LLVM 中的Value、User、Use设计
概述
LLVM是一个强大的编译器基础设施,提供了一套丰富的库,用于构建编译器的前端和后端。在LLVM中,Value、User和Use是几个核心的概念,它们之间有着紧密的关系
Value
Value是LLVM中表示所有可计算的值的基类,例如常量、指令、参数等。每个Value都有一个类型(Type)和一个名字(Name)。Value是LLVM IR中所有可计算实体的抽象。
User
User是LLVM IR中表示使用Value的类。User可以是指令(Instruction)、常量表达式(ConstantExpr)、全局变量(GlobalVariable)等。User持有对Value的引用,并且可以有多个Value作为其操作数(Operands)
Use
Use是Value和User之间的一个引用关系。每个Use对象持有一个Value的引用,并且知道这个Value是由哪个User使用的
Use允许LLVM跟踪每个Value的所有使用情况,并且当Value被修改或删除时,可以更新所有引用它的地方
User和Use的双向关系
User和Use之间存在一个双向关系:
- User持有一个Use链表,每个Use指向一个Value
- Value持有一个User链表,每个User指向一个使用该Value的User对象
这种双向关系使得LLVM可以有效地管理值的生命周期和依赖关系
- 例如,当一个Value被删除或修改时,所有引用它的Use都会收到通知,从而可以更新或删除相应的引用
- 同样,当一个User被删除时,它持有的所有Use也会被删除,从而解除了对Value的引用
这种设计有几个关键的好处
- 封装性:Value、User和Use的分离使得LLVM的IR结构更加模块化和易于理解
- 灵活性:Use作为Value和User之间的桥梁,使得LLVM可以灵活地处理值的引用和更新
- 效率:通过双向链表,LLVM可以快速地遍历和更新值的使用情况,提高了编译器的效率
总的来说,LLVM的Value、User和Use设计提供了一种强大且灵活的方式来表示和操作编译器中间表示(IR)中的值和它们之间的关系
例子
例子1
假设我们有一个简单的LLVM IR代码片段:
define i32 @main() {%a = add i32 1, 2%b = add i32 %a, 3ret i32 %b
}
在这个例子中:
- %a 和 %b 是两个Value,它们是指令的结果
- add i32 1, 2和add i32 %a, 3是两个User,因为它们是指令,使用其他Value(在这个例子中是数字1, 2和3,以及%a)
- %a有两个Use,分别指向两个add指令
- 每个add指令都有一个Use列表,列出了它的操作数
解析
- 第一个add指令创建了一个Value %a。这个指令是一个User,它有两个操作数:常量1和2。这两个常量也是Value,但在这个例子中,它们没有被其他指令引用
- 第二个add指令创建了另一个Value %b。这个指令同样是一个User,它的操作数是%a和常量3。这里,%a是一个已经被第一个add指令创建的Value
- 每个Value都有一个指向引用它的User的列表。在这个例子中,%a的列表中有两个User:第一个和第二个add指令。常量1、2和3没有被其他指令引用,所以它们的列表为空
- 每个User都有一个Use列表,列出了它引用的所有Value。第一个add指令的Use列表包含两个常量1和2,第二个add指令的Use列表包含%a和常量3
例子2
定义Value
首先,定义一个简单的LLVM IR 代码片段,这里创建一个简单的加法操作
%1 = add i32 10, 20
在这个例子中,%1是一个Value,它代表了加法操作的结果.i32 是它类型,表示这是一个32位的整数
10 和 20 是操作数,它们也是Value
创建User
加法操作本身就是一个User,因为它使用了Value(这个例子是数字10和20)来执行操作
这个User 是一个指令,具体来说是add指令
建立Use关系
add 指令使用10和20这两个Value,因为它创建了两个Use对象
每个Use对象持有一个对Value的引用,并且知道这个Value是由哪个User使用的
双向关系
现在有了以下关系
- add 指令(User) 有两个Use对象,分别引用了10和20
- 10和20(Value) 各自有一个User列表,每个列表中都包含了引用它们的add指令
修改Value
假设修改了10这个Value,将其改为15
%1 = add i32 15,20
在这个修改过程中,Use对象仍然保持对新值15的应用,由于Use和Value之间双向关系,add指令自动更新为使用的新的Value
删除Value
如果要删除20这个Value:
%1 = add i32 15, 25
在这个情况下,原来引用20的Use对象会被删除,并且add指令的Use列表会更新为引用新的Value 25
同时,20的User列表也会被清空,表示没有User再使用它
遍历User 和 Value
通过add 指令(User 来遍历它的所有Use对象,从而找到它引用的所有Value。同样,我们也可以通过15或25来遍历所有引用他们的User
参考资料
- 深入浅出 LLVM之 Value 、User 、Use 源码解析
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