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[字幕生成:BLACK 字幕校对:志宇]
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嗨!大家好,我是ZOMI
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00:00:07,000 --> 00:00:09,720
今天来到 LLVM 架构和原理
4
00:00:09,720 --> 00:00:12,680
就是 LLVM 深度剖析的第二节内容
5
00:00:12,680 --> 00:00:14,120
在第二节内容里面
6
00:00:14,120 --> 00:00:18,360
主要去介绍 LLVM 的一个前端的优化过程
7
00:00:18,360 --> 00:00:20,800
和 LLVM 的中间优化过程
8
00:00:21,680 --> 00:00:22,560
在上一节里面
9
00:00:22,680 --> 00:00:24,720
其实讲到了 LLVM 的 IR
10
00:00:24,720 --> 00:00:28,400
贯穿了整个 LLVM 编译器的全生命周期
11
00:00:28,560 --> 00:00:31,760
里面的每一个箭头都有一个 IR 在流窜
12
00:00:31,760 --> 00:00:35,240
这个就是整体 LLVM 最重要的核心概念
13
00:00:35,240 --> 00:00:36,720
有了 LLVM IR 之后
14
00:00:36,720 --> 00:00:40,240
这并不意味着 LLVM 或者编译器的整个 pipeline
15
00:00:40,240 --> 00:00:42,240
都是使用一个单一的 IR
16
00:00:42,240 --> 00:00:43,880
而是在编译的不同阶段
17
00:00:43,880 --> 00:00:45,800
会采用不同的数据结构
18
00:00:45,800 --> 00:00:46,800
但总体来说
19
00:00:46,800 --> 00:00:49,280
还是会维护一个比较标准的 IR
20
00:00:49,280 --> 00:00:53,040
上面来具体的去看看 LLVM 的前端
21
00:00:53,720 --> 00:00:54,680
LLVM 的前端
22
00:00:54,680 --> 00:00:56,160
其实是把原代码
23
00:00:56,200 --> 00:00:58,400
也就是 C, C++, Python, Object C
24
00:00:58,400 --> 00:01:01,080
这些高级语言变为编译器的中间表示
25
00:01:01,080 --> 00:01:02,760
就是 LLVM 的 IR
26
00:01:02,760 --> 00:01:05,400
这个时候它处于代码生成之前
27
00:01:05,920 --> 00:01:06,880
代码生成之后
28
00:01:07,080 --> 00:01:08,720
就是跟目标所相关的
29
00:01:08,720 --> 00:01:10,320
跟硬件所相关的
30
00:01:10,320 --> 00:01:11,800
而代码生成之前
31
00:01:12,000 --> 00:01:14,000
是跟目标没关系的
32
00:01:14,000 --> 00:01:16,320
统一都会变成 LLVM IR
33
00:01:16,320 --> 00:01:18,600
所以在前端的最后一个环节
34
00:01:18,600 --> 00:01:20,280
是 IR 的生成
35
00:01:20,640 --> 00:01:21,320
一般来说
36
00:01:21,520 --> 00:01:24,720
前端都会处理一组相同或者相类似的语言
37
00:01:24,720 --> 00:01:27,160
所以 Cling 在美语里面读 Cling
38
00:01:27,160 --> 00:01:28,720
在英语里面读 Cline
39
00:01:29,480 --> 00:01:32,360
这个 Kling 主要是处理 C, C++, Object C
40
00:01:32,360 --> 00:01:34,640
这一类相类似 C 的语言
41
00:01:35,080 --> 00:01:37,360
前端主要是经历了三个步骤
42
00:01:37,360 --> 00:01:38,360
一个是词法分析
43
00:01:38,360 --> 00:01:39,280
一个是语法分析
44
00:01:39,280 --> 00:01:40,880
另外一个是语义分析
45
00:01:40,880 --> 00:01:42,720
让 IR 生成这个是最通用的
46
00:01:42,720 --> 00:01:44,840
基本上 LLVM 每一个对接的前端
47
00:01:44,840 --> 00:01:45,840
都会有一个
48
00:01:46,000 --> 00:01:48,480
所以后面会深入的去看看词法分析
49
00:01:48,480 --> 00:01:49,240
语法分析
50
00:01:49,240 --> 00:01:50,640
还有语义分析
51
00:01:51,280 --> 00:01:52,840
编译器前端的第一个步骤
52
00:01:52,960 --> 00:01:54,760
就做词法分析
53
00:01:54,760 --> 00:01:55,840
Let's go analyze
54
00:01:55,840 --> 00:01:58,520
它的输入是高级语言的文本
55
00:01:58,520 --> 00:02:00,240
这里面词法分析
56
00:02:00,240 --> 00:02:01,600
主要是将语言的结构
57
00:02:01,720 --> 00:02:03,800
分为一组单词和标记
58
00:02:04,040 --> 00:02:05,840
把一些空白注释
59
00:02:05,960 --> 00:02:08,240
还有字表符等其他没有用的东西
60
00:02:08,480 --> 00:02:10,120
先把它删除掉
61
00:02:10,120 --> 00:02:12,520
然后变成一组单词和标记
62
00:02:13,240 --> 00:02:16,360
下面以最简单的 Hello World 为例子
63
00:02:16,480 --> 00:02:18,040
这段代码比较简单
64
00:02:18,040 --> 00:02:19,560
定义了一个红 Hello World
65
00:02:19,560 --> 00:02:20,840
然后把它打印出来
66
00:02:20,840 --> 00:02:21,800
返回 0
67
00:02:22,200 --> 00:02:24,680
这里面所指的每个单词或者标记
68
00:02:24,840 --> 00:02:26,480
都必须属于高级语言
69
00:02:26,480 --> 00:02:28,320
或者 C 语言的一个子集
70
00:02:28,320 --> 00:02:29,640
语言里面的保留字
71
00:02:29,760 --> 00:02:31,760
就会变成编译器的内部表示
72
00:02:32,000 --> 00:02:33,600
也就是 IR
73
00:02:33,600 --> 00:02:34,880
在词法分析的第一步
74
00:02:35,000 --> 00:02:35,880
可以看到
75
00:02:35,880 --> 00:02:37,680
编译器把每一个符号
76
00:02:37,680 --> 00:02:38,640
每一个括号
77
00:02:38,640 --> 00:02:39,800
每一个字符
78
00:02:39,800 --> 00:02:41,440
全都分解出来
79
00:02:41,440 --> 00:02:44,560
还记录了每一个字符出现的一个 location
80
00:02:44,560 --> 00:02:46,240
Hello.c 里面的第6行
81
00:02:46,240 --> 00:02:47,480
第12个字符
82
00:02:48,400 --> 00:02:49,720
这么做最重要的目的
83
00:02:49,840 --> 00:02:51,960
就是将术语的高级语言
84
00:02:52,840 --> 00:02:55,600
切分成一个个语言的元组
85
00:02:55,960 --> 00:02:57,600
方便下一个步骤的分析
86
00:02:57,600 --> 00:02:58,480
那现在来看看
87
00:02:58,480 --> 00:03:00,120
第二个步骤做的哪些工作
88
00:03:00,160 --> 00:03:02,480
第二个步骤叫做语法分析
89
00:03:03,320 --> 00:03:04,840
Synthetical Analyze
90
00:03:05,880 --> 00:03:07,600
在词法分析标记完
91
00:03:07,600 --> 00:03:08,880
整个原代码之后
92
00:03:09,080 --> 00:03:11,040
语法分析就开始工作了
93
00:03:11,160 --> 00:03:13,360
这里面以表达式语句
94
00:03:13,360 --> 00:03:15,400
函数等不同的方式
95
00:03:15,400 --> 00:03:17,280
去进行一个分组的标记
96
00:03:17,480 --> 00:03:18,680
分组标记完之后
97
00:03:18,840 --> 00:03:20,400
就是方便语法分析器
98
00:03:20,600 --> 00:03:21,920
去检查每一组
99
00:03:21,920 --> 00:03:23,360
是否有真正的物理意义
100
00:03:23,360 --> 00:03:24,680
而这里面的物理意义
101
00:03:24,880 --> 00:03:27,040
主要是讲它这行代码写的对
102
00:03:27,040 --> 00:03:27,880
还是没对
103
00:03:28,600 --> 00:03:30,320
重点就是考虑代码的
104
00:03:30,320 --> 00:03:31,600
整个物理的布局
105
00:03:31,600 --> 00:03:33,320
可以看到这里面有一级二级
106
00:03:33,320 --> 00:03:34,840
然后一层层地加
107
00:03:34,840 --> 00:03:37,200
然后整体类似一个数的概念
108
00:03:37,240 --> 00:03:39,240
这种方式就是语法分析里面
109
00:03:39,240 --> 00:03:41,080
去考虑代码的物理布局
110
00:03:42,240 --> 00:03:43,120
但是到这一步
111
00:03:43,240 --> 00:03:44,440
其实并没有去分析
112
00:03:44,440 --> 00:03:46,000
代码的整体的含义
113
00:03:46,000 --> 00:03:48,280
通俗点来说就是语法分析器
114
00:03:48,280 --> 00:03:50,680
并不管这段代码是干什么了
115
00:03:51,040 --> 00:03:52,720
只考虑这段代码是否正确
116
00:03:52,720 --> 00:03:54,040
并且输出语法树
117
00:03:54,400 --> 00:03:55,960
接收词法分析器标数的
118
00:03:55,960 --> 00:03:57,160
token作为一个输入
119
00:03:57,160 --> 00:03:58,760
然后输出语法树
120
00:03:58,760 --> 00:04:00,040
也就是AST
121
00:04:00,160 --> 00:04:01,560
图中的这段表示
122
00:04:01,720 --> 00:04:02,960
只是方便去看
123
00:04:02,960 --> 00:04:04,440
实际上代码语法树
124
00:04:04,840 --> 00:04:05,800
里面每一个节点
125
00:04:05,920 --> 00:04:07,280
都是有自己的定义的
126
00:04:08,160 --> 00:04:10,160
第三步就是语义分析
127
00:04:10,160 --> 00:04:11,560
Semantic Analyzed
128
00:04:11,560 --> 00:04:12,920
刚才语法分析
129
00:04:12,920 --> 00:04:14,280
只是分析我这个句子
130
00:04:14,280 --> 00:04:15,040
有没有错
131
00:04:15,040 --> 00:04:15,920
这一行代码
132
00:04:15,920 --> 00:04:17,640
有没有写错物理意义
133
00:04:18,160 --> 00:04:19,640
下面以第五行
134
00:04:19,640 --> 00:04:21,480
第六行代码作为例子
135
00:04:21,480 --> 00:04:22,760
一开始定义了一个
136
00:04:22,760 --> 00:04:24,000
int a 四维的数组
137
00:04:24,000 --> 00:04:25,080
接着我在第六行
138
00:04:25,080 --> 00:04:27,560
再定义一个int a 五维的数组
139
00:04:27,560 --> 00:04:29,640
然后去执行clean-c hello
140
00:04:29,640 --> 00:04:30,360
这个时候
141
00:04:30,960 --> 00:04:31,920
结果会看到
142
00:04:31,920 --> 00:04:32,680
编译器
143
00:04:32,680 --> 00:04:33,800
会爆出一个错误
144
00:04:33,800 --> 00:04:35,120
告诉a
145
00:04:35,120 --> 00:04:36,640
其实已经定义好了
146
00:04:36,640 --> 00:04:38,360
你定义的位置是在这里面的
147
00:04:38,360 --> 00:04:40,840
这里面就出现了一个错误
148
00:04:41,280 --> 00:04:43,320
从这个简单的例子可以看到
149
00:04:43,600 --> 00:04:44,160
语义分析
150
00:04:44,400 --> 00:04:46,360
就是借助高级语言的符号表
151
00:04:46,360 --> 00:04:47,600
去检查代码
152
00:04:47,760 --> 00:04:50,240
有没有违背高级语言的类型
153
00:04:50,600 --> 00:04:51,600
有没有语法错误
154
00:04:52,280 --> 00:04:53,760
最后一步就是生成
155
00:04:53,760 --> 00:04:54,720
LLVM IR
156
00:04:54,720 --> 00:04:57,360
然后进入LLVM的优化层
157
00:04:57,920 --> 00:04:59,200
了解LLVM的优化层
158
00:04:59,360 --> 00:05:01,040
其实并不会去展开
159
00:05:01,040 --> 00:05:02,040
讲每一个pass
160
00:05:02,040 --> 00:05:03,320
具体做了哪些工作
161
00:05:03,320 --> 00:05:04,960
针对C语言或者C++语言
162
00:05:04,960 --> 00:05:06,600
对C这些不同的语言
163
00:05:06,600 --> 00:05:09,240
做了哪些不同的优化的方式
164
00:05:09,520 --> 00:05:10,480
或者对IR
165
00:05:10,480 --> 00:05:11,720
做了哪些独特的优化
166
00:05:12,360 --> 00:05:13,720
而是去了解优化层的
167
00:05:13,720 --> 00:05:14,360
这个Pipeline
168
00:05:14,360 --> 00:05:15,800
具体是怎么工作的
169
00:05:16,320 --> 00:05:18,320
LLVM优化层的输是
170
00:05:18,320 --> 00:05:19,200
LLVM IR
171
00:05:19,200 --> 00:05:21,480
输出也是LLVM的IR
172
00:05:21,720 --> 00:05:23,040
这里面只是一个示例
173
00:05:23,040 --> 00:05:24,440
实际上它的输是一个
174
00:05:24,440 --> 00:05:25,440
ASG的语法树
175
00:05:25,440 --> 00:05:26,480
然后变成一个IR
176
00:05:26,760 --> 00:05:28,080
它的输出是一个IR
177
00:05:28,080 --> 00:05:29,680
但是输给指定的时候
178
00:05:30,040 --> 00:05:31,760
已经变成一个DAG的图了
179
00:05:32,000 --> 00:05:33,320
在上一节课里面
180
00:05:33,320 --> 00:05:35,560
其实已经简单的介绍了一下
181
00:05:35,840 --> 00:05:37,960
为什么它的输输出比较特别
182
00:05:38,200 --> 00:05:38,960
现在来看一看
183
00:05:38,960 --> 00:05:40,920
优化层做了哪些工作
184
00:05:41,800 --> 00:05:42,760
优化层里面的
185
00:05:42,760 --> 00:05:45,160
每一种优化的方式叫做Pass
186
00:05:45,600 --> 00:05:46,440
Pass这个概念
187
00:05:46,560 --> 00:05:47,800
其实在第一节
188
00:05:47,800 --> 00:05:48,720
分享的内容里面
189
00:05:48,720 --> 00:05:50,000
给大家汇报过
190
00:05:50,000 --> 00:05:51,960
它就是对LLVM IR
191
00:05:51,960 --> 00:05:53,040
或者对程序
192
00:05:53,040 --> 00:05:54,040
做一次变逆
193
00:05:54,240 --> 00:05:55,800
这一次变逆的叫做Pass
194
00:05:56,640 --> 00:05:57,520
而优化层里面
195
00:05:57,680 --> 00:05:59,000
又分为分析的Pass
196
00:05:59,000 --> 00:06:00,320
和转换的Pass
197
00:06:00,320 --> 00:06:01,200
有两种Pass
198
00:06:01,800 --> 00:06:02,720
有两种的Pass
199
00:06:02,720 --> 00:06:04,040
而这两种不同的Pass
200
00:06:04,240 --> 00:06:05,440
负责不同的工作
201
00:06:05,440 --> 00:06:06,320
现在来看
202
00:06:06,320 --> 00:06:07,880
分析的Pass做什么
203
00:06:07,880 --> 00:06:08,640
分析的Pass
204
00:06:08,800 --> 00:06:09,760
主要是发掘一些
205
00:06:09,760 --> 00:06:11,760
性能和优化的机会点
206
00:06:11,760 --> 00:06:13,560
就是它只做分析
207
00:06:13,600 --> 00:06:16,040
它不做具体的转换和生成
208
00:06:16,040 --> 00:06:17,600
它也不做具体的工作
209
00:06:17,600 --> 00:06:18,600
而具体的工作
210
00:06:18,720 --> 00:06:21,120
留给转换的Pass来做
211
00:06:21,320 --> 00:06:22,080
转换的Pass
212
00:06:22,200 --> 00:06:24,520
就会生成所必要的数据结构
213
00:06:24,720 --> 00:06:25,680
这个数据结构
214
00:06:25,840 --> 00:06:27,360
也叫做IR
215
00:06:27,600 --> 00:06:29,440
它是基于LLVM IR之上
216
00:06:29,440 --> 00:06:31,400
定制的一个具体的数据结构
217
00:06:31,400 --> 00:06:33,480
或者它特有的一个IR形式
218
00:06:33,840 --> 00:06:35,000
为后续的转换Pass
219
00:06:35,000 --> 00:06:36,760
或分析Pass所使用到的
220
00:06:37,360 --> 00:06:39,480
现在执行下面的这条命令
221
00:06:39,480 --> 00:06:40,000
OPT
222
00:06:40,200 --> 00:06:41,680
OPT就是Optimization
223
00:06:41,880 --> 00:06:43,680
是LLVM里面的一个工具
224
00:06:43,680 --> 00:06:44,880
然后hello.bc
225
00:06:44,880 --> 00:06:48,040
bc就是LLVM的IR的一种呈现方式
226
00:06:48,040 --> 00:06:48,960
然后instruction
227
00:06:48,960 --> 00:06:50,040
hello.bc
228
00:06:50,040 --> 00:06:51,960
然后把Stata打出来
229
00:06:51,960 --> 00:06:54,760
然后就打印出图了
230
00:06:54,960 --> 00:06:56,360
可以看到图里面
231
00:06:56,480 --> 00:06:57,920
有非常多的Pass
232
00:06:58,200 --> 00:06:59,320
实际上这个图
233
00:06:59,320 --> 00:07:00,240
还是执行了
234
00:07:00,240 --> 00:07:02,280
刚才很简单的代码
235
00:07:02,480 --> 00:07:04,080
代码呈现出来的结果
236
00:07:04,600 --> 00:07:05,880
运行了不同的Pass
237
00:07:05,880 --> 00:07:07,600
具体其实我也不知道
238
00:07:07,600 --> 00:07:09,400
这些Pass做了哪些工作
239
00:07:09,560 --> 00:07:10,680
来看看这些Pass
240
00:07:10,880 --> 00:07:11,880
做了哪些工作
241
00:07:12,840 --> 00:07:14,760
下面打开这条链接
242
00:07:16,040 --> 00:07:17,320
这条链接里面打开了
243
00:07:17,320 --> 00:07:20,120
就是LLVM Pass里面的一个介绍
244
00:07:20,120 --> 00:07:21,760
里面就分为Analyze Pass
245
00:07:21,760 --> 00:07:23,160
还有Transform Pass
246
00:07:23,520 --> 00:07:25,360
Analyze Pass有非常多
247
00:07:25,360 --> 00:07:27,680
主要是做一些分析性的工作
248
00:07:27,680 --> 00:07:28,760
而Transform Pass
249
00:07:28,960 --> 00:07:30,800
就是做一些实际的转换
250
00:07:31,160 --> 00:07:33,920
以下面ADCE作为例子