1
# 三种表示的转换
2
clang -emit-llvm -S hello.c -o hello.ll     # 源码 → .ll
3
clang -emit-llvm -c hello.c -o hello.bc     # 源码 → .bc
4
llvm-dis hello.bc -o hello.ll               # .bc → .ll
5
llvm-as hello.ll -o hello.bc                # .ll → .bc

1
; 函数定义
2
define i32 @add(i32 %a, i32 %b) #0 {
3
entry:
4
  %result = add i32 %a, %b
5
  ret i32 %result
6
}
7

8
; 全局变量
9
@global_var = global i32 42
10

11
; 常量
12
@const_str = private unnamed_addr constant [13 x i8] c"hello world\0A\00"
13

14
; 类型
15
%struct.Point = type { i32, i32 }
16

17
; 属性
18
attributes #0 = { nounwind uwtable }

1
# 验证 IR
2
opt -passes=verify hello.ll -o /dev/null
3

4
# 常见的验证错误
5
# - 非 SSA 形式（虚拟寄存器多次定义）
6
# - 类型不匹配
7
# - phi 节点参数数量不匹配
8
# - 基本块未以终止指令结尾
9
# - 使用未定义的虚拟寄存器

1
// LLVM 自定义 Pass 示例（C++）
2
#include "llvm/IR/Function.h"
3
#include "llvm/IR/PassManager.h"
4
#include "llvm/Passes/PassBuilder.h"
5
#include "llvm/Passes/PassPlugin.h"
6
#include "llvm/Support/raw_ostream.h"
7

8
using namespace llvm;
9

10
// 定义一个函数级变换 Pass
11
struct HelloPass : public PassInfoMixin<HelloPass> {
12
    PreservedAnalyses run(Function &F, FunctionAnalysisManager &AM) {
13
        errs() << "Hello from: " << F.getName() << "\n";
14

15
        // 遍历基本块和指令
16
        for (BasicBlock &BB : F) {
17
            for (Instruction &I : BB) {
18
                // 统计指令类型
19
                if (auto *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(&I)) {
20
                    errs() << "  Found binary op: " << BO->getOpcodeName() << "\n";
21
                }
22
            }
23
        }
24

25
        // 返回哪些分析结果仍然有效
26
        return PreservedAnalyses::all();
27
    }
28

29
    // 注册为默认启用
30
    static bool isRequired() { return true; }
31
};
32

33
// 插件注册
34
extern "C" LLVM_ATTRIBUTE_WEAK ::llvm::PassPluginLibraryInfo
35
llvmGetPassPluginInfo() {
36
    return {
37
        LLVM_PLUGIN_API_VERSION, "HelloPass", "0.1",
38
        [](PassBuilder &PB) {
39
            PB.registerPipelineParsingCallback(
40
                [](StringRef Name, FunctionPassManager &FPM,
41
                   ArrayRef<PassBuilder::PipelineElement>) {
42
                    if (Name == "hello-pass") {
43
                        FPM.addPass(HelloPass());
44
                        return true;
45
                    }
46
                    return false;
47
                }
48
            );
49
        }
50
    };
51
}

1
# 使用 opt 运行 Pass
2
opt -passes='mem2reg,instcombine,gvn,licm' hello.ll -S -o hello_opt.ll
3

4
# 查看可用的 Pass
5
opt --print-passes
6

7
# 调试 Pass 执行
8
opt -debug-pass-manager -passes='default<O2>' hello.ll -o /dev/null

1
// 变换 Pass 查询分析结果
2
struct MyOptPass : public PassInfoMixin<MyOptPass> {
3
    PreservedAnalyses run(Function &F, FunctionAnalysisManager &AM) {
4
        // 查询支配树分析
5
        auto &DT = AM.getResult<DominatorTreeAnalysis>(F);
6

7
        // 查询循环信息分析
8
        auto &LI = AM.getResult<LoopAnalysis>(F);
9

10
        // 基于分析结果做变换
11
        for (Loop *L : LI) {
12
            if (isSafeToHoist(L, DT)) {
13
                hoistLoopInvariants(L);
14
            }
15
        }
16

17
        // 声明哪些分析结果仍然有效
18
        return PreservedAnalyses::none();
19
    }
20
};

1
; 一个完整的 LLVM IR 函数示例
2
; 源码: int sum(int *arr, int n) {
3
;   int s = 0;
4
;   for (int i = 0; i < n; i++) s += arr[i];
5
;   return s;
6
; }
7

8
define i32 @sum(ptr %arr, i32 %n) #0 {
9
entry:
10
  %cmp0 = icmp sge i32 %n, 1
11
  br i1 %cmp0, label %loop.header, label %exit
12

13
loop.header:
14
  %i = phi i32 [ 0, %entry ], [ %i.next, %loop.latch ]
15
  %s = phi i32 [ 0, %entry ], [ %s.next, %loop.latch ]
16
  %idx = zext i32 %i to i64
17
  %ptr = getelementptr inbounds i32, ptr %arr, i64 %idx
18
  %val = load i32, ptr %ptr, align 4
19
  %s.next = add i32 %s, %val
20
  %i.next = add i32 %i, 1
21
  %cmp = icmp slt i32 %i.next, %n
22
  br i1 %cmp, label %loop.header, label %exit
23

24
exit:
25
  %s.result = phi i32 [ 0, %entry ], [ %s.next, %loop.header ]
26
  ret i32 %s.result
27
}
28

29
attributes #0 = { nounwind uwtable }

1
# opt：IR 级优化器
2
opt -passes=mem2reg input.ll -S -o output.ll
3
opt -passes=default<O2> input.ll -S -o output.ll
4
opt --print-passes
5

6
# llc：IR → 目标代码
7
llc -mtriple=x86_64-linux-gnu input.ll -o output.s
8
llc -mtriple=aarch64-linux-gnu input.ll -o output.s
9
llc -filetype=obj input.ll -o output.o
10

11
# 调试后端
12
llc -debug-only=isel input.ll -o output.s
13
llc -debug-only=regalloc input.ll -o output.s

1
# 生成带调试信息的可执行文件
2
clang -g hello.c -o hello_debug
3

4
# 查看调试信息
5
readelf --debug-dump hello_debug | head -50
6

7
# 使用 GDB 调试
8
gdb hello_debug
9
(gdb) break main
10
(gdb) run
11
(gdb) step
12
(gdb) print x

1
cat > hello.c << 'EOF'
2
int add(int a, int b) { return a + b; }
3
int main() { return add(3, 4); }
4
EOF
5

6
# 1. 生成 LLVM IR
7
clang -emit-llvm -S -O0 hello.c -o hello.ll
8
cat hello.ll
9

10
# 2. 优化 IR
11
opt -passes='mem2reg,instcombine,simplifycfg' hello.ll -S -o hello_opt.ll
12
cat hello_opt.ll
13

14
# 3. 生成汇编
15
llc hello_opt.ll -o hello.s
16
cat hello.s
17

18
# 4. 汇编和链接
19
clang hello.s -o hello
20
./hello; echo $?

1
# 创建 Pass 插件
2
cat > HelloPass.cpp << 'EOF'
3
// 使用上面的 HelloPass 代码
4
EOF
5

6
# 编译 Pass 插件
7
clang -shared -fPIC HelloPass.cpp -o HelloPass.so \
8
    $(llvm-config --cxxflags --ldflags)
9

10
# 使用 Pass
11
opt -load-pass-plugin=./HelloPass.so -passes=hello-pass hello.ll -S

1
for opt in O0 O1 O2 O3; do
2
    clang -$opt -S hello.c -o hello_${opt}.s
3
    echo "$opt: $(wc -l < hello_${opt}.s) lines"
4
done