clang前端

Clang可以处理C、C++和Objective-C源代码

Clang简介

Clang可能指三种不同的实体:

  1. 前端(在Clang库中实现)
  2. 编译驱动程序(在clang命令和Clang驱动程序库中实现)
  3. 实际的编译器(在clang-ccl命令中实现)

clang -ccl中的编译器不仅是由Clang库实现的,而且还广泛使用其他LLVM库来实现编译器的中间部分、后端以及集成的汇编器

先分析clang编译器驱动程序的命令行调用

clang hello.c -o helllo

在这里插入图片描述
Clang驱动程序通过使用-ccl选项来生成另一个自身实例,以及调用其内部的编译器
通过在编译器驱动程序中使用-Xclang < option >可以将特定的参数传递给该命令
该工具与驱动程序不同,并且与GCC命令行的接口区别比较大
Ag:clang -ccl工具有一个特殊的选项,可以打印Clang抽象语法树(AST )
可以使用以下命令

clang  -Xclang -ast-dump hello.c

clang前端_第1张图片
也可以直接调用clang -ccl 而不是驱动程序

clang -cc1 -ast-dump hello.c

这里需要指出的是,编译驱动程序任务之一是用所有必要的参数来初始化编译器的调用
使用-###标志来驱动程序可以看见他用哪些参数调用clang -ccl编译器
例如,如果手动调用clang -ccl ,还需要-I标志来提供所有系统的文件头
前端操作
clang -cc1工具的一个特点是它不仅实现了编译器的前端,而且还通过LLVM库实例化所有其他的LLVM组件,以执行LLVM支持的所有编译功能
因此可以说clang -cc1几乎实现了完正的编译器

通常编译目标是x86机器码时,clang -ccl会在生成目标文件(.o文件)后停止工作,因为LLVM链接器仍处于试验阶段,未被集成。
在生成目标文件后,控制权被交还给编译器驱动程序,由其调用外部工具来链接整个项目
使用-###可以看见

clang前端_第2张图片
在内部clang -ccl的每个调用都由一个相应的主前端操作来控制
完整的定义在源文件include/clang/Frontend/FrontendOptions.h中
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操作 说明
ASTView 解析AST并在Graphviz中查看
EmitBC 产生LLVM位码.bc文件
EmitObj 产生特定于目标的.o文件
FixIt 解析任何Fixit并应用于源码
PluginAction 运行一个插件操作
RunAnalysis 运行一个或多个源码分析

选项-cc1会触发cc1_main函数的执行
在tools/driver/ccl_main.cpp可以看到源码
clang前端_第5张图片

clang前端_第6张图片
Ag:通过clang hello.c -o hello来间接调用-cc1时,此时函数会初始化指定目标机器码的信息,并设置诊断基础设施,还会执行EmitObj操作,该操作是在FrontendAction的一个子类CodeGenAction中实现的
该代码将实例化的所有Clang和LLVM组件,并协调指挥这些组件构建目标文件
不同前端操作的存在使Clang除了可以执行整个编译过程之外,还可以执行诸如静态分析之类的其他编译阶段。通过-target命令行参数,可以为clang指定编译目标,根据不同的编译目标,clang加载不同的ToolChain对象,并执行和编译目标对应的前端操作,使用相应的外部工具完成编译过程

libclang是提供给外部Clang用户的最重要的接口之一,它通过C API 提供强大的前端功能。它包括几个Clang库,这些库也可以单独使用并一起链接到用户自己的项目中
列一下一些:

  • libclangLex :用于预处理和词法分析,处理宏,令牌和pragma构造
  • libclangAST :为构建、操作和遍历抽象语法树(AST)增加了其他功能
  • libclangParse :用于使用词法分析阶段的结果进行逻辑解析
  • libclangSema :用于语法分析,语义分析为AST验证提供操作
  • libclangCodeGen:使用编译目标的信息来生成LLVM IR代码
  • libclangAnalysis :包含用于静态分析的资源
  • libclangRewrite: 用于支持代码重写,并为构建代码重构工具提供基础架构
  • libclangBasic:提供一组使用程序,包括内存分配抽象、源码位置和诊断等

抽象语法树

(Abstract Syntax Tree,简称 AST)是一种树状结构,用来表示源代码的语法结构。它以树状的形式表现编程语言的语法结构,树上的每个节点都表示源代码中的一种结构。之所以说语法是“抽象”的,是因为这里的语法并不会表示出真实语法中出现的每个细节。比如,嵌套括号被隐含在树的结构中,并没有以节点的形式呈现;而类似于 if-condition-then 这样的条件跳转语句,可以使用带有三个分支的节点来表示。

AST 的根节点通常表示整个源代码,子节点表示源代码的各个组成部分,例如函数、变量、表达式等。每个节点可以包含一些属性,例如类型、值等。

AST 的应用非常广泛,包括:

  • 编译:AST 可以用于编译器中,将源代码转换为机器代码。
  • 解释:AST 可以用于解释器中,直接执行源代码。
  • 代码分析:AST 可以用于代码分析工具中,例如静态代码检查、代码生成等。
  • 代码编辑:AST 可以用于代码编辑器中,例如语法高亮、自动补全等。

下面是一个简单示例,展示了如何将以下代码转换为 AST:

def add(a, b):
  return a + b
      =
     / \
    +   return
   / \
  a   b

在这个 AST 中:

  • 根节点是 =, 表示赋值操作。
  • 左子节点是 +, 表示加法操作。
  • 右子节点是 return, 表示返回语句。
  • + 节点的左子节点是 a,表示变量 a
  • + 节点的右子节点是 b,表示变量 b

AST 是理解编程语言语法和语义的一种重要工具。它可以帮助我们更好地理解代码的结构和运行方式。

如何理解驱动二字?

要理解“驱动程序”中的“驱动”二字,首先要明确“驱动程序”的定义。驱动程序,全称设备驱动程序,是一种可以使计算机和设备通信的特殊程序。它相当于硬件的接口,操作系统只有通过这个接口,才能控制硬件设备的工作。

“驱动”的本义是指用鞭子或其他工具抽打牲口,使之前进。在“驱动程序”中,“驱动”的含义可以理解为:

  • 控制:驱动程序可以控制硬件设备的行为,例如让声卡播放音乐,让打印机打印文档。
  • 管理:驱动程序可以管理硬件设备的资源,例如分配内存空间、请求中断。
  • 翻译:驱动程序可以将操作系统的指令翻译成硬件设备能够理解的语言。

因此,“驱动程序”中的“驱动”二字可以理解为:控制、管理、翻译。

具体来说,驱动程序的作用可以概括为以下几点:

  • 提供硬件设备的接口:驱动程序为操作系统提供了一个标准的接口,使操作系统可以访问和控制硬件设备。
  • 实现硬件设备的功能:驱动程序可以实现硬件设备的所有功能,例如读写数据、控制设备状态等。
  • 提高硬件设备的性能:驱动程序可以优化硬件设备的性能,提高工作效率。

驱动程序是计算机系统的重要组成部分,对于计算机与硬件设备的正常工作至关重要。

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