LLVM IR 示例

LLVM编译器使用单一的低级IR；事实上，LLVM这个名字代表 “低级虚拟机”。LLVM的IR是一种线性的三地址码。IR 是完全类型的，并且明确支持数组和结构体地址。它 提供对向量或SIMD数据和操作的支持。标量值保持在SSA形式，直到代码到达编译器的后端。在 使用GCC前端的LLVM环境中，LLVM IR是由执行GIMPLE到LLVM翻译的传递产生的。

静态单赋值形式（Static Single Assignment, SSA）

静态单赋值形式（SSA）是一种特殊的中间表示形式，它要求每个变量在整个程序中只被赋值一次。SSA形式通过引入φ函数（phi function）来处理控制流合并点处的变量赋值，从而简化了数据流分析。

SSA的特点

1. 每个变量只被赋值一次
2. 使用φ函数处理控制流合并
3. 显式表示数据依赖关系
4. 简化数据流分析和优化

SSA的优势

1. 简化数据流分析：由于每个变量只被赋值一次，数据流分析变得简单直接
2. 优化机会：显式的数据依赖关系使得优化更容易实现
3. 并行性分析：清晰的依赖关系有助于识别并行机会
4. 寄存器分配：SSA形式天然适合寄存器分配算法

SSA的构建

构建SSA形式通常包括以下步骤：

1. 插入φ函数：在控制流合并点插入φ函数
2. 重命名变量：为每个赋值创建新的变量名
3. 消除冗余：通过复制传播消除不必要的φ函数

SSA示例

考虑以下代码：

x = 1;
if (cond) {
    x = 2;
} else {
    x = 3;
}
y = x + 1;

转换为SSA形式后：

x1 = 1;
if (cond) {
    x2 = 2;
} else {
    x3 = 3;
}
x4 = φ(x2, x3);  // φ函数根据控制流选择x2或x3
y1 = x4 + 1;

1. 基本算术运算

; 32位整数加法
%sum = add i32 4, 5

; 64位浮点数乘法  
%product = fmul double 3.14, 2.71

2. 函数定义

; 定义一个返回整数类型的函数
define i32 @add(i32 %a, i32 %b) {
  %result = add i32 %a, %b
  ret i32 %result
}

3. 控制流

; if-else 示例
define i32 @max(i32 %a, i32 %b) {
  %cmp = icmp sgt i32 %a, %b
  br i1 %cmp, label %if_true, label %if_false

if_true:
  ret i32 %a

if_false:
  ret i32 %b
}

; 循环示例
define i32 @factorial(i32 %n) {
  %result = alloca i32
  store i32 1, i32* %result
  br label %loop

loop:
  %i = phi i32 [1, %entry], [%next_i, %loop]
  %current = load i32, i32* %result
  %next = mul i32 %current, %i
  store i32 %next, i32* %result
  %next_i = add i32 %i, 1
  %done = icmp sgt i32 %next_i, %n
  br i1 %done, label %exit, label %loop

exit:
  %final = load i32, i32* %result
  ret i32 %final
}

4. 内存操作

; 分配和访问内存
define i32 @memory_example() {
  %ptr = alloca i32
  store i32 42, i32* %ptr
  %val = load i32, i32* %ptr
  ret i32 %val
}

LLVM IR 是一种基于 SSA（静态单赋值）形式的三地址码表示。它具有以下特点：

1. 强类型系统
2. 显式控制流
3. 显式内存操作
4. 支持多种优化
5. 可移植到不同架构

更新日志

2025/1/19 03:57

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• e0e13-中间代码结束于 2025/1/19