实验四代码优化

SYsU-lang：sysu-optimizer实验指导

在实验sysu-generator中你已经成功生成了LLVM IR，但是得到的LLVM IR还有很大的优化空间，在sysu-optimizer中，你将需要对上一个实验生成的IR进行优化。举个例子。

对于源代码

int main(){
    int a = 1;
    return a;
}

使用clang -cc1 -O0 -S -emit-llvm生成的IR如下

define i32 @main() {
entry:
  %retval = alloca i32, align 4
  %a = alloca i32, align 4
  store i32 0, i32* %retval, align 4
  store i32 1, i32* %a, align 4
  %0 = load i32, i32* %a, align 4
  ret i32 %0
}

使用clang -cc1 -O3 -S -emit-llvm生成的IR如下

define i32 @main() {
entry:
  ret i32 1
}

显然后者生成的IR在性能上更优。

前置知识阅读

建议阅读https://buaa-se-compiling.github.io/miniSysY-tutorial/pre/design_hints.html 了解LLVM IR是如何存储在内存的。

简单来说，整个IR文件是一个Module，Module里面是由多个Function和GlobalVariable构成的；一个Function又是由多个BasicBlock组成；BasicBlock里面包含一系列的Instruction。想对Module，Function等概念有更多了解的，可以阅读https://www.llvm.org/docs/ProgrammersManual.html#the-core-llvm-class-hierarchy-reference 。

要了解操作BasicBlock，Instruction等的方法可以阅读https://www.llvm.org/docs/ProgrammersManual.html#helpful-hints-for-common-operations 。

由于要编写Pass，然后利用Pass对IR进行优化，需要先学习Pass Manager，可以阅读下面的文章学习如何写Pass。

• https://llvm.org/docs/WritingAnLLVMNewPMPass.html
• https://llvm.org/docs/NewPassManager.html
• https://llvm.org/devmtg/2019-10/slides/Warzynski-WritingAnLLVMPass.pdf
• https://medium.com/@mshockwave/writing-llvm-pass-in-2018-part-i-531c700e85eb
• https://github.com/banach-space/llvm-tutor

其实可以参考样例代码中是如何编写Pass的

API介绍

BasicBlock相关

BasicBlock相关的API具体可以看"llvm/IR/BasicBlock.h"。

• getTerminator()：获得基本块的终止指令

Instruction相关

Instruction相关的API具体可以看"llvm/IR/Instruction.h"。

• eraseFromParent():将指令从基本块中删除
• getOperand():获取指令的操作数
• llvm::BinaryOperator::CreateAShr()：创建新的指令
• ReplaceInstWithInst(oldInst,NewInst)：用新指令替换旧指令
• ReplaceInstWithValue()：用值替换指令

全局变量相关

llvm::Module M;
for(auto gv_iter = M.global_begin();gv_iter!=M.global_end();gv_iter++){
    ...
}//遍历Module中的全局变量