swift编译过程

如果不懂LLVM,Clang的同学可以去了解下它的知识点  一些文章中有详细介绍 OC 的编译过程 ,本文来探索一下 Swift 的编译过程。Swift 的编译过程中使用 Swiftc ,与 Clang 一样,Swiftc 是LLVM编译架构的一个前端。

swiftc常用命令:

-dump-ast              解析和类型检查源文件 & 转换成 AST
-dump-parse 解析源文件 & 转换成 AST
-emit-assembly 生成汇编文件
-emit-bc 生成 LLVM Bitcode 文件
-emit-executable 生成已链接的可执行文件
-emit-imported-modules 生成已导入的库
-emit-ir 生成 LLVM IR 文件
-emit-library 生成已连接的库
-emit-object 生成目标文件
-emit-silgen 生成 raw SIL 文件(第一个阶段)
-emit-sil 生成 canonical SIL 文件(第2个阶段)
-index-file 为源文件生成索引数据
-print-ast 解析和类型检查源文件 & 转换成更简约的格式更好的 AST
-typecheck 解析和类型检查源文件

swift 的编译流程:

与 Clang 相比, LLVM前端的流程中,在AST 和 IR之间,多了一层中间语言SIL (Swift Intermediate Language ) , 这么做的目的是希望弥补一些 Clang 编译器的缺陷,如无法执行一些高级分析,可靠的诊断和优化,而 AST 和LLVM IR 都不是合适的选择。因此,SIL应运而生,用来解决现有的缺陷。

SIL代码

SIL 官方文档传送门

由于 SIL 是 Swift 在编译过程中的中间产物, 通过 SIL 可以了解swift 底层的实现细节,帮助我们理解一些问题)

源码生成 SIL 的命令如下:

// 将m ain.swift 编译成 SIL 代码
swiftc -emit-sil main.swift // 将 main.swift 编译成 SIL,并保存到 main.sil 文件中
swiftc -emit-sil main.swift >> main.sil // 将 main.swift 编译成 SIL的同时, 将命名重整后的符号恢复原样,并保存到 main.sil 文件中
swiftc -emit-sil main.swift | xcrun swift-demangle >> main.sil

SIL 语法和 IR 语法有点相似,常见语法含义:

  • load: 读取数据
  • sil_global:标记变量为全局变量
  • hidden: 标记只针对同一个Swift模块中的对象可见
  • alloc_global:  开辟全局变量的内存
  • global_addr: 获取全局变量的地址
  • ref_element_addr: 获取元素地址
  • init_existential_addr: 指令会生成 Existential Container 结构, 包裹着实例变量和协议对应的 PWT
  • destroy_addr
  • bb0 / bb1 ... : basic block 数字,表示一个代码块,SIL中没有分支语句,只有入口和出口
  • alloc_ref / dealloc_ref: 开辟/释放内存
  • function_ref: 获取直接派发函数地址.
  • class_method: 通过函数表获取方法.
  • witness_method: 通过 PWT 获取对应的函数地址
  • objc_method : 获取OC 方法地址
  • apply:调用函数
  • store A to B : 把A 的值存储到B中。
  • begin_access / end_access: 开始、结束访问
    • [modify] / [read] / [deinit] :修改型访问、读取型访问、删除型访问
    • [dynamic]:动态访问
    • [static]:静态访问
  • retain_value: 引用计数 + 1
  • release_value: 引用计数 - 1
  • metatype 获得元类型
    • @thick 描述元类型代表的形式,是引用 对象类型或是其子类,
    • @thin 代表一个确切的值 类型,不需要存储,
  • $ : 类型标识
  • %:  表示寄存器,类似局部常量,赋值后不可修改。如果再需要新的寄存器,就增加寄存器编号,这样操作有利于编译器的优化;后续进行降级操作 时,才会把这些带编号的虚拟寄存器 转换成对应体系结构的真实寄存器。
  • @ : SIL中所有标识符均以@符号开头
    • @main 方法名字是 main
    • @_hasStorage 标识属性是存储属性
    • @_hasInitialValue 标识属性有初始值
    • @owned 代表函数接收者负责销毁返回值
    • @convention 这个标识用于明确指定当函数调用时参数和返回值应该如何被处理
      • @convention(c) 表示使用C函数的方式进行调用
      • @convention(swift) 纯Swift函数的默认调用方式
      • @convention(method) 柯里化的函数调用方式
      • @convention(witness_method) 协议方法调用,它等同于convention(method),除了在处理范型类型参数时
      • @convention(objc_method) Objective-C方式调用

常见ARM64汇编指令

bl : 地址跳转

blr : 带返回的地址跳转, 跳转回指令后面跟随寄存器中保存的地址

mov: 把一个寄存器里的值,复制到另一个寄存器

mov x0, x8 把 x0 的值,复制到 x8 中

ldr: 把内存中的值,读取到寄存器中

ldr x0, [x0, x8]  把 x0 + x8 的地址里面的值,写到 x0 寄存器 中

str: 把寄存器里面的值写入到内存中

str x0, [x0, x8]  把寄存器 x0 的值,写入到 x0 + x8 的地址中

4. 常见的 IR 语法:

官方文档传送门☞官方文档

  • @    全局标识
  • %       局部标识
  • alloca  开辟空间
  • align  内存对齐
  • i32 32位, 4字节
  • store  写入内存
  • load  读取数据
  • call  调用函数
  • ret  返回

bitcast

以新的数据类型去读取原类的值(也就是类型转换)


//以ty2 的数据类型 去读取 ty 类型的 value,读取步长是ty2
<result> = bitcast <ty> <value> to <ty2>
// eg: bitcast (%struct.str* @global to i8*)
// 以i8* 的数据类型 去读取 struct.str* 类型的 global,读取步长是i8*

getelementptr

  • 指令(GER):进行地址计算,来获取复合数据结构子元素的地址,并不访问内存。
    • 至少要有2个参数
    • 第一个参数是类型 & 地址,也就是开始读取内存的变量首地址
    • 第二个及以后的参数,表示要进行计算的参数,比如结构体或者数据的第几个元素
// 获取复合数据类型的指定元素的地址
getelementptr <ty> <value>, <index>, <index>, ...

如果 p 是一个数组, 第二个参数表示获取数组里索引是1的值,也就是p[1]

getelementptr %struct.munger_struct* %P, i32 1

如果 p 是一个数组,里面放了几个结构体, 第二个参数依旧表示p[1],第3个参数表示获取数组索引为1的结构体的索引为0的元素,即p[1][0]

getelementptr %struct.munger_struct* %P, i32 1, i32 0

如果结构体内还有数据类型的嵌套,再获取其内部嵌套的值,可以继续追加参数, 所以说参数至少有2个,第一个是数据的首地址,第二个参数开始都表示索引值。

官网:


struct munger_struct {
int f1;
int f2;
};
void munge(struct munger_struct *P) {
P[0].f1 = P[1].f1 + P[2].f2;
}
...
munger_struct Array[3];
...
munge(Array);

转成IR代码:

void %munge(%struct.munger_struct* %P) {
entry:
%tmp = getelementptr %struct.munger_struct* %P, i32 1, i32 0
%tmp = load i32* %tmp
%tmp6 = getelementptr %struct.munger_struct* %P, i32 2, i32 1
%tmp7 = load i32* %tmp6
%tmp8 = add i32 %tmp7, %tmp
%tmp9 = getelementptr %struct.munger_struct* %P, i32 0, i32 0
store i32 %tmp8, i32* %tmp9
ret void
}

getelementptr inbounds:

  • 与 getelementptr 类似, 不过它将类型与值分开了,分别作为2个参数。所以这个指令,至少有3个参数,前两个是类型和值,第三个开始是索引参数

<result> = getelementptr inbounds <ty>, <ty>* <ptrval>{, [inrange] <ty> <idx>}*

extractvalue

// 获取复合数据类型的指定元素的值
<result> = extractvalue <aggregate type> <val>, <idx>{, <idx>}*

insertvalue

// 像复合类型中的指定索引位置插入值
<result> = insertvalue <aggregate type> <val>, <ty> <elt>, <idx>{, <idx>}* ;
// insertvalue %struct.tm %ret_val.fca.0.insert, i32 %b1, 1 // 向类型为%struct.tm的%ret_val.fca.0.insert变量的索引为 1 的位置,插入%b1

结构体

%T = type {<type list>}
// eg: %swift.refcounted = type { %swift.type*, i64 }

数组


[<elementnumber> x <elementtype>]
// eg: alloca[24 x i8], align8 表示数组里面放了24个 i8 的整数

指针

<type> *
//eg: i64* 表示64 位的整型

青山不改,绿水长流,后会有期,感谢每一位佳人的支持!

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