行cc1_main或cc1as_mian;执行完毕后程序退出；如果不是-cc1，则进行相关命令解释，生成相容的命令行，由int Driver::ExecuteCompilation(Compilation &C,SmallVectorImpl> &FailingCommands)执行相容的命令行。

       Clang通过Action完成具体的操作，CompilerInstance是一个编译器实例，综合了一个 Compiler 需要的 objects，如 Preprocessor，ASTContext，DiagnosticsEngine，TargetInfo 等。CompilerInvocation为编译器执行提供各种参数，它综合了TargetOptions、DiagnosticOptions、HeaderSearchOptions、CodeGenOptions、DependencyOutputOptions、FileSystemOptions、PreprocessorOutputOptions等各种参数。FrontendAction::ExecuteAction()是一个纯虚函数，通过继承这个方法来实现具体的Front End Action，Clang还提供了几个继承子类 ASTFrontendAction，PluginASTAction，PreprocessorFrontendAction。 Action及其派生的Action定义如下，大多数Front end Action都继承ASTFrontendAction，每一个ASTFrontendAction都会创建一个或者多个ASTConsumer，ASTConsumer也是一个纯虚类，通过继承ASTConsumer去实现特定的AST Consumer。

       ASTConsumer中可以重载下面两个函数：HandleTopLevelDecl()解析顶级的声明（像全局变量，函数定义等）的时候被调用；HandleTranslationUnit()在整个文件都解析完后会被调用。大概流程如下：初始化CompilerInstance之后，调用其成员函数ExcutionAction, ExcutionAction会间接依次调用FrontendAction的6个成员函数（直接调用的是FrontendAction的三个public 接口，BeginSourceFile，Execute，EndSourceFile），而FrontendAction的ExecuteAction会最终调用语法分析函数ParseAST(未强制要求ParseAST放入ExcuteAction，但ASTFrontendAction如此)。 ParseAST在分析过程中，又会插入ASTConsumer的多个句柄（用得最多是HandleTopLevelDecl和 HandleTranslationUnit）。

       Clang的Parser是通过void clang::ParseAST(Sema &S, bool PrintStats, bool SkipFunctionBodies)执行的，ParseAST()函数对个top level decleration（包括变量和函数）调用parser解析得到一颗正确的语法树。Clang使用递归下降（recursive-decent）的语法分析，具体来说，采用的是基于中缀表达式分析的precedence climbing算法。

       Clang的Parser（lib/Parse和lib/AST）是通过void clang::ParseAST(Sema &S, bool PrintStats, bool SkipFunctionBodies)执行的，ParseAST()函数对个top level decleration（包括变量和函数）调用parser解析得到一颗正确的语法树。

LLVM源码编译及调试

       为了深入理解并实现LLVM源码的编译与调试，我们需要分步骤进行，逐一安装相关软件并配置环境。首先，安装cmake，这是构建过程的核心工具。

       在Linux环境下，我们可以使用tar命令来下载并解压cmake的安装包。具体的步骤是：

       访问cmake官网，下载cmake-3..0-rc2-linux-x_.tar.gz。

       使用tar命令解压文件：`tar xf cmake-3..0-rc2-linux-x_.tar.gz`。

       将解压后的文件移到/usr/share目录，并重命名为cmake-3..0-rc2-linux-x_以方便访问。

       创建软连接，将cmake-3..0-rc2-linux-x_/bin/cmake移动到/usr/bin目录，并重命名为cmake，确保它可以被直接调用。

       然后，安装ninja，这是构建过程中高效的任务执行工具。

       使用git克隆ninja的源代码。

       运行配置脚本以生成构建文件。

       复制ninja到/usr/bin目录。

       通过`ninja --version`检查ninja的安装情况。

       接下来，安装Python、gcc和g++，这是构建LLVM环境的基本依赖。

       之后，安装LLVM。我们可以通过git克隆LLVM项目并进行配置、构建和安装。

       克隆LLVM项目。

       指定版本（例如，基于特定版本）。

       切换到项目目录并使用cmake进行配置。

       使用预先选择的构建系统（如Ninja）和选项进行构建。

       执行构建并使用ninja命令进行编译。

       调试LLVM源码涉及查看支持的后端target、使用前端编译器（clang）生成LLVM IR、使用LLVM工具（如llc）进行调试、并使用graphviz生成可视化图表。

       在调试过程中，可以使用以下工具：

       查看各阶段DAG使用llvm-dis。

       查看AMDGPU寄存器信息与指令信息使用llvm-tblgen。

       通过上述步骤，您可以成功安装并配置LLVM源码的编译环境，并进行有效的调试与分析。

详解三大编译器：gcc、llvm 和 clang

       详解三大编译器：gcc、llvm和clang

       编译器结构通常包括前端、优化器和后端。前端负责解析源代码，语法分析，生成抽象语法树；优化器在此基础上优化中间代码，追求效率提升；后端则将优化后的代码转化为特定平台的机器码。

       GNU Compiler Collection (gcc)起源于C语言编译器，后来扩展支持多种语言。然而，苹果公司由于对Objective-C特性和IDE需求的特殊性，与gcc分道扬镳，转而引入了LLVM。LLVM不仅提供编译器支持，还是一个底层虚拟机，可作为多种编译器的后端，其优点在于模块化和代码重用。

       Chris Lattner，这位编译器大牛，凭借在LLVM的研究和开发，特别是他提出的编译时优化思想，使得LLVM在苹果的Mac OS X .5中大放异彩。Clang是LLVM的前端，专为C、C++和Objective-C设计，旨在替代gcc。Clang在速度、内存占用和诊断信息可读性方面优于gcc，同时支持更多的编程语言和API集成。

       在选择gcc、LLVM和Clang时，最新项目推荐使用LLVM-GCC，因为它稳定且成熟，是Xcode 4的预设。然而，老版本的gcc不推荐使用，因为苹果对其维护较少。对于动态语言支持和代码重用，LLVM的特性更胜一筹，它不仅是一个编译器集合，更是库集合，为开发者提供了更大的灵活性。

       总的来说，LLVM通过提供通用中间代码和模块化设计，解决了传统编译器的局限，使代码重用成为可能，这使得它在现代编译器领域中独具优势。