了解最简单的 LLVM IR答案

【问题标题】：Understanding the simplest LLVM IR了解最简单的 LLVM IR
【发布时间】：2014-12-12 16:25:45
【问题描述】：

我改造最简单的C代码

#include <stdio.h>

int main()
{
  return 0;
}

到它的 LLVM IR，使用

clang -emit-llvm -S hello.c

生成的 IR 是：

define i32 @main() #0 {
  %1 = alloca i32, align 4
  store i32 0, i32* %1
  ret i32 0
}

但是，我不明白这个 IR。（LLVM 文档对初学者有帮助，但对初学者没有多大帮助）

【问题讨论】：

标签： syntax llvm

【解决方案1】：

 define i32 @main() #0

这定义了一个名为 main 的函数，它返回一个 32 位整数。 #0 表示为函数使用名为#0 的属性。例如，IR 中可能有attributes #0 = { alwaysinline alignstack=4 } 之类的东西，这些属性将应用于main。

%1 = alloca i32, align 4

这会在堆栈上分配一个 32 位整数。 %1 是指向堆栈上此位置的指针的名称。 align 4 确保地址是 4 的倍数

store i32 0, i32* %1

这会将%1指向的32位整数设置为32位值0。这就像在C++中说*x = 1

ret i32 0

这从函数返回，返回值为 0 的 32 位

考虑到main 中没有局部变量，这个赋值很奇怪。 LLVM 使用BasicBlock 表示指令组，一个基本块有一个出口点和一个指令列表。我的猜测是编译器已决定使用return 作为基本块的出口，并选择将至少一条指令放入该块中。分配基本上是空操作。

【讨论】：

【解决方案2】：

%n 是虚拟寄存器，在为目标机器生成代码时将解析为实际寄存器。

i32 用于提供类型信息。在原始代码中，它是一个 int，您的编译器将其视为 32 位整数。

alloca 用于在堆栈上分配空间。在此示例中，它是i32（32 位整数），因此您可以加载 0 作为返回值。 align 4 给这个分配 4 字节对齐，即堆栈指针将位于 4 字节对齐的地址上。

这不是最有效的表示，但这不是 IR 的目标。 IR 应该可移植到不同的架构。然后到后端生成高效的机器代码。

为什么alloca 和store 与main 函数有关。如果您将此函数称为其他名称，则 IR 将仅包含 ret，如您所料。通过检查为 main 生成的程序集，它似乎与堆栈基指针有关但我不完全理解它为什么在那里。是时候拿出我认为的 C 标准了。

更新：我在 C 标准中找不到任何东西，但似乎 clang 对每个主要功能都这样做了。不过，我不太了解 clang 代码库，无法对其进行追踪。

更新：请参阅下面的 Bill Lynch 的 cmets。这些说明在那里：

对于主要函数可能具有的隐式return 0

【讨论】：

【解决方案3】：

出于调试原因，变量通常在未优化的构建中放入堆栈。在使用真实寄存器的优化构建中，该值可能会在函数退出之前消失。

关于可移植性的评论并不完全正确，如果此 IR 通过“选择”传递，它将消除堆栈存储。

【讨论】：