掌握 LLVM: 安裝、配置與使用

一、安裝

LLVM 是一個開放源代碼編譯器基礎設施，包括一系列 modul，可以進行程序代碼的優化、代碼生成、代碼調試等功能。LLVM 是一個非常強大的編譯器，但對於初學者而言，安裝 LLVM 也是必不可少的。在這一部分，我們將介紹如何安裝 LLVM。

1、下載 LLVM：下載 LLVM 安裝文件。可以在 LLVM 官方網站上下載，網址為 「http://llvm.org/releases/download.html」。可以在這裡選擇需要的 LLVM 版本以及適合自己操作系統的版本。

2、安裝 LLVM：下載完成後，解壓文件並使用以下命令進行安裝：

tar xvf <package_name>.tar.gz 
cd <package_name>
./configure
make
make install

其中 configure 命令會根據系統的環境配置編譯器生成指定版本的 LLVM。make 命令會執行編譯器的編譯過程，並生成 LLVM 和 Clang 工具鏈。最後執行 make install 命令會將編譯器安裝到系統目錄下。

二、配置

假設我們已經安裝了 LLVM，下面我們就來進行相關的配置。

1、環境變量：我們需要將安裝的 LLVM 的 bin 目錄添加到環境變量中，這樣我們就可以在命令行中使用 LLVM 工具。同時也需要添加 LLVM 的 lib 目錄到 LD_LIBRARY_PATH 環境變量中，這樣在執行編譯器時，可以正確的找到庫的位置。

2、配置 Makefile：在編譯 LLVM 代碼時，需要將 LLVM 相關的頭文件和庫文件鏈接到編譯器中。因此，我們需要對Makefile 進行相應的配置。Makefile 的配置可以將 -I<LLVM 安裝目錄>/include 添加到編譯命令的頭文件路徑中，將 -L<LLVM 安裝目錄>/lib 添加到鏈接命令的庫文件路徑中。

3、使用 CMake 配置文件：在使用 LLVM 進行開發時，經常需要進行一些特殊的配置，為此，LLVM 提供了一種 CMake 配置文件（如 CMakeLists.txt）。使用該文件，我們可以進行更加靈活的配置，在項目中引入我們需要的模塊以及配置我們需要的版本等。

三、使用

在使用 LLVM 進行編譯和優化代碼時，可以使用 clang 和 llc 工具。

1、Clang：Clang 是 LLVM 的 C/C++/Objective-C 編譯器，它可以將代碼轉化為 llvm 中間碼，並進行一系列的優化以及代碼生成工作。Clang 不僅可以編譯本地代碼，還可以將代碼編譯為 WebAssembly 等其他特定平台的代碼。

// C 代碼
#include <stdio.h>
int main()
{
    printf("Hello world!\n");
    return 0;
}
// 使用 Clang 編譯代碼並執行
clang test.c -o test && ./test

2、llc：llc 是 LLVM 的動態彙編器，用來將 LLVM 中間代碼轉化為彙編代碼，同時可以通過 llc 工具配置輸出彙編代碼的信息。

// LLVM 中間碼
; ModuleID = 'test.c'
target datalayout = "e-m:e-i64:64-f80:128-n8:16:32:64-S128"
target triple = "x86_64-pc-linux-gnu"

; Function Attrs: noinline nounwind optnone uwtable
define dso_local i32 @main() local_unnamed_addr #0 {
  %1 = call i32 (i8*, ...)* @printf(i8* getelementptr inbounds ([14 x i8], [14 x i8]* @.str, i64 0, i64 0))
  ret i32 0
}

declare i32 @printf(i8*, ...) #1

@.str = private unnamed_addr constant [14 x i8] c"Hello world!\0A\00", align 1

attributes #0 = { noinline nounwind optnone uwtable "disable-tail-calls"="false" "frame-pointer"="none" "less-precise-fpmad"="false" "min-legal-vector-width"="0" "no-frame-pointer-elim"="false" "no-infs-fp-math"="false" "no-jump-tables"="false" "no-nans-fp-math"="false" "no-signed-zeros-fp-math"="false" "no-trapping-math"="false" "stack-protector-buffer-size"="8" "target-cpu"="x86-64" "target-features"="+cx8,+fxsr,+mmx,+sse,+sse2,+x87" "unsafe-fp-math"="false" "use-soft-float"="false" }
attributes #1 = { "printf-like" }
// 使用 llc 將中間碼輸出彙編代碼
llc -filetype=asm test.ll -o test.asm

四、常見問題

1、LLVM 和 Clang 的區別：LLVM 是一種編譯器基礎設施，包括諸多模塊，提供了代碼優化、代碼生成和代碼調試等功能。而 Clang 是 LLVM 的 C/C++/Objetive-C 編譯器。

2、LLVM 是否支持其他編程語言：LLVM 支持的編程語言不僅僅局限於 C/C++/Objective-C 等主流語言。LLVM 提供了一套通用的 IR 中間表示，並且還支持將 IR 轉化為 JavaScript/Python 等腳本語言。

3、如何排查某個 LLVM 模塊無法工作的問題：使用 LLVM 自帶的 LLDB 工具即可進行排查，其可以支持 LLVM 內部的調試，並且還支持 Visual Studio、XCode 等常見的調試 IDE。