llvm 编译c/c++ 文件步骤以及中间文件说明
在LLVM框架中编译C/C++程序时，整个过程分为多个阶段，每个阶段会生成不同的中间文件。以下是详细的步骤和中间文件说明：
1. 预处理（Preprocessing）
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输入：.c/.cpp 源文件（如 hello.c）
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输出：预处理后的文本文件（.i 或 .ii）
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工具：
clang -E -
作用：
- 展开宏、处理 #include、#define 等预处理指令。
- 删除注释，添加行号标记（#line）。
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生成文件：
clang -E hello.c -o hello.i # C语言 clang -E hello.cpp -o hello.ii # C++
2. 编译到LLVM IR（前端）
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输入：预处理后的 .i/.ii 文件
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输出：LLVM中间表示（IR），文本格式（.ll）或二进制格式（.bc）
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工具：
clang -S -emit-llvm -
作用：
- 将C/C++代码转换为与硬件无关的LLVM IR。
- 进行初步优化（如内联、死代码删除）。
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生成文件：
clang -S -emit-llvm hello.c -o hello.ll # 文本IR clang -c -emit-llvm hello.c -o hello.bc # 二进制IR
关键文件：
.ll：人类可读的IR文本（可通过 cat hello.ll 查看）。
.bc：二进制IR（更紧凑，适合进一步处理）。
3. IR优化（中端）
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输入：.ll 或 .bc 文件
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输出：优化后的IR文件
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工具：opt
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作用：
- 执行多种优化（如循环展开、常量传播、函数内联）。
- 优化级别通过 -O1/-O2/-O3 控制。
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示例命令：
opt -O2 hello.ll -o hello_opt.ll # 文本IR优化 opt -O2 hello.bc -o hello_opt.bc # 二进制IR优化
4. 代码生成（后端）
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输入：优化后的 .ll 或 .bc 文件
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输出：目标架构的汇编代码（.s）
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工具：llc
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作用：
- 将LLVM IR转换为特定架构（如x86、ARM）的汇编代码。
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生成文件：
llc hello_opt.ll -o hello.s # 生成x86汇编 llc -march=arm hello_opt.ll -o hello.s # 生成ARM汇编
5. 汇编（Assembly）
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输入：汇编文件 .s
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输出：目标文件 .o（二进制机器码）
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工具：汇编器（as 或LLVM集成工具）
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作用：
- 将汇编代码转换为机器指令，生成可重定位的目标文件。
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生成文件：
clang -c hello.s -o hello.o # 使用clang调用汇编器 as hello.s -o hello.o # 直接使用GNU汇编器
6. 链接（Linking）
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输入：一个或多个 .o 文件 + 库文件（.a/.so）
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输出：可执行文件（如 a.out）或动态库（.so/.dll）
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工具：链接器（ld 或 clang 驱动）
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作用：
- 合并目标文件，解析符号引用，处理重定位。
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示例命令：
clang hello.o -o hello # 生成可执行文件 clang -shared hello.o -o libhello.so # 生成动态库
完整流程图示
graph TB
A[hello.c] -->|Preprocess| B[hello.i]
B -->|Compile to IR| C[hello.ll/.bc]
C -->|Optimize| D[hello_opt.ll/.bc]
D -->|Codegen| E[hello.s]
E -->|Assemble| F[hello.o]
F -->|Link| G[a.out or libhello.so]
键中间文件总结
| 文件扩展名 | 阶段 | 格式 | 作用 |
|---|---|---|---|
| .i/.ii | 预处理 | 文本 | 展开宏和头文件后的源代码 |
| .ll IR生成 | 文本 | 人类可读的LLVM中间代码 | |
| .bc | IR生成 | 二进制 | 紧凑的LLVM IR（Bitcode） |
| .s | 代码生成（后端） | 文本 | 目标架构的汇编代码 |
| .o 汇编 | 二进制 | 可重定位的机器码 | 目标文件 |
直接生成命令示例
LLVM工具链允许跳过中间步骤，直接生成最终文件：
从C源码直接生成可执行文件（隐式完成所有步骤）
clang hello.c -o hello
从C源码生成目标文件（跳过IR和汇编的显式步骤）
clang -c hello.c -o hello.o
调试与分析工具
查看IR：llvm-dis hello.bc -o hello.ll（反汇编二进制IR）
查看汇编：objdump -d hello.o
查看预处理结果：clang -E -dM hello.c（输出所有宏定义）通过理解这些步骤和文件，可以更灵活地控制编译过程，例如手动优化IR或分析汇编代码。