Light IR¶
Light IR 简介¶
本课程以 Cminusf 语言为源语言，从 LLVM IR 中裁剪出了适用于教学的精简的 IR 子集，并将其命名为 Light IR。同时依据 LLVM 的设计，为 Light IR 提供了配套简化的 C++ 库，用于生成 IR。
如下是一段 C 语言代码 easy.c 与 其对应的 IR 文件 easy.ll 示例。
easy.c:
int main(){
int a;
int b;
a = 1;
b = 2;
return a + b;
}
easy.ll:
; 整个 .ll 文件称为 module
; ModuleID = 'easy.c'
; ...
; module 中至少有一个 main function
define dso_local i32 @main() #0 {
; 此处 main function 仅有 1 个 basicblock
; basicblock 由一系列 instruction 组成
%1 = alloca i32, align 4
%2 = alloca i32, align 4
%3 = alloca i32, align 4
store i32 0, i32* %1, align 4
store i32 1, i32* %2, align 4
store i32 2, i32* %3, align 4
%4 = load i32, i32* %2, align 4
%5 = load i32, i32* %3, align 4
%6 = add nsw i32 %4, %5
ret i32 %6
}
; ...
Light IR 指令¶
Light IR 指令假设¶
Light IR 指令从 LLVM IR 中裁剪得到，因此保留了 LLVM IR 如下的指令规范
- 采用 3 地址的方式
%2 = add i32 %0, %1- 无限寄存器 + 静态单赋值形式
- IR 中的变量均代表了一个虚拟寄存器，并且数量无上限
- 每个虚拟寄存器只被赋值一次
-
强类型系统
-
每个操作数都具备自身的类型，分为基本类型，以及组合类型
基本类型：
i1：1 位宽的整数类型i32：32 位宽的整数类型float：单精度浮点数类型label: 基本块的标识符类型
组合类型：
- 指针类型：
<type> *，例如i32*, [10 x i32*] - 数组类型：
[n x <type>]，例如[10 x i32], [10 x [10 x i32]] - 函数类型：
<ret-type>@(<arg-type>)，由函数返回值类型与参数类型列表组合成的类型
组合类型可以嵌套，例如前面的
[10 x [10 x i32]]就是嵌套后的类型。
Light IR 指令详解¶
Terminator Instructions¶
注：ret 与 br 都是 Terminator Instructions 也就是终止指令，在 llvm 基本块的定义里，基本块是单进单出的，因此只能有一条终止指令（ret 或 br）。
Ret¶
- 概念：返回指令。用于将控制流（以及可选的值）从函数返回给调用者。
ret指令有两种形式：一种返回值，然后终结函数，另一种仅终结函数。 - 格式
ret <type> <value>ret void- 例子：
ret i32 %0ret void
Br¶
- 概念：跳转指令。用于使控制流转移到当前功能中的另一个基本块。该指令有两种形式，分别对应于条件分支和无条件分支。
- 格式：
br i1 <cond>, label <iftrue>, label <iffalse>br label <dest>- 例子：
br i1 %cond, label %truebb, label %falsebbbr label %bb
Standard Binary Instructions¶
Add FAdd¶
- 概念：
add指令返回其两个i32类型的操作数之和，返回值为i32类型，fadd指令返回其两个float类型的操作数之和，返回值为float类型。 - 格式：
<result> = add <type> <op1>, <op2><result> = fadd <type> <op1>, <op2>- 例子：
%2 = add i32 %1, %0%2 = fadd float %1, %0
Sub FSub¶
- 概念：
sub指令返回其两个i32类型的操作数之差，返回值为i32类型，fsub指令返回其两个float类型的操作数之差，返回值为float类型。 - 格式与例子与
add，fadd类似
Mul FMul¶
- 概念：
mul指令返回其两个i32类型的操作数之积，返回值为i32类型，fmul指令返回其两个float类型的操作数之积，返回值为float类型。 - 格式与例子与
add，fadd类似
SDiv FDiv¶
- 概念：
sdiv指令返回其两个i32类型的操作数之商，返回值为i32类型，fdiv指令返回其两个float类型的操作数之商，返回值为float类型。 - 格式与例子与
add，fadd类似
Memory Instructions¶
Alloca¶
- 概念：
alloca指令在当前执行函数的栈帧（Stack Frame）上分配内存。 - 格式：
<result> = alloca <type> - 例子：
%ptr = alloca i32%ptr = alloca [10 x i32]
Load¶
- 概念：
load指令用于从内存中读取。 - 格式：
<result> = load <type>, <type>* <pointer> - 例子：
%val = load i32, i32* %ptr
Store¶
- 概念：
store指令用于写入内存。 - 格式：
store <type> <value>, <type>* <pointer> - 例子：
store i32 3, i32* %ptr
CastInst¶
ZExt¶
- 概念：
zext指令将其操作数 零 扩展为type2类型。 - 格式：
<result> = zext <type> <value> to <type2> - 例子：
%1 = zext i1 %0 to i32
FpToSi¶
- 概念：
fptosi指令将浮点值转换为type2（整数）类型。 - 格式：
<result> = fptosi <type> <value> to <type2> - 例子：
%Y = fptosi float 1.0E-247 to i32
SiToFp¶
- 概念：
sitofp指令将有符号整数转换为type2（浮点数）类型。 - 格式：
<result> = sitofp <type> <value> to <type2> - 例子：
%X = sitofp i32 257 to float
Other Instructions¶
ICmp FCmp¶
- 概念：
icmp指令根据两个整数的比较返回布尔值，fcmp指令根据两个浮点数的比较返回布尔值。 - 格式：
<result> = icmp <cond> <type> <op1>, <op2><cond> = eq | ne | sgt | sge | slt | sle
<result> = fcmp <cond> <type> <op1>, <op2><cond> = eq | ne | ugt | uge | ult | ule
- 例子：
i1 %2 = icmp sge i32 %0, %1
Call¶
- 概念：
call指令用于使控制流转移到指定的函数，其传入参数绑定到指定的值。在被调用函数中执行ret指令后，如果被调用函数返回值不为void类型，控制流程将在函数调用后继续执行该指令，并且该函数的返回值绑定到result参数。 - 格式：
<result> = call <return ty> <func name>(<function args>)call <func name>(<function args>)- 例子：
%0 = call i32 @func( i32 %1, i32* %0)call @func( i32 %arg)
GetElementPtr¶
- 概念：
getelementptr指令用于获取数组结构的元素的地址。它 仅执行地址计算 ，并且不访问内存。 - 格式
- 数组：
<result> = getelementptr <type>, <type>* <ptrval>, i32 0, i32 <idx> - 指针（仅在数组作为函数参数时存在）：
<result> = getelementptr <type>, <type>* <ptrval>, i32 <idx> - 参数解释：
getelementptr后面的两个<type>一定是相同的。<ptrval>表示指针，<idx>表示索引（也即数组下标） - 例子：
%2 = getelementptr [10 x i32], [10 x i32]* %1, i32 0, i32 %0%2 = getelementptr i32, i32* %1 i32 %0- 额外阅读：The Often Misunderstood GEP Instruction