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LLVM系列第九章：控制流语句if-else

2022-08-02 14:07:00 【飞翼剑仆】

系列文章目录

本文目录

前言
一、Hello if-else
二、编译
三、运行
四、总结

前言

在此记录下用LLVM创建if-else控制流语句的过程，以备查阅。

开发环境的配置请参考第一章《LLVM系列第一章：编译LLVM源码》。

我们知道，一个if-else语句包含了一个条件判断以及两个逻辑分支。最终会运行哪个分支的代码，取决于条件判断的结果为真还是假。而“条件”则一般是一个比较表达式。

本章，我们就来创建简单的if-else控制流语句。

一、Hello if-else

为简单起见，我就来为以下这个简单的C函数生成IR代码（示例）：

// Test.c

int Test(int a)
{
    int b;
    if (a > 33)
    {
        b = 66;
    }
    else
    {
        b = 77;
    }

    return b;
}

这里有个可变变量b，当然它也是一个局部变量，我们可以在栈上创建一个可变变量。LLVM IR提供了一个指令，可以让我们在栈上申明变量，即 alloca 指令。它使用起来也很简单（示例）：

%variable.address = alloca i32

LLVM也提供了相应的C++ API用于在栈上申明变量：

AllocaInst * llvm::IRBuilderBase::CreateAlloca(Type * Ty, Value * ArraySize = nullptr, const Twine & Name = "")

注意用alloca 指令申明的变量，其实得到是变量的地址。如果要访问它，我们需要用store和load指令。store指令可以把变量值写入该地址（示例）：

store i32 66, i32* %variable.address, align 4

而load指令则可以把变量值从该地址的读取出来（示例）：

%actual.value = load i32, i32* %variable.address, align 4

以下就是我们调用LLVM C++ API来生成IR的代码（示例）：

// HelloIfElse.cpp

#include "llvm/IR/Function.h"
#include "llvm/IR/IRBuilder.h"
#include "llvm/IR/LLVMContext.h"
#include "llvm/IR/Module.h"
#include "llvm/IR/Verifier.h"

#include <vector>

using namespace llvm;

int main(int argc, char* argv[])
{
    LLVMContext context;
    IRBuilder<> builder(context);

    // Create a module
    Module* module = new Module("Test.c", context);

    // Add a function
    std::vector<Type*> parameters(1, builder.getInt32Ty());
    FunctionType* functionType = FunctionType::get(builder.getInt32Ty(), parameters, false);
    Function* function = Function::Create(functionType, GlobalValue::ExternalLinkage, "Test", module);

    // Add an argument to the function
    Value* arg = function->getArg(0);
    arg->setName("a");

    // Add some basic blocks to the function
    BasicBlock* entryBlock = BasicBlock::Create(context, "entry", function);
    BasicBlock* thenBlock = BasicBlock::Create(context, "if.then", function);
    BasicBlock* elseBlock = BasicBlock::Create(context, "if.else", function);
    BasicBlock* returnBlock = BasicBlock::Create(context, "if.end", function);

    // Fill the "entry" block (1):
    //   int b;
    builder.SetInsertPoint(entryBlock);
    Value* bPtr = builder.CreateAlloca(builder.getInt32Ty(), nullptr, "b.address");

    // Fill the "entry" block (2):
    //   if (a > 33)
    ConstantInt* value33 = builder.getInt32(33);
    Value* condition = builder.CreateICmpSGT(arg, value33, "compare.result");
    builder.CreateCondBr(condition, thenBlock, elseBlock);

    // Fill the "if.then" block:
    //   b = 66;
    builder.SetInsertPoint(thenBlock);
    ConstantInt* value66 = builder.getInt32(66);
    builder.CreateStore(value66, bPtr);
    builder.CreateBr(returnBlock);

    // Fill the "if.else" block:
    //   b = 77;
    builder.SetInsertPoint(elseBlock);
    ConstantInt* value77 = builder.getInt32(77);
    builder.CreateStore(value77, bPtr);
    builder.CreateBr(returnBlock);

    // Fill the "if.end" block:
    //   return b;
    builder.SetInsertPoint(returnBlock);
    Value* returnValue = builder.CreateLoad(bPtr, "return.value");
    builder.CreateRet(returnValue);

    // Print the IR
    verifyFunction(*function);
    module->print(outs(), nullptr);

    return 0;
}

二、编译

用clang++进行编译（示例）：

# Set up C++ standard library and header path
export SDKROOT=$(xcrun --sdk macosx --show-sdk-path)

# Compile
clang++ -w -o HelloIfElse `llvm-config --cxxflags --ldflags --system-libs --libs core` HelloIfElse.cpp

以上命令会生成一个名为HelloIfElse的可执行程序。

三、运行

运行HelloIfElse（示例）：

./HelloIfElse

输出结果如下（示例）：

; ModuleID = 'Test.c'
source_filename = "Test.c"

define i32 @Test(i32 %a) {
entry:
  %b.address = alloca i32, align 4
  %compare.result = icmp sgt i32 %a, 33
  br i1 %compare.result, label %if.then, label %if.else

if.then:                                          ; preds = %entry
  store i32 66, i32* %b.address, align 4
  br label %if.end

if.else:                                          ; preds = %entry
  store i32 77, i32* %b.address, align 4
  br label %if.end

if.end:                                           ; preds = %if.else, %if.then
  %return.value = load i32, i32* %b.address, align 4
  ret i32 %return.value
}