编译器开发是一项非常艰巨的任务。 但是，幸运的是，随着LLVM之类的项目的开发，此问题的解决方案得到了极大简化，甚至允许单个程序员创建性能接近C的新语言。由于该系统由大量代码表示并配有小型文档，因此使用LLVM变得很复杂。 为了纠正这一缺陷，我们今天出版的材料的作者将演示用Go编写的代码示例，并展示如何先使用
TinyGO编译器将其传输到
Go SSA ，然后再传输到LLVM IR。 对Go SSA和LLVM IR代码进行了稍微的编辑，为了使这些说明更容易理解，已删除了不属于此处给出的说明的内容。
第一个例子
我要在这里解析的第一个函数是一个简单的加数机制：
func myAdd(a, b int) int{ return a + b }
此功能非常简单，也许没有一件事情不容易提出。 它将转换为以下Go SSA代码：
func myAdd(a int, b int) int: entry: t0 = a + b int return t0
通过此函数表示，有关数据类型的提示位于右侧，在大多数情况下，您可以忽略它们。
这个小例子已经使您了解SSA的一个方面的要点。 即，在将代码转换为SSA形式时，每个表达式都被划分为其组成的最基本的部分。 实际上，在我们的例子中，
return a + b命令表示两个操作：加两个数字并返回结果。
另外，在这里您可以看到程序的基本块，在此代码中只有一个块-输入（入口块）。 我们将在下面详细讨论。
Go SSA代码可以轻松转换为LLVM IR：
define i64 @myAdd(i64 %a, i64 %b) { entry: %0 = add i64 %a, %b ret i64 %0 }
您可能会注意到，尽管此处使用了其他语法构造，但该函数的结构基本上没有改变。 LLVM IR代码比Go SSA代码略强，类似于C。这里，在函数声明中，首先是对返回给它的数据类型的描述，参数的类型在参数名称之前指示。 此外，为简化IR解析，全局实体的名称前面带有
@符号，而本地实体的名称之前则带有
%字符（该函数也被视为全局实体）。
您需要注意的此代码的功能之一是，在创建LLVM时，将决定表示类型Go
int的类型，该类型可以由32位或64位值表示，具体取决于编译器和编译的目的。红外线代码。 这是LLVM IR代码与平台无关的众多原因之一。 为一个平台创建的此类代码不能简单地为另一个平台采用和编译（除非您
非常谨慎地执行此任务）。
另一个值得注意的有趣点是
i64类型不是有符号整数：就表示数字的符号而言，它是中性的。 根据指令的不同，它可以表示带符号的数字和带符号的数字。 在表示加法运算的情况下，它不起作用，因此使用带或不带符号的数字没有区别。 在这里，我想指出，在C中，有符号整数变量的溢出导致未定义的行为，因此，Clang前端在操作中添加了
nsw （无符号包装）标志，这向LLVM表示可以从假设加法永远不会发生溢出。
这对于某些优化可能很重要。 例如，在32位平台（具有32位寄存器）上将两个
i16值相加后，要求在相加完成后将符号扩展操作保持在
i16范围内。 因此，考虑到寄存器的机器大小，执行整数运算通常会更高效。
现在，对于我们来说，使用此IR代码将来会发生什么并不特别有趣。 代码经过优化（但在像我们这样的简单示例中，尚未进行任何优化），然后将其转换为机器代码。
第二个例子
我们将研究的以下示例将更加复杂。 也就是说，我们正在谈论一个将整数切片求和的函数：
func sum(numbers []int) int { n := 0 for i := 0; i < len(numbers); i++ { n += numbers[i] } return n }
此代码将转换为以下Go SSA代码：
func sum(numbers []int) int: entry: jump for.loop for.loop: t0 = phi [entry: 0:int, for.body: t6] #n int t1 = phi [entry: 0:int, for.body: t7] #i int t2 = len(numbers) int t3 = t1 < t2 bool if t3 goto for.body else for.done for.body: t4 = &numbers[t1] *int t5 = *t4 int t6 = t0 + t5 int t7 = t1 + 1:int int jump for.loop for.done: return t0
在这里，您已经可以看到更多针对SSA形式的代码表示的构造。 该代码最明显的特征可能是没有结构化的流控制命令。 为了控制计算流程，只有条件跳转和无条件跳转，如果我们将此命令视为控制流的命令，则返回命令。
实际上，您可以在这里注意以下事实：该程序没有使用花括号将其划分为块（如C系列语言）。 它由类似于汇编语言的标签划分，并以基本块的形式显示。 在SSA中，基本块是连续的代码序列，从标签开始，并以完成基本块的指令（例如
return和
jump 。
该代码的另一个有趣的细节是
phi指令。 该说明很不寻常，可能需要一些时间才能弄清。 请记住，
SSA是静态单一分配的缩写。 这是编译器使用的代码的中间表示，其中每个变量仅分配一次。 这对于表示简单的函数（如上面显示的
myAdd函数）非常
myAdd ，但对于更复杂的函数（如本节中讨论的
sum函数）则不是。 特别地，在循环执行期间，变量
i和
n改变。
SSA使用所谓的
phi指令（其名称取自希腊字母）绕过了对单个变量值分配的限制。 事实是，为了使代码的SSA表示形式能够像C这样的语言形成，您必须采取一些技巧。 调用该指令的结果是变量（
i或
n ）的当前值，并且基块列表用作其参数。 例如，考虑以下说明：
t0 = phi [entry: 0:int, for.body: t6] #n
其含义如下：如果前一个基本块是一个
entry （输入）块，则
t0为常数
0 ；如果前一个基本块是
for.body ，则需要从该块中获取值
t6 。 所有这些可能看起来都很神秘，但是由于有了这种机制，所以可以确保SSA。 从人的角度来看，所有这些都使对代码的理解变得复杂，但是每个值只分配一次的事实大大简化了许多优化。
请注意，如果您正在编写自己的编译器，则通常不必处理此类事情。 即使Clang不会生成所有这些
phi指令，它也会使用
alloca机制（类似于使用普通的局部变量）。 然后，当执行称为
mem2reg的LLVM优化传递时，
alloca指令将转换为SSA形式。 但是，TinyGo从Go SSA接收输入，该输入已经很方便地已经转换为SSA形式。
这段中间代码的另一项创新是，以计算地址的操作和获得的指针的解引用操作的形式，介绍了通过索引访问切片元素的方法。 在这里，您可以看到将常数直接添加到IR代码中（例如
1:int ）。 在具有
myAdd函数的示例中，未使用它。 现在我们已经弄清楚了这些功能，下面我们来看一下将其转换为LLVM IR形式时该代码将变成什么：
define i64 @sum(i64* %ptr, i64 %len, i64 %cap) { entry: br label %for.loop for.loop: ; preds = %for.body, %entry %0 = phi i64 [ 0, %entry ], [ %5, %deref.next ] %1 = phi i64 [ 0, %entry ], [ %6, %deref.next ] %2 = icmp slt i64 %1, %len br i1 %2, label %for.body, label %for.done for.body: ; preds = %for.loop %3 = getelementptr i64, i64* %ptr, i64 %1 %4 = load i64, i64* %3 %5 = add i64 %0, %4 %6 = add i64 %1, 1 br label %for.loop for.done: ; preds = %for.loop ret i64 %0 }
在这里，和以前一样，我们可以看到相同的结构，其中包括其他语法结构。 例如，在
phi调用中，值和标签被交换。 但是，还有一些值得特别注意的地方。
对于初学者，在这里您可以看到功能的完全不同的签名。 LLVM不支持切片，因此，以优化的形式生成了此中间代码的TinyGo编译器将该数据结构的描述分为若干部分。 他可以将三个切片元素（
ptr ，
len和
cap ）表示为结构（结构），但将它们表示为三个单独的实体可以进行一些优化。 其他编译器可能以其他方式显示切片，这取决于调用目标平台功能的约定。
该代码的另一个有趣功能是使用
getelementptr （通常简称为GEP）。
该指令与指针一起使用，用于获取指向slice元素的指针。 例如，让我们将其与以下用C编写的代码进行比较：
int* sliceptr(int *ptr, int index) { return &ptr[index]; }
或具有以下等效项：
int* sliceptr(int *ptr, int index) { return ptr + index; }
这里最重要的是
getelementptr语句
getelementptr执行取消引用操作。 它仅基于现有指针来计算一个新指针。 它可以解释为
mul并在硬件级别
add 。 可在
此处找到有关GEP指令的详细信息。
此中间代码的另一个有趣的功能是
icmp指令的使用。 这是用于实现整数比较的通用指令。 该指令的结果始终是类型为
i1的值-逻辑值。 在这种情况下，使用关键字
slt （带符号小于）进行比较，因为我们正在比较先前由
int类型表示的两个数字。 如果要比较两个无符号整数，则将使用
icmp作为指令，并且比较中使用的关键字将为
ult 。 为了比较浮点数，使用了另一条指令
fcmp ，其工作方式类似。
总结
我相信，在本文中，我研究了LLVM IR的最重要功能。 当然，还有很多事情。 特别地，代码的中间表示可能包含很多注释，从而允许考虑优化过程中编译器已知的某些优化功能，这些功能不能以任何其他方式在IR中表示。 例如，这些是
inbounds指令的入
nuw或
nsw和
nuw ，可以将其添加到
add语句中。 这对于
private关键字同样适用，它向优化器指示不会从当前编译单元外部引用由他标记的功能。 这使您可以执行许多有趣的过程间优化，例如消除未使用的参数。
您可以在
文档中阅读有关LLVM的更多信息，在开发自己的基于LLVM的编译器时经常会参考该
文档 。 这是一份
指南 ，讨论了使用非常简单的语言进行的编译器开发。 在创建自己的编译器时，这两种信息源都将派上用场。
亲爱的读者们！ 您是否使用LLVM？