c++ - LLVM IR 生成的代码到 native 代码

Question

我正在学习编译器的工作原理。为了学习，我使用了几本书和教程，有时偶然发现了这个我无法解决的问题。

我遵循的完整教程代码可以在 Github repository 找到

此代码生成 IR 代码并成功执行它。但是，如果我尝试将代码保存为 example.ll 文件并(使用 llc)编译为 native 程序集，则此程序集无法编译为 native 可执行文件(使用 nasm和 ld)。我还尝试将 IR 编译成 native 目标文件，然后使用 g++ 编译它(与在教程的 make 文件中编译的解析器相同)，这也失败了。我想找到一种方法将我生成的 IR 代码实际编译成可执行二进制文件(至少对于 elf64)。

生成的IR代码[example.ll]:

; ModuleID = 'main'

@.str = private constant [4 x i8] c"%d\0A\00"

declare i32 @printf(i8*, ...)

define internal void @echo(i64 %toPrint) {
entry:
  %0 = call i32 (i8*, ...)* @printf(i8* getelementptr inbounds ([4 x i8]* @.str, i32 0, i32 0), i64 %toPrint)
  ret void
}

define internal void @main() {
entry:
  %0 = call i64 @do_math(i64 11)
  call void @echo(i64 %0)
  %1 = call i64 @do_math(i64 12)
  call void @echo(i64 %1)
  call void @printi(i64 10)
  ret void
}

declare void @printi(i64)

define internal i64 @do_math(i64 %a1) {
entry:
  %a = alloca i64
  store i64 %a1, i64* %a
  %x = alloca i64
  %0 = load i64* %a
  %1 = mul i64 %0, 5
  store i64 %1, i64* %x
  %2 = load i64* %x
  %3 = add i64 %2, 3
  ret i64 %3
}

然后通过汇编:

$ llc-3.5 -filetype=asm -x86-asm-syntax=intel -o example.asm example.ll
$ nasm example.asm
example.asm:1: error: attempt to define a local label before any non-local labels
example.asm:2: error: attempt to define a local label before any non-local labels
example.asm:2: error: parser: instruction expected
example.asm:3: error: attempt to define a local label before any non-local labels
example.asm:3: error: parser: instruction expected
example.asm:4: error: attempt to define a local label before any non-local labels
example.asm:4: error: parser: instruction expected
example.asm:5: error: parser: instruction expected
BB#0: # %entry:3: error: parser: instruction expected
BB#0: # %entry:12: error: parser: instruction expected
...
...
<many similar errors here>

或通过 GCC:

$ llc-3.5 -filetype=obj -o example.o example.ll
$ g++ native.o example.o 
/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/4.8/../../../x86_64-linux-gnu/crt1.o: In function `_start':
(.text+0x20): undefined reference to `main'
collect2: error: ld returned 1 exit status

PS:非常欢迎对存储库做出相应的修改代码(使其工作)的贡献!

UPD:根据要求

汇编代码:

    .text
    .file   "example.ll"
    .align  16, 0x90
    .type   echo,@function
echo:                                   # @echo
    .cfi_startproc
# BB#0:                                 # %entry
    pushq   %rax
.Ltmp0:
    .cfi_def_cfa_offset 16
    movq    %rdi, %rcx
    movl    $.L.str, %edi
    xorl    %eax, %eax
    movq    %rcx, %rsi
    callq   printf
    popq    %rax
    retq
.Ltmp1:
    .size   echo, .Ltmp1-echo
    .cfi_endproc

    .align  16, 0x90
    .type   main,@function
main:                                   # @main
    .cfi_startproc
# BB#0:                                 # %entry
    pushq   %rax
.Ltmp2:
    .cfi_def_cfa_offset 16
    movl    $11, %edi
    callq   do_math
    movq    %rax, %rdi
    callq   echo
    movl    $12, %edi
    callq   do_math
    movq    %rax, %rdi
    callq   echo
    movl    $10, %edi
    callq   printi
    popq    %rax
    retq
.Ltmp3:
    .size   main, .Ltmp3-main
    .cfi_endproc

    .align  16, 0x90
    .type   do_math,@function
do_math:                                # @do_math
    .cfi_startproc
# BB#0:                                 # %entry
    movq    %rdi, -8(%rsp)
    leaq    (%rdi,%rdi,4), %rax
    movq    %rax, -16(%rsp)
    leaq    3(%rdi,%rdi,4), %rax
    retq
.Ltmp4:
    .size   do_math, .Ltmp4-do_math
    .cfi_endproc

    .type   .L.str,@object          # @.str
    .section    .rodata,"a",@progbits
.L.str:
    .asciz  "%d\n"
    .size   .L.str, 4


    .section    ".note.GNU-stack","",@progbits

nm的输出:

$ nm example.o 
0000000000000060 t do_math
0000000000000000 t echo
0000000000000020 t main
                 U printf
                 U printi

Answer 1

程序集文件

你不能汇编 example.asm 的原因可能是它是 AT&T 语法，而 nasm 需要 Intel 语法。看来您已要求 llc 输出 Intel 语法，但您弄错了标志。根据this manual ，它是 --x86-asm-syntax(注意双破折号)。

我怀疑您最好使用 as(GNU 汇编程序)进行汇编，因为有许多相互不兼容的 Intel 语法方言；我不太确定哪个 LLVM 会说话。为此，请使用命令:

$ as example.asm -o example.o

目标文件

无法将目标文件与 C 库链接的原因是您已将 main 函数声明为 internal linkage (这是 define internal)。与 C 中的 static 关键字一样，它使符号在目标文件之外“不可见”，如 nm 输出中的小写 't' 所证明。

当为 main 创建 LLVM 函数对象时，您应该将其链接类型设置为 llvm::GlobalValue::ExternalLinkage。

同样的问题出现在程序集文件中，当然 - 它缺少 .global main。

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不要认为这意味着您应该为所有 函数提供外部链接；如果一个函数只在定义它的翻译单元中使用，它真的应该有内部链接。你不能为 main 做这件事。