LLVM的基础信息

从了解一些关于LLVM的基础信息开始，包括项目历史及其结构。

Clang编译器是LLVM项目的一部分。该项目始于2000年，由Chris Lattner和Vikram
Adve在伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校启动¹。

LLVM最初设计为一个下一代代码生成工具，可以用来构建多种编程语言的优化编译器。然而，它已经发展成为一个全功能的平台，可以用来构建各种工具，包括调试器、分析器和静态分析工具。

LLVM在软件行业得到了广泛采用，许多公司和组织使用它来构建各种工具和应用。也用于学术研究和教学，并启发了其他领域类似项目的发展。

苹果公司在2005年雇佣Chris
Lattner，并组建了一个团队来开发LLVM，该项目获得了特别的推动。LLVM也成为了苹果公司创建的开发工具（XCode）的重要组成部分。

最初，GNU编译器集合（GCC）用作LLVM的C/C++前端，但这存在一些问题。其中一个问题是与GNU通用公共许可证（GPL）相关，阻止了前端在某些专有项目中的使用。另一个缺点是当时GCC对Objective-C的支持有限，这对苹果来说很头痛。Chris
Lattner在2006年启动了Clang项目来解决这些问题。

Clang最初被设计为一个统一的解析器，用于C语言家族，包括C、Objective-C、C++和Objective-C++。这种统一旨在通过为多种语言使用单一的前端实现来简化维护，而不是为每种语言维护多个实现。该项目很快获得了成功，Clang和LLVM成功的主要原因之一是模块化。LLVM中的所有内容都是一个库，包括Clang。这为基于Clang和LLVM创建许多惊人的工具打开了机会，例如clang-tidy和clangd。

LLVM和Clang具有非常清晰的架构，并且是用C++编写的，这使得C++开发者都可以研究和使用。我们可以看到围绕LLVM建立起来的庞大社区，以及其使用的飞速增长。

这里计划专注于个人电脑的操作系统，如Linux、Darwin和Windows。另一方面，Clang不仅限于个人电脑，还可以用来为移动平台，如iOS和不同的嵌入式系统编译代码。

GCC是Linux上的默认开发工具集，特别是gcc（用于C程序）和g++（用于C++程序）是默认的编译器。Clang也可以用来在Linux上编译源代码。此外，它模仿gcc并支持其大多数选项。然而，对于一些GNU工具，LLVM的支持可能是有限的；例如，GNU
Emacs不支持将LLDB作为调试器。但尽管如此，Linux是最适合LLVM开发和调查的操作系统，因此我们将主要使用这个操作系统（Fedora
39）来进行后续示例。

Clang认为是Darwin的主要构建工具。整个构建基础设施基于LLVM，Clang是默认的C/C++编译器。开发者工具，如调试器（LLDB），也来自LLVM。可以从XCode获取主要的开发者工具，这些工具基于LLVM。也可能需要安装命令行工具，如CMake和Ninja，可以作为单独的包安装，或通过包管理系统如MacPorts或Homebrew安装。

例如，可以使用Homebrew以下列方式获取CMake：

在Windows上，Clang可以用作命令行编译器，也可以作为更大开发环境的一部分，如Visual
Studio。Windows上的Clang包括对Microsoft Visual C++ (MSVC)
ABI的支持，因此可以使用Clang来编译使用Microsoft
C运行时库（CRT）和C++标准模板库（STL）的程序。Clang也支持GCC的许多相同语言特性，在许多情况下，可以作为GCC在Windows上的替代品。

值得一提的是clang-cl
²是一个为Clang设计的命令行编译器驱动程序，旨在用作MSVC编译器cl.exe的直接替代品。它是作为Clang编译器的一部分引入的，并且是为了与LLVM工具链一起使用而创建的。

与cl.exe一样，clang-cl用于Windows程序的构建过程，并且它支持MSVC编译器的许多相同命令行选项。可以在Windows上用于编译C、C++和Objective-C代码，并且还可以用于链接对象文件和库，以创建可执行程序或动态链接库（DLL）。

Windows的开发过程与类Unix系统不同，需要更多的配置，这可能会使本书变得相当复杂。为了避免这种复杂性，我们主要目标是基于Unix的系统，如Linux和Darwin，并且我们将在本书中省略Windows的示例。

Clang源代码是LLVM单体仓库（monorepo）的一部分。LLVM从2019年开始使用单体仓库作为其过渡到Git的一部分³。这个决定由几个因素驱动，比如更好的代码重用、提高效率和协作。因此，您可以在一个地方找到所有的LLVM项目。如前言所述，本书将使用LLVM版本18.x。可用以下命令下载源码：

本书将使用的llvm-project最重要的部分，如图1.2所示。

其中包括

• lld : LLVM链接器工具。可将其用作标准链接器工具的替代品，例如GNU ld

• llvm : LLVM项目的通用库

• clang : Clang驱动程序和前端

• clang-tools-extra :本书第二部分将介绍的不同Clang工具

大多数项目具有图1.3所示的结构。

LLVM项目，如clang或llvm，通常包含两个主要文件夹：include和lib。include文件夹包含项目接口（头文件），而lib文件夹包含实现。每个LLVM项目都有各种不同的测试，可以分为两个主要组：位于unittests文件夹中的单元测试，使用Google
Test框架实现，以及使用LLVM集成测试器（LIT）框架实现的端到端测试。

对我们来说最重要的项目是clang和clang-tools-extra，clang文件夹包含前端和驱动程序。

例如，词法分析器实现位于clang/lib/Lex文件夹中。还可以看到clang/test文件夹，其中包含端到端测试，以及clang/unittest文件夹，其中包含前端和驱动程序的单元测试。

另一个重要的文件夹是clang-tools-extra，包含一些基于不同Clang库的工具：

• clang-tools-extra/clangd : 为VSCode等IDE提供导航信息的语言服务器

• clang-tools-extra/clang-tidy :
  强大的代码检查框架，包含数百种不同的检查

• clang-tools-extra/clang-format : 代码格式化工具

获取源代码并设置构建工具后，就可以准备编译LLVM源代码了。