Primeros pasos con llvm

Compilación de una función simple en llvm 4.0

Entonces, lo que intentaremos hacer es compilar la siguiente función

int sum(int a, int b) {
    return a + b + 2;
}

sobre la marcha. Y aquí está todo el ejemplo .cpp:

#include <iostream>

#include "llvm/IR/LLVMContext.h"
#include "llvm/IR/Module.h"
#include "llvm/IR/IRBuilder.h"
#include "llvm/IR/Verifier.h"
#include "llvm/ExecutionEngine/ExecutionEngine.h"
#include "llvm/ExecutionEngine/SectionMemoryManager.h"
#include "llvm/ExecutionEngine/Orc/CompileUtils.h"
#include "llvm/Support/TargetSelect.h"

// Optimizations
#include "llvm/Transforms/Scalar.h"
#include "llvm/Analysis/BasicAliasAnalysis.h"

using namespace llvm;


llvm::Function* createSumFunction(Module* module) {
    /* Builds the following function:
    
    int sum(int a, int b) {
        int sum1 = 1 + 1;
        int sum2 = sum1 + a;
        int result = sum2 + b;
        return result;
    }
    */

    LLVMContext &context = module->getContext();
    IRBuilder<> builder(context);

    // Define function's signature
    std::vector<Type*> Integers(2, builder.getInt32Ty());
    auto *funcType = FunctionType::get(builder.getInt32Ty(), Integers, false);

    // create the function "sum" and bind it to the module with ExternalLinkage,
    // so we can retrieve it later
    auto *fooFunc = Function::Create(
        funcType, Function::ExternalLinkage, "sum", module
    );

    // Define the entry block and fill it with an appropriate code
    auto *entry = BasicBlock::Create(context, "entry", fooFunc);
    builder.SetInsertPoint(entry);

    // Add constant to itself, to visualize constant folding
    Value *constant = ConstantInt::get(builder.getInt32Ty(), 0x1);
    auto *sum1 = builder.CreateAdd(constant, constant, "sum1");

    // Retrieve arguments and proceed with further adding...
    auto args = fooFunc->arg_begin();
    Value *arg1 = &(*args);
    args = std::next(args);
    Value *arg2 = &(*args);
    auto *sum2 = builder.CreateAdd(sum1, arg1, "sum2");
    auto *result = builder.CreateAdd(sum2, arg2, "result");  
    
    // ...and return
    builder.CreateRet(result);

    // Verify at the end
    verifyFunction(*fooFunc);
    return fooFunc;
};

int main(int argc, char* argv[]) {
    // Initilaze native target
    llvm::TargetOptions Opts;
    InitializeNativeTarget();
    InitializeNativeTargetAsmPrinter();

    LLVMContext context;
    auto myModule = make_unique<Module>("My First JIT", context);
    auto* module = myModule.get();

    std::unique_ptr<llvm::RTDyldMemoryManager> MemMgr(new llvm::SectionMemoryManager());

    // Create JIT engine
    llvm::EngineBuilder factory(std::move(myModule));
    factory.setEngineKind(llvm::EngineKind::JIT);
    factory.setTargetOptions(Opts);
    factory.setMCJITMemoryManager(std::move(MemMgr));
    auto executionEngine = std::unique_ptr<llvm::ExecutionEngine>(factory.create());
    module->setDataLayout(executionEngine->getDataLayout());

    // Create optimizations, not necessary, whole block can be ommited.
    // auto fpm = llvm::make_unique<legacy::FunctionPassManager>(module);
    // fpm->add(llvm::createBasicAAWrapperPass());
    // fpm->add(llvm::createPromoteMemoryToRegisterPass());
    // fpm->add(llvm::createInstructionCombiningPass());
    // fpm->add(llvm::createReassociatePass());
    // fpm->add(llvm::createNewGVNPass());
    // fpm->add(llvm::createCFGSimplificationPass());
    // fpm->doInitialization();

    auto* func = createSumFunction(module);  // create function
    executionEngine->finalizeObject();       // compile the module
    module->dump();                          // print the compiled code

    // Get raw pointer
    auto* raw_ptr = executionEngine->getPointerToFunction(func);
    auto* func_ptr = (int(*)(int, int))raw_ptr;

    // Execute
    int arg1 = 5;
    int arg2 = 7;
    int result = func_ptr(arg1, arg2);
    std::cout << arg1 << " + " << arg2 << " + 1 + 1 = " << result << std::endl;

    return 0;
}

Debería funcionar bien cuando se compila con clang++-4.0 con los siguientes indicadores:

$ llvm-config-4.0 --cxxflags --libs core

Instalación o configuración

Siempre se recomienda ir al sitio web oficial de LLVM y seguir las guías de instalación según su sistema operativo.

Si está trabajando en posix, en resumen, debe agregar uno de [los repositorios oficiales de paquetes LLVM] 2. Por ejemplo, si trabaja en Ubuntu Xenial (16.04), agrega una entrada deb y deb-src a su archivo /etc/apt/sources.list:

$ sudo su
$ echo deb http://apt.llvm.org/xenial/ llvm-toolchain-xenial-4.0 main \ >> /etc/apt/sources.list
$ echo deb-src http://apt.llvm.org/xenial/ llvm-toolchain-xenial-4.0 main \ >> /etc/apt/sources.list

y una vez que lo haga, la instalación es tan simple como llamar

$ sudo apt update
$ sudo apt install clang-X

donde X es la versión que está buscando (4.0 es actual al momento de escribir esta publicación).

Tenga en cuenta que clang es un compilador C/C++ escrito sobre LLVM (y en realidad ahora está autohospedado) y viene junto con todas las bibliotecas LLVM. Una vez que hagas eso, puedes ir a cualquier turorial y comenzar a codificar.

Si lo desea, puede instalar las bibliotecas LLVM manualmente. Para eso solo tienes que apt install llvm-Y donde Y es una biblioteca que estás buscando. Sin embargo, recomiendo compilar LLVM usando proyectos con clang.

Una vez que haga eso, debería tener la herramienta llvm-config. Es muy útil obtener los indicadores del compilador necesarios para la correcta compilación del proyecto LLVM. Entonces, la primera prueba de que funcionó sería llamando

$ llvm-config-4.0 --cxxflags --libs engine
-I/usr/lib/llvm-4.0/include -std=c++0x -gsplit-dwarf -Wl,-fuse-ld=gold -fPIC -fvisibility-inlines-hidden -Wall -W -Wno-unused-parameter -Wwrite-strings -Wcast-qual -Wno-missing-field-initializers -pedantic -Wno-long-long -Wno-maybe-uninitialized -Wdelete-non-virtual-dtor -Wno-comment -Werror=date-time -std=c++11 -ffunction-sections -fdata-sections -O2 -g -DNDEBUG  -fno-exceptions -D_GNU_SOURCE -D__STDC_CONSTANT_MACROS -D__STDC_FORMAT_MACROS -D__STDC_LIMIT_MACROS
-lLLVM-4.0

Puede obtener un conjunto diferente de banderas, no se preocupe por eso. Mientras no falle con comando no encontrado, debería estar bien.

El siguiente paso es probar la propia biblioteca LLVM real. Así que vamos a crear un archivo llvmtest.cpp simple:

#include <iostream>
#include "llvm/IR/LLVMContext.h"

int main() {
    llvm::LLVMContext context;
    std::cout << &context << std::endl;
    return 0;
};

Tenga en cuenta que uso std::cout para que en realidad usemos la variable context (para que el compilador no la elimine durante la fase de compilación). Ahora compila el archivo con

$ clang++-4.0 -o llvmtest `llvm-config-4.0 --cxxflags --libs engine` llvmtest.cpp

y probarlo

$ ./llvmtest
0x7ffd85500970

¡Felicidades! Está listo para usar LLVM.