clang - 为什么 LLVM 语言中有一些内在函数？

Question

我发现LLVM中有一些内在函数例如llvm.memcpy、llvm.va_start。

但是我不知道为什么它们存在而其他人不存在。例如，由于 memcpy 的原型(prototype)位于 string.h 内部，为什么其他函数(如 strcpy)不被视为内在函数？

我注意到前端在某些情况下可能会生成特殊的内部函数调用。对于一个简单的情况:

#include<string.h>

int foo(void){
    char str[10] = "str";
    return 0;
}

由 clang 生成的 foo 的 llvm IR 为:

define i32 @foo() #0 {
entry:
  %str = alloca [10 x i8], align 1
  %0 = bitcast [10 x i8]* %str to i8*
  call void @llvm.memcpy.p0i8.p0i8.i64(i8* %0, i8* getelementptr inbounds ([10 x i8]* @foo.str, i32 0, i32 0), i64 10, i32 1, i1 false)
  ret i32 0
}

llvm.memcpy 在 IR 中被调用，但不在源代码中。但是如果没有这个内在函数，前端可以生成 LLVM IR 吗？

我还发现了一份关于 a much earlier version of llvm language reference 的文档发现LLVM指令中包含了一些特殊函数，如malloc、free(显然它们已经不存在了)。

那么llvm指令这样设计有什么深意呢？

Answer 1

当然，您可以在没有 memcpy 的情况下执行示例所示的操作 - 只是有点困难(好吧，也许不仅仅使用 4 个字节，这可以通过四个单字节移动完成，并不比 memcpy 难多少 - 另一方面，如果初始化 str 的字符串是 128 个字节[并且 str 足够长以容纳它]，则 128 个单字节移动的序列将相当尴尬，并且生成循环也有点困难笨拙)。

但是，内部函数的要点是允许编译器(后端)“理解发生了什么”，因为它将能够确定[至少对于常量]副本的大小，例如，生成两个 32 位移动，将 "str" 值存储到 str 变量中。或者，如果数量很大，请调用真正的 memcpy，或针对中间大小进行循环。

最后，简单的答案是“因为编译器可以生成比替代解决方案更好的代码”。

我猜，没有 strcpy 的原因是 strcpy 可以用 memcpy 替换(更有效)以获取常量字符串，如果字符串不是常量，strcpy 无论如何都会比 memcpy 复杂一点，因此对于进行内联优化没有那么有利。

理论上，所有类型的功能都可以成为内在的，但必须进行“成本/ yield ”分析 - 您可以获得多少 yield ，以及编写代码来实现这一点需要多长时间。

[当然，我只是根据我使用 LLVM 的经验推断出这一点，我不知道从在 LLVM 中实现内部函数的人那里知道这一点]