LLVM相比于GCC，有哪些技术上的优势？

时间：2024-06-18 21:34:05 点击量：

首先简要介绍一下LLVM。LLVM是一个针对LLVM Intermediate Representation（IR，中间语言）的跨平台优化编译器，它的模块化设计很好，使得这个编译器中的很多功能可以被单独实现或者改进，这与其C++实现无法分开。由此，LLVM可以被设计成很多语言编译器实现的后端，负责处理程序优化和跨平台，而前端只需将程序转换成LLVM IR即可。比如说，Clang就是基于LLVM实现的C/C++编译器，它的主要功能就是将C/C++程序转换成LLVM IR，然后由LLVM负责后续的工作。

LLVM技术上的（最大）优势就在于它的模块化设计。在LLVM中，IR的解析，优化，汇编码的生成，寄存器分配，汇编码优化以及机器码生成，各种类型的二进制文件生成全部都是接口定义清晰的模块完成的，很容易分别改进或者添加定制功能。而且由于LLVM的C++实现，很多模块理解和使用比较容易。这些特性使得LLVM可以很容易地被用在科研和生产实践当中。反观GCC，模块化做得不如LLVM好，这使得它定制或者改进比较不方便。

我觉得也许不仅仅在于 LLVM 是开源的……

我个人认为它最大的优势是模块化。

LLVM 的 backend 把每个阶段都分的如此的清晰，于是我们作为使用者可以轻松的（相对GCC）做扩展，比如写一个自定义的 Pass。

而我就可以举一个例子给大家看一下:

如下图是正常 clang + llvm 编译后的 IDA Pro 6.5 - HexRay Disassembly C-代码:

然后，给 LLVM 增加 "代码混淆变型加密" （防逆向）的 Pass 后，再给大家截个图看一下同一个 C 函数被编译成了什么样子：

对的，你没有看错，我只截了一小部分图，因为实在太长了~

如果大家想感受一下有多震撼，那么我就贴一下他们的 Control - Flow - Graph 对比图:

1）

//////////////////////////////////////////// 加密前 /////////////////////////////////////////

2) /////////////////////////////////////////////// 加密后 /////////////////////////////////////////////////////////////

值得注意的是，看上去代码量会膨胀不少，性能也会有所损失。 不过这确确实实的是 LLVM 模块化带来的难以想象的优势。

没有LLVM之前的编译器设计与维护和没有计算机之前的历史研究有点类似，都是所谓“聪明人的苦学问”，搞历史一方面要求博闻强记，另一方面还要耐得住寂寞，除了自己的圈子，基本没人知道你在干什么。从前的编译器设计也是一样，首先要有个好记性还要吃得了苦，而且一旦跳了这个坑就不好爬出来了，这一切在LLVM出现之后得到了极大的改善，头脑一般的票友也可以进来玩玩了，聪明人更是没必要把时间都花在记忆和理解那些混乱不堪的代码上，极大地提高了工作效率。

统一的IR与模块化。你可以很轻易的抽取LLVM的组件（以库的形式）出来用于其它领域，如抽取LLVM JIT用于MapD这样的GPU数据库，或者抽取LLVM的整个后端（优化与CodeGen）用于TVM这样的深度学习推理框架。这样带来的好处就是LLVM不再仅仅是用于给Clang等编译器前端提供服务的编译器后端，而是可以为需要JIT / CodeGen 功能的所有领域服务，比如提到的GPU数据库、深度学习推理框架，还包括安全、区块链等应用领域。而这一切LLVM所需要的仅仅是一个统一的中间表示格式：LLVM IR。所以，现在比较常见的开发模式变为：各种各样的应用（DSL、GPU数据库、TVM、安全、区块链等）----> 生成 LLVM IR ----> LLVM的优化 ----> LLVM Code Gen ----> 目标代码（ARM、x86、Hexagon、NVPTX、AMDGPU、WebAssembly...)。这在LLVM出现之前，基本上是做不到的事情，不仅GCC，包括其它编译器都可以理解为“一坨”，根本抽不出来。

快速的可定制化。这一点架设在第一点的基础上，由于在LLVM中编写优化Pass非常方便，所以针对各种各样的应用，可以变为：

各种各样的应用（DSL、GPU数据库、TVM、安全、区块链等）----> 生成 LLVM IR ----> 编写针对自己特定应用的优化Pass ----> LLVM的优化 ----> LLVM Code Gen ----> 目标代码（ARM、x86、Hexagon、NVPTX、AMDGPU、WebAssembly...)

也包括：

各种各样的应用（DSL、GPU数据库、TVM、安全、区块链等）----> 生成 LLVM IR ----> 编写针对自己特定应用的优化Pass ----> LLVM的优化 ----> LLVM Code Gen ----> 目标代码（ARM、x86、Hexagon、NVPTX、AMDGPU、WebAssembly，自己的后端（如AI芯片）...)

有了LLVM以后，利用编译器，做编译器，比以往时候都要更简单（笑，真的笑，笑出声，大快所有人心的大好事）。

使用现代C++代码编写并有良好的代码组织。LLVM使用C++11编写，代码十分清晰与规范，对于阅读并且改写非常的方便。同时，其代码组织非常的好，每一个地方放什么东西，一目了然。而我也与一些同僚聊过，大家也都觉得LLVM是更好读、更好改的代码。

License优势。这一点是优势，但是是否是技术优势，看如何理解，但是这一点确实帮助了LLVM很多，让其快速被各大公司采用并不断回馈它。

LLVM has a dad -- Apple

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