LLVM 简介
LLVM 是架构编译器（compiler）的框架系统，以 C++ 编写而成，用于优化以任意程序语言编写的程序的编译时间（compiler-time）、链接时间（link-time）、运行时间（run-time）以及空闲时间（idle-time），对开发者保持开放，并兼容已有脚本。
传统编译器设计
编译器前端（Frontend）
编译器前端的任务是解析源代码。它会进行：词法分析、语法分析、语义分析、检查源代码是否存在错误。然后构建抽象语法树（Abstract Syntax Tree，AST），LLVM 的前端还会生成中间代码（intermediate representation，IR）。
优化器（Optimizer）
优化器负责各种优化。改善代码的运行时间，例如消除冗余计算等。
后端（Backend）/代码生成器（CodeGenerator）
将代码映射到目标指令集。生成机器语言，并且进行机器相关的代码优化。
ios的编译器架构
Objective-C/C/C++ 使用的编译器前端是 Clang，Swift 使用的是 Swift，后端使用的都是 LLVM。
LLVM的设计
LLVM 设计的最重要的方面是：使用通用的代码表示形式（IR），它是用来在编译器中表示代码的形式。所以 LLVM 可以为任何编程语言独立编写前端，并且可以为仁矣硬件架构独立编写后端。
LLVM 的设计是前后端分离，前后端一个发生变化，不会影响另一个
Clang 简介
Clang 是 LLVM 项目中的一个子项目。它是基于 LLVM 架构的轻量级编译器，诞生之初是为了替代 GCC，提供更快的编译速度。它是负责编译 C、C++、Objective-C 语言的编译器，它属于整个 LLVM 架构中的编译器前端。
编译流程
新建一个工程，在 main.m 中添加如下代码
int test(int a, int b) {
return a + b + 3;
}
int main(int argc, const char * argv[]) {
int a = test(1, 2);
printf("%d",a);
return 0;
}
通过命令可以打印源码的编译阶段
clang -ccc-print-phases main.m
通过上述命令打印 main.m 源码的编译阶段，结果如下
+- 0: input, "main.m", objective-c
+- 1: preprocessor, {0}, objective-c-cpp-output
+- 2: compiler, {1}, ir
+- 3: backend, {2}, assembler
+- 4: assembler, {3}, object
+- 5: linker, {4}, image
6: bind-arch, "x86_64", {5}, image
过程解析
- 0: 输入文件，找到源文件
- 1: 预处理阶段：这个过程处理包括宏的替换，头文件的导入
- 2: 编译阶段：进行词法分析、语法分析、检测语法是否正确，最终生成
IR - 3: 后端：这里
LLLVM会通过一个一个的Pass去优化，每个Pass做一些事情，最终生成汇编代码 - 4: 生成目标文件
- 5: 链接：链接需要的动态库和静态库，生成可执行文件
- 6: 通过不同的架构，生成对应的可执行文件
预处理阶段
这个阶段主要是处理包括宏的替换，头文件的导入。通过执行以下命令
clang -E main.m
可以在终端中看到头文件的导入和宏的替换，如果想在文件中查看，可以执行以下操作
clang -E main.m >> main2.m
当前命令会生成对应的文件查看替换后的源码 main2.m
typedef在给数据类型取别名时，在预处理阶段不会被替换掉
define则在预处理阶段会被替换，所以经常被是用来进行代码混淆，目的是为了app安全，实现逻辑是：将app中核心类、核心方法等用系统相似的名称进行取别名了，然后在预处理阶段就被替换了，来达到代码混淆的目的
编译阶段
这个阶段主要进行词法分析、语法分析、检测语法是否正确，最终生成 IR
1. 词法分析
预处理完成后就会进行 词法分析。这里会把代码切成一个个 Token，比如大小括号、等于号还有字符串等。
通过以下命令查看
clang -fmodules -fsyntax-only -Xclang -dump-tokens main.m
代码的词法分析结果如下
2. 语法分析
词法分析完成之后就是 语法分析，它的任务是验证语法是否正确。在词法分析的基础上将单词序列组合成各类语法短语，如“程序”，“语句”，“表达式”等等，然后将所有节点组成 抽象语法树（Abstract Syntax Tree，AST）。语法分析程序判断源程序在结构上是否正确。
使用以下命令
clang -fmodules -fsyntax-only -Xclang -ast-dump main.m
如果导入头文件找不到，那么可以指定 SDK 路径
clang -isysroot (自己 SDK 路径) -fmodules -fsyntax-only -Xclang -ast-dump main.m
// 我当前使用的 SDK 路径
clang -isysroot /Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/iPhoneSimulator.platform/Developer/SDKs/iPhoneSimulator14.2.sdk -fmodules -fsyntax-only -Xclang -ast-dump main.m
语法分析的结果如下
3. 生成中间代码 IR（intermediate representation）
完成以上步骤后就开始生成中间代码 IR 了，代码生成器（Code Generation）会将语法树自顶向下遍历逐步翻译成 LLVM IR。
通过下面命令可以生成 .ll 的文本文件，查看 IR 代码
clang -S -fobjc-arc -emit-llvm main.m
打开 main.ll 文件，生成的中间代码如下
Objective C 代码在这一步会进行 runtime 的桥接：property 合成，ARC 处理等。
IR 的基本语法
@ 全局标识
% 局部标识
alloca 开辟空间
align 内存对齐
i32 32个bit，4个字节
store 写入内存
load 读取数据
call 调用函数
ret 返回
IR 的优化
-
LLVM的优化级别分别是-O0 -O1 -O2 -O3 -Os(第一个是大写英文字母O)，下面是带优化的生成中间代码IR的命令
clang -Os -S -fobjc-arc -emit-llvm main.m -o main.ll
当然也可以在 Xcode 项目中设置：Xcode -> TARGET -> Build Settings -> Optimization Level 选项设置等级
优化后的中间代码如下
- bitCode
Xcode 7 以后开启 bitcode 苹果会做进一步的优化。生成 .bc 的中间代码。我们可以通过优化后的 IR 代码生成 .bc 代码
clang -emit-llvm -c main.ll -o main.bc
生成汇编代码
我们通过最终的 .bc 或者 .ll 代码生成汇编代码
clang -S -fobjc-arc main.bc -o main.s
clang -S -fobjc-arc main.ll -o main.s
生成的汇编代码也可以进行优化
clang -Os -S -fobjc-arc main.m -o main.s
生成目标文件（汇编器）
目标文件的生成，是汇编器以汇编代码作为输入，将汇编代码转换为机器代码，最后输出目标文件（object file）。
clang -fmodules -c main.s -o main.o
此时会生成一个 main.o 文件，通过 nm 命令，查看下 main.o 中的符号
_printf 是一个
undefined external的
undefined表示在当前文件暂时找不到符号 _printf
external表示这个符号是外部可以访问的
生成可执行文件（链接）
链接器把编译产生的 .o 文件和 .dylib / .a 文件，生成一个 mach-o 文件
clang main.o -o main
查看链接之后的符号
当前 main 就是 mach-o 可执行文件
整体流程图
