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LLVM系列第二十六章：理解LLVMContext

2022-08-02 14:07:00 【飞翼剑仆】

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前言
How
Why
What
总结

前言

在此，记录下对LLVM源码中LLVMContext这个类的理解，以备查阅。

How

不知您注意到没有，当我们调用LLVM提供的C++ API来生成IR代码时，第一行C++代码就是初始化LLVMContext。如下面这个简单的例子，它创建了一个模块(Module)：

// HelloModule.cpp

#include "llvm/IR/Module.h"
#include "llvm/IR/LLVMContext.h"

using namespace llvm;

int main(int argc, char* argv[])
{
    
    LLVMContext context;
    Module* module = new Module("HelloModule", context);

    module->print(outs(), nullptr);

    return 0;
}

main函数的第一行就是初始化context的代码：

    LLVMContext context;

注意到，当我们创建一个模块(Module)时，context是其中一个输入参数：

Module* module = new Module("HelloModule", context);

另外，我们还可以利用context创建Type（示例）：

IntegerType* int32Type = Type::getInt32Ty(context);

Why

在LLVM API中，context是一个很重要的类，它能让我们在多线程中使用LLVM API。我们可以把它理解为一个黑盒，它包含（并管理）了LLVM中基础的、核心的“全局”数据，如类型(Type)、标准化的常量表等。

这里用到了“黑盒”这个词，是为了表明，API的调用者无需过多地深究context是什么。比如，我们无需深究它是如何实现的，包含了什么数据，作用是什么等各种问题。我们可以简单地把它当做一个“代表”，它代表了LLVM这个“引擎库”。我们只需记住，当一个函数需要context的时候，我们就把它传进去即可。

What

通常来说，LLVM的用户也许不需要知道context是什么，但编程语言的开发者（即编译器的开发者）是需要清楚地知道context是什么的。

Context包含了LLVM在一个线程中正常运行（比如一个编译任务）所需要的数据（即LLVM程序状态数据）。在很久以前，也就是LLVM的老版本中，这些状态数据都是全局数据。后来，它们被一股脑儿打包到了一个名叫“LLVMContext”的对象中，这样，LLVM就能支持在多线程中运行编译任务了。

多线程共享context

虽然context可以在多线程中共享使用，但它不是线程安全的，因为它自己不提供数据同步（如加锁）机制。Context本身以及它所包含的数据都是设计成给一个单独的线程使用的。所以，在多线程中共享使用context，可能会导致竞争、数据不同步等多线程常见问题。

线程独有context

当然，如果每个线程都创建一份自己独有的context，则不会有这些问题了。当每一个线程都有自己独立的一份context时，那命名冲突、类型冲突等问题就不再存在了。比如，某个线程正在处理模块A中的类型“Foo”，而另一个线程正在处理模块B中的类型“Foo”。那这两个类型不会互相干扰，因为它们处于不同的context下。

再举个例子，有这样一个多线程的程序，其中一个线程运行图像处理库(Graphics Library)，另一个线程运行音频处理库(Audio Library)，而这两个库都调用了LLVM。既然它们都调用了LLVM，为了避免这两个处理任务相互干扰，我们只需让它们各自创建一份context即可。所有在当前context之下创建出来的模块(Module)、类型(Type)、常量(Constant)等数据都属于当前的context。另外，我们还可以利用LLVM提供的工具Verifier（这是一个C++类）进行检查，它能确保一个模块下所有的IR对象都属于同一个模块。