Remove ads
LLVM (ранее Low Level Virtual Machine[8]) — проект программной инфраструктуры для создания компиляторов и сопутствующих им утилит. Состоит из набора компиляторов из языков высокого уровня (так называемых «фронтендов»), системы оптимизации, интерпретации и компиляции в машинный код. В основе инфраструктуры используется RISC-подобная платформонезависимая система кодирования машинных инструкций (байткод LLVM IR), которая представляет собой высокоуровневый ассемблер, с которым работают различные преобразования.
| LLVM | |
|---|---|
| Тип | компилятор |
| Разработчики | Крис Латтнер[вд], Craig Topper[вд][1] и Simon Pilgrim[вд][1] |
| Написана на | C++[2], Си[3] и язык ассемблера[3] |
| Операционные системы | кроссплатформенность, NetBSD, FreeBSD, OpenBSD, Linux, Миникс 3, Windows и Illumos |
| Первый выпуск | 24 октября 2003[4] |
| Последняя версия |
|
| Репозиторий | github.com/llvm/llvm-pro… |
| Лицензия | открытая лицензия Иллинойсского университета[вд][6] и Apache License v2.0 with LLVM Exceptions[вд][7] |
| Сайт | llvm.org (англ.) |
 Медиафайлы на Викискладе | |
Написан на C++, обеспечивает оптимизации на этапах компиляции, компоновки и исполнения. Изначально в проекте были реализованы компиляторы для языков Си и C++ при помощи фронтенда Clang, позже появились фронтенды для множества языков, в том числе: ActionScript, Ада, C#[9], Common Lisp, Crystal, CUDA, D, Delphi, Dylan, Fortran, Graphical G Programming Language, Halide, Haskell, Java (байткод), JavaScript, Julia, Kotlin, Lua, Objective-C, OpenGL Shading Language, Ruby, Rust, Scala, Swift, Xojo, Zig.
LLVM может создавать машинный код для множества архитектур, в том числе ARM, x86, x86-64, PowerPC, MIPS, SPARC, RISC-V и других (включая GPU от Nvidia и AMD).
Некоторые проекты имеют собственные LLVM-компиляторы (например LLVM-версия GCC), другие используют инфраструктуру LLVM[10], например таков Glasgow Haskell Compiler.
Разработка начата в 2000 году в Университете Иллинойса. К середине 2010-х годов LLVM получил широкое распространение в индустрии: использовался, в том числе, в компаниях Adobe, Apple и Google. В частности, на LLVM основана подсистема OpenGL в Mac OS X 10.5, а iPhone SDK использует препроцессор (фронтенд) GCC с бэкэндом на LLVM. Apple и Google являются одними из основных спонсоров проекта, а один из основных разработчиков — Крис Латтнер — 11 лет проработал в Apple (с 2017 года — в Tesla Motors[11], с 2020 года — в разработчике процессоров и микроконтроллеров на архитектуре RISC-V SiFive[12]).
Remove ads
В основе LLVM лежит промежуточное представление кода (Intermediate Representation, IR), над которым можно производить трансформации во время компиляции, компоновки и выполнения. Из этого представления генерируется оптимизированный машинный код для целого ряда платформ, как статически, так и динамически (JIT-компиляция). LLVM 9.0.0 поддерживает статическую генерацию кода для x86, x86-64, ARM, PowerPC, SPARC, MIPS, RISC-V, Qualcomm Hexagon, NVPTX, SystemZ, Xcore. JIT-компиляция (генерация машинного кода во время исполнения) поддержана для архитектур x86, x86_64, PowerPC, MIPS, SystemZ, и частично ARM[13].
LLVM написана на C++ и портирована на большинство Unix-подобных систем и Windows. Система имеет модульную структуру, отдельные её модули могут быть встроены в различные программные комплексы, она может расширяться дополнительными алгоритмами трансформации и кодогенераторами для новых аппаратных платформ.
Remove ads
LLVM поддерживает работу на следующих платформах:
LLVM имеет частичную поддержку следующих платформ:
Remove ads
Простые типы
| Целые числа произвольной разрядности | iразрядность |
|
| ||
| Числа с плавающей точкой | float, double, типы, специфичные для конкретной платформы (например, x86_fp80) | |
| Пустое значение | void | |
Производные типы
| Указатели | тип* | i32* — указатель на 32-разрядное целое |
| Массивы | [число элементов x тип] |
|
| Структуры | { i32, i32, double } | |
| Вектор — специальный тип для упрощения SIMD-операций.
Вектор состоит из 2n значений примитивного типа — целого или с плавающей точкой. |
< число элементов x тип > | < 4 x float > — вектор XMM |
| Функции |
|
Система типов поддерживает суперпозицию/вложенность, то есть можно использовать многомерные массивы, массивы структур, указатели на структуры и функции и т. д.
Большинство инструкций в LLVM принимает два аргумента (операнда) и возвращает одно значение (трёхадресный код). Значения определяются текстовым идентификатором. Локальные значения обозначаются префиксом %, а глобальные — @. Локальные значения также называют регистрами, а LLVM — виртуальной машиной с бесконечным числом регистров.
Пример:
%sum = add i32 %n, 5 %diff = sub double %a, %b %z = add <4 x float> %v1, %v2 ; поэлементное сложение %cond = icmp eq %x, %y ; Сравнение целых чисел. Результат имеет тип i1. %success = call i32 @puts(i8* %str)
Тип операндов всегда указывается явно и однозначно определяет тип результата. Операнды арифметических инструкций должны иметь одинаковый тип, но сами инструкции «перегружены» для любых числовых типов и векторов.
LLVM поддерживает полный набор арифметических операций, побитовых логических операций и операций сдвига, а также специальные инструкции для работы с векторами.
LLVM IR строго типизирован, поэтому существуют операции приведения типов, которые явно кодируются специальными инструкциями. Набор из 9 инструкций покрывает все возможные приведения между различными числовыми типами: целыми и с плавающей точкой, со знаком и без, различной разрядности и пр. Кроме этого, есть инструкции преобразования между целыми и указателями, а также универсальная инструкция для приведения типов bitcast (ответственность за корректность таких преобразований возлагается на программиста).
Remove ads
Помимо значений-регистров, в LLVM есть и работа с памятью. Значения в памяти адресуются типизированными указателями. Обратиться к памяти можно с помощью двух инструкций: load и store.
Инструкция malloc транслируется в вызов одноимённой системной функции и выделяет память в куче, возвращая значение — указатель определённого типа. В паре с ней идёт инструкция free.
%struct.ptr = malloc { double, double }
%string = malloc i8, i32 %length
%array = malloc [16 x i32]
free i8* %string
Инструкция alloca выделяет память на стеке.
%x.ptr = alloca double ; %x.ptr имеет тип double* %array = alloca float, i32 8 ; %array имеет тип float*, а не [8 x float]!
Память, выделенная alloca, автоматически освобождается при выходе из функции при помощи инструкций ret или unwind.
Remove ads
Для вычисления адресов элементов массивов, структур и т. д. с правильной типизацией используется инструкция getelementptr.
%array = alloca i32, i32 %size %ptr = getelementptr i32* %array, i32 %index ; значение типа i32*
getelementptr только вычисляет адрес, но не обращается к памяти. Инструкция принимает произвольное количество индексов и может разыменовывать структуры любой вложенности.
Также существует инструкции extractvalue и insertvalue. Они отличаются от getelementptr тем, что принимают не указатель на агрегатный тип данных (массив или структуру), а само значение такого типа. extractvalue возвращает соответственное значение подэлемента, а insertvalue порождает новое значение агрегатного типа.
%n = extractvalue { i32, [4 x i8*] } %s, 0
%tmp = add i32 %n, 1
%s.1 = insertvalue { i32, [4 x i8*] } %s, i32 %tmp, 0
Remove ads
Wikiwand in your browser!
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.
Remove ads