- Low Level Virtual Machine
-
LLVM Тип Разработчик LLVM Developer Group
Написана на Операционная система Первый выпуск Последняя версия 3.1 (22 мая 2012)
Лицензия University of Illinois/NCSA Open Source License
Сайт Low Level Virtual Machine (LLVM) — универсальная система анализа, трансформации и оптимизации программ, реализующая виртуальную машину с RISC-подобными инструкциями. Может использоваться как оптимизирующий компилятор этого байткода в машинный код для различных архитектур либо для его интерпретации и JIT-компиляции (для некоторых платформ).
LLVM (при помощи различных фронтендов, в том числе сторонних) позволяет компилировать программы написанные на языках С, C++, Objective-C, Fortran, Ada, Haskell, Java, Python, Ruby, JavaScript, GLSL. В рамках проекта LLVM был разработан фронтенд Clang для языков C и C++ и версия GCC, использующие llvm в качестве бэкенда. В Glasgow Haskell Compiler также реализована компиляция посредством llvm. Существует множество программ, использующих данную инфраструктуру.
Содержание
История
История LLVM началась в 2000 году в Университете Иллинойса, а теперь LLVM используют такие гиганты индустрии как Adobe, Apple и Google. В частности, на LLVM основана подсистема OpenGL в Mac OS X 10.5, а iPhone SDK использует фронтенд GCC с бэкэндом на LLVM. Apple и Google являются одними из основных спонсоров проекта, а вдохновитель LLVM — Крис Латтнер — теперь работает в Apple.
Особенности
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 3.1 поддерживает статическую генерацию кода для x86, x86-64, ARM, PowerPC, SPARC, MIPS, Qualcomm Hexagon. JIT (генерация машинного кода во время исполнения) поддержан для архитектур x86, x86_64, PowerPC, MIPS и частично ARM (только целочисленные, без NEON и Thumb) [1]
LLVM написана на C++ и портирована на большинство nix-систем и Windows. Система имеет модульную структуру, отдельные ее модули могут быть встроены в различные программные комплексы, она может расширяться дополнительными алгоритмами трансформации и кодогенераторами для новых аппаратных платформ.
В LLVM включена обертка API для OCaml.
Платформы
LLVM поддерживает работу на следующих платформах:
Операционная система Архитектура Компилятор FreeBSD x86 GCC, Clang FreeBSD AMD64 GCC, Clang Linux AMD64 GCC, Clang Linux x86 GCC, Clang Mac OS X PowerPC GCC Mac OS X x86 GCC Solaris UltraSPARC GCC Cygwin/Win32 x86 GCC 3.4.X, Binutils 2.15 MinGW/Win32 x86 GCC 3.4.X, Binutils 2.15
LLVM имеет частичную поддержку следующих платформ:Операционная система Архитектура Компилятор Windows x86 MSVC AIX PowerPC GCC Linux PowerPC GCC Типы данных
Простые типы
Целые числа произвольной разрядности iразрядность - i1 — булево значение — 0 или 1
- i32 — 32-разрядное целое
- i17
- i256
- Генерация машинного кода для типов очень большой разрядности не поддерживается. Но для промежуточного представления никаких ограничений нет.
- Числа считаются представленными в дополнительном коде. Различий между знаковыми и беззнаковыми целыми на уровне типов не делается: в тех случаях, когда это имеет значение, с ними работают разные инструкции.
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-битное целое Массивы [число элементов x тип] - [10 x i32]
- [8 x double]
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 - i32 (i32, i32)
- float ({ float, float }, { float, float })
Система типов рекурсивна, то есть можно использовать многомерные массивы, массивы структур, указатели на структуры и функции и т. д.
Операции
Большинство инструкций в LLVM принимают два аргумента (операнда) и возвращают 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 всевозможные 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 инструкция
bitcast
, которая приведёт всё ко всему, но за результат вы отвечаете сами.Память
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
иstore
. Например:%x = load i32* %x.ptr ; загрузить значение типа i32 по указателю %x.ptr %tmp = add i32 %x, 5 ; прибавить 5 store i32 %tmp, i32* %x.ptr ; и положить обратно
Инструкция
malloc
транслируется в вызов одноименной системной функции и выделяет память на куче, возвращая значение — указатель определенного типа. В паре с ней идёт инструкцияfree
.%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 инструкцийret
илиunwind
.Операции с указателями
Для вычисления адресов элементов массивов, структур и т. д. с правильной типизацией выполняется с помощью инструкции
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
иinsertvalue
. Они отличаются отgetelementptr
тем, что принимают не указатель на агрегатный тип данных (массив или структуру), а само значение такого типа.extractvalue
возвращает соответственное значение подэлемента, аinsertvalue
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
Примечания
- ↑ The LLVM Target-Independent Code Generator раздел Target Feature Matrix
Ссылки
- LLVM
- SAFECode
- libJIT Linear Scan Register Allocator
- Amy Brown and Greg Wilson (eds.) Chapter 11. LLVM (Chris Lattner) // The Architecture of Open Source Applications. — 2011. — P. 155-170. — 432 p. — ISBN 978-1-257-63801-7
Смотреть также
- Сравнение областей применения различных виртуальных машин (англ.). Архивировано из первоисточника 14 февраля 2012.
- Библиотека для компиляции на лету libjit (англ.).(недоступная ссылка — история)
Категории:- Программное обеспечение по алфавиту
- Компиляторы
- Виртуальные машины
- Свободные компиляторы и интерпретаторы
- i1 — булево значение — 0 или 1
Wikimedia Foundation. 2010.