LLVM 與 Clang 介紹

晚上聽國軟徐紀元學弟給我說起了他剛裝上的 Mac Lion 作業系統，也說到了最近 Apple 推出的新版本的 Xcode 4.2 在 iOS 4、iOS 5 程式開發中，加入了 automatic reference counting 功能，也即是開發者不再需要手動的做記憶體管理了，不用糾結記憶體管理了，不再需要 retain release 了。 同時 Apple 現在把編譯器改為 LLVM 了，同時也保留了 GCC 的支援，但按這樣的發展，GCC 至少在 Apple 開發上快到盡頭了。

在網上查了下 LLVM 的發展曆史：

發展曆程

2000年 LLVM 開始開發，

2005年 Apple 雇了 Chris Lattner，LLVM 也相當于成了 Apple 的官方支援的編譯器。 　　Apple 已經将它用在 OpenGL 的流水線優化，Xcode 已經能使用 llvm-gcc 編譯代碼。

到今天的 Xcode 已經開始使用 llvm 編譯代碼。

鑒于此，也是自己對 LLVM 的學習，轉載了這篇文章，讓自己也讓你明白 LLVM 的皮毛。

同時推薦 LLVM 的官方連結：http://llvm.org/。

連結：http://linuxtoy.org/archives/llvm-and-clang.html。

LLVM 是 Low Level Virtual Machine 的簡稱，這個庫提供了與編譯器相關的支援，能夠進行程式語言的編譯期優化、連結優化、線上編譯優化、代碼生成。簡而言之，可以作為多種語言編譯器的背景來使用。如果這樣還比較抽象的話，介紹下 Clang 就知道了：Clang 是一個 C++ 編寫、基于 LLVM、釋出于 LLVM BSD 許可證下的 C/C++/Objective C/Objective C++ 編譯器，其目标（之一）就是超越 GCC。

Clang 開發事出有因，Wiki 介紹如下：

Apple 使用 LLVM 在不支援全部 OpenGL 特性的 GPU (Intel 低端顯示卡) 上生成代碼 (JIT)，令程式仍然能夠正常運作。之後 LLVM 與 GCC 的內建過程引發了一些不快，GCC 系統龐大而笨重，而 Apple 大量使用的 Objective-C 在 GCC 中優先級很低。此外 GCC 作為一個純粹的編譯系統，與 IDE 配合很差。加之許可證方面的要求，Apple 無法使用修改版的 GCC 而閉源。于是 Apple 決定從零開始寫 C family 的前端，也就是基于 LLVM 的 Clang 了。

Clang 的特性：

1. 快：通過編譯 OS X 上幾乎包含了所有 C 頭檔案的 carbon.h 的測試，包括預處理 (Preprocess)，文法 (lex)，解析 (parse)，語義分析 (Semantic Analysis)，抽象文法樹生成 (Abstract Syntax Tree) 的時間，Clang 是 Apple GCC 4.0 的 2.5x 快。(2007-7-25)
2. 記憶體占用小：Clang 記憶體占用是源碼的 130%，Apple GCC 則超過 10x。
3. 診斷資訊可讀性強：我不會排版，推薦去網站觀看。其中錯誤的文法不但有源碼提示，還會在錯誤的調用和相關上下文的下方有~~~~~和^的提示，相比之下 GCC 的提示很天書。
4. GCC 相容性。
5. 設計清晰簡單，容易了解，易于擴充增強。與代碼基礎古老的 GCC 相比，學習曲線平緩。
6. 基于庫的子產品化設計，易于 IDE 內建及其他用途的重用。由于曆史原因，GCC 是一個單一的可執行程式編譯器，其内部完成了從預處理到最後代碼生成的全部過程，中間諸多資訊都無法被其他程式重用。Clang 将編譯過程分成彼此分離的幾個階段，AST 資訊可序列化。通過庫的支援，程式能夠擷取到 AST 級别的資訊，将大大增強對于代碼的操控能力。對于 IDE 而言，代碼補全、重構是重要的功能，然而如果沒有底層的支援，隻使用 tags 分析或是正規表達式比對是很難達成的。

當然，GCC 也有其優勢：

• 支援 JAVA/ADA/FORTRAN
• 目前的 Clang 的 C++ 支援落後于 GCC，參見 http://clang.llvm.org/cxx_status.html。（近日 Clang 已經可以自編譯，見http://www.phoronix.com/scan.php?page=news_item&px=Nzk2Mw）
• GCC 支援更多平台
• GCC 更流行，廣泛使用，支援完備
• GCC 基于 C，不需要 C++ 編譯器即可編譯

相信介紹到這裡大家能夠對 Clang 和 LLVM 有所了解了。除去 Clang 之外，LLVM 還被用在 Gallium3D 中進行 JIT 優化，Xorg 中的 pixman 也有考慮使用 LLVM 來優化執行速度，llvm-lua 使用 LLVM 來編譯 Lua 代碼，gpuocelot 使用 LLVM 可以令 CUDA 程式無需重新編譯即可運作在多核 X86CPU、IBM Cell、支援 OpenCL 的裝置之上... 我個人感覺 Apple 在開源界口碑較差（也許是我的錯覺？），不過 Apple 也為開源界貢獻了不少，Webkit，OpenCL（雖說隻是個标準），Clang。我最為佩服的是雖然出身于指令行之上的 Unix 族系統，但有魄力寫出自成體系的圖形棧，其圖形界面優美而人性化，可謂也為開源界貢獻了自己的精神與思想。 對于 Clang 這個很有潛力的項目，我希望其 C++ 支援（尤其是 template 支援）能夠早日完善。因為 GCC 在 template 出錯時的診斷資訊如同小說一般...