内容简介：0x01 Xcode调试一个LLVM Pass
之前写过一篇《关于LLVM，这些东西你必须知道！》，先已收录在《iOS成长之路》。
其中讲解了编译器的编译过程，以及通过LLVM可以做哪些有意思的事情，今天继续来跟着官方的文档继续了解Pass。
获取代码：
git clone http://llvm.org/git/llvm.git git clone http://llvm.org/git/clang.git llvm/tools/clang git clone http://llvm.org/git/clang-tools-extra.git llvm/tools/clang/tools/extra git clone http://llvm.org/git/compiler-rt.git llvm/projects/compiler-rt
编译成 Xcode项目 :
mkdir build cd build cmake -G Xcode CMAKE_BUILD_TYPE="Debug" ../llvm open LLVM.xcodeproj
然后运行 clang ，准备工作做好后，继续Pass的学习。
什么是Pass？
LLVM Pass是LLVM系统中非常重要和有趣的一个模块，Pass处理编译过程中代码的转换以及优化工作。
所有的Pass都是 Pass 的子类，不同的Pass实现不同的作用可以继承 ModulePass , CallGraphSCCPass , FunctionPass , LoopPass , RegionPass , BasicBlockPass 等类。
接下来开始介绍如何编写一个Pass，编译，加载以及运行的过程。
编写hello world
先编写一个“Hello” Pass，只是简单的输出程序中每个非外部方法的方法名，不会修改程序本身的功能。官方Demo的源代码存在 lib/Transforms/Hello 文件夹。
配置编译环境
首先来看看环境的配置，如果你想编译一个新的Pass，你可以在 lib/Transforms/ 下新建一个文件夹，这里我自己创建的是 PassDemo ，然后配置编译脚本去编译你的源代码。 在新建的目录下创建文件 CMakeLists.txt :
add_llvm_loadable_module(LLVMPassDemo
Hello.cpp
PLUGIN_TOOL
opt
)
然后增加下面一行代码到 lib/Transforms/CMakeLists.txt ：
add_subdirectory(PassDemo)
编译脚本指定了编译源文件 Hello.cpp 去编译生成动态库 $(LEVEL)/lib/LLVMPassDemo.dylib 。该文件可以被 opt 通过 -load 参数动态加载。如果不是Mac平台生成的后缀会不一样，比如 Linux 下是 so 。
配置好编译脚本后，打开 Xcode 项目，按 command + B 编译，然后在项目里面就可以看到刚刚增加的 Target ，打开 Hello.cpp 文件就可以编写代码了。
基础代码
首先编辑 Hello.cpp 文件，导入头文件:
#include "llvm/Pass.h" #include "llvm/IR/Function.h" #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
因为需要编一个 Pass 然后操作 Function , 还可能输出一些东西。
using namespace llvm;
由于导入文件里面的方法是属于 llvm 命名空间的，所以先指定使用的命名空间。
namespace {
编写一个匿名的命名空间， C++ 中的匿名命名空间和 C 语言里面的 static 关键词一样，定义在匿名空间中的变量仅仅对当前文件可见。
struct Hello : public FunctionPass{
定义 Hello 类继承 FunctionPass ，后面会讲到不同用处的Pass会继承不同的父类，现在只需要知道，继承自 FunctionPass 可以操作程序中的方法。
static char ID;
Hello() : FunctionPass(ID){}
定义可供LLVM标示的Pass ID。
bool runOnFunction(Function &F) override{
errs() << "Hello: ";
errs().write_escaped(F.getName()) << "\n";
return false;
}
};
}
这里定义了一个 runOnFunction ，重载继承自父类的抽象虚函数。在这个函数里面可以做针对于函数的特殊处理，这里只是打印出每个方法的名字。
char Hello::ID = 0;
初始化Pass ID，LLVM使用ID的地址去识别一个Pass，所以初始化的值不重要。
static RegisterPass<Hello> X("hello", "Hello World Pass", false/* Only looks at CFG */, false/* Analysis Pass */);
最后， 注册我们的class Hello， 指定命令行参数为 hello ，名字说明 Hello World Pass 。
整个 Hello.cpp 文件如下:
#include "llvm/Pass.h"
#include "llvm/IR/Function.h"
#include "llvm/Support/raw_ostream.h"
using namespace llvm;
namespace {
struct Hello : public FunctionPass{
static char ID;
Hello() : FunctionPass(ID){}
bool runOnFunction(Function &F) override{
errs() << "Hello: ";
errs().write_escaped(F.getName()) << "\n";
return false;
}
};
}
char Hello::ID = 0;
static RegisterPass<Hello> X("hello", "Hello World Pass", false/* Only looks at CFG */, false/* Analysis Pass */);
选中 Target LLVMPassDemo 按 command + B 编译，编译完后会生成文件 build/Debug/lib/LLVMPassDemo.dylib 。
使用 opt 加载
上面在代码中通过 RegisterPass 注册了Pass，所以可以通过 opt -load 去加载动态库并指定参数 hello 。
准备源文件：
#include <stdio.h>
int add(int x, int y) {
return x + y;
}
int main(){
printf("%d",add(3,4));
return 0;
}
编译源文件生成 bitcode :
path/to/build/Debug/bin/clang -emit-llvm -c test.mm -o test.bc
然后编译启动参数, 选择 opt target， 点击 Edit Scheme 。
填入启动参数:
command + R 运行。
输出如下:
Hello: _Z3addii Hello: main
当然还可以断点调试啦~
通过 -help 可以看到注册的pass参数：
opt -load lib/LLVMPassDemo.dylib -help
......
Optimizations available:
-hello - Hello World Pass
......
PassManager 还提供 --time-passes 参数输出你的Pass和其它Pass执行时间的对比。
opt -load lib/LLVMPassDemo.dylib -hello -time-passes -disable-output test.bc
Hello: _Z3addii
Hello: main
===-------------------------------------------------------------------------===
... Pass execution timing report ...
===-------------------------------------------------------------------------===
Total Execution Time: 0.0003 seconds (0.0003 wall clock)
---User Time--- --System Time-- --User+System-- ---Wall Time--- --- Name ---
0.0002 ( 75.3%) 0.0000 ( 27.9%) 0.0002 ( 62.1%) 0.0002 ( 62.7%) Module Verifier
0.0001 ( 24.7%) 0.0001 ( 72.1%) 0.0001 ( 37.9%) 0.0001 ( 37.3%) Hello World Pass
0.0002 (100.0%) 0.0001 (100.0%) 0.0003 (100.0%) 0.0003 (100.0%) Total
===-------------------------------------------------------------------------===
tips:
为了在执行 opt 时能自动检测 LLVMPassDemo 模块有没有被修改，如果修改了，重新编译 LLVMPassDemo 模块，我们把 LLVMPassDemo 模块加到 opt 的依赖里面。
编辑 tools/opt/CMakeLists.txt :
add_llvm_tool(opt AnalysisWrappers.cpp BreakpointPrinter.cpp GraphPrinters.cpp NewPMDriver.cpp PassPrinters.cpp PrintSCC.cpp opt.cpp DEPENDS intrinsics_gen LLVMPassDemo )
更多Pass类
当你写一个新的Pass的时候，你需要根据需要去选择需要继承的父类，根据不同的作用有 ImmutablePass 、 ModulePass 、 CallGraphSCCPass 、 FunctionPass 、 LoopPass 、 RegionPass 、 BasicBlockPass 、 MachineFunctionPass 。具体可以参考 官方文档 。
调用其它Pass
如果在编写的Pass中需要使用到其它Pass提供的函数功能，需要在:
virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
说明，比如像要获取程序中存在循环的信息，可以在该函数里面申请需要依赖的Pass。
以上面的Pass为例，导入头文件 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h" ，在 getAnalysisUsage 中调用:
AU.addRequired<LoopInfoWrapperPass>(); AU.setPreservesAll();
然后就可以通过它提供接口获取存在循环的个数。
LoopInfo &LI = getAnalysis<LoopInfoWrapperPass>().getLoopInfo();
int loopCounter = 0;
for (LoopInfo::iterator i = LI.begin(), e = LI.end(); i != e; ++i) {
loopCounter++;
}
errs() << "loop num:" << loopCounter << "\n";
测试程序:
#include <stdio.h>
int add(int x, int y) {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
printf("%d\n",i);
}
return x + y;
}
int main(){
printf("%d",add(3,4));
return 0;
}
输出如下:
Hello: _Z3addii loop num:1 Hello: main loop num:0 Program ended with exit code: 0
以上就是本文的全部内容，希望本文的内容对大家的学习或者工作能带来一定的帮助，也希望大家多多支持 码农网
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