LLVM IR（Intermediate Representation）是一种中间语言表示，作为编译器前端和后端的分水岭。LLVM 编译器的前端——Clang 负责产生 IR，而其后端负责消费 IR。

编译器 IR 的设计体现了权衡的计算思维。低级的 IR（即更接近目标代码的 IR）允许编译器更容易地生成针对特定硬件的优化代码，但不利于支持多目标代码的生成。高级的 IR 允许优化器更容易地提取源代码的意图，但不利于编译器根据不同的硬件特性进行代码优化。

LLVM IR 的设计采用common IR和specific IR相结合的方式。common IR旨在不同的后端共享对源程序的相同理解，以将其转换为不同的目标代码。除此之外，也为多个后端之间共享一组与目标无关的优化提供了可能性。specific IR允许不同的后端在不同的较低级别优化目标代码。这样做，既可以支持多目标代码的生成，也兼顾了目标代码的执行效率。

LLVM IR 有如下 3 种等价形式：

  • 内存表示
    • 类llvm::Function、llvm::Instruction等用于表示common IR。
    • 类llvm::MachineFunction、llvm::MachineInstr等用于表示specific IR。
  • 位码文件（Bitcode Files，存储在磁盘中）
  • 汇编文件（Assembly Files，存储在磁盘中，便于人类可读）

注：这里的汇编文件不是通常所说的汇编语言文件，而是 LLVM 位码文件的可读表示。

LLVM IR有三个主要特点：

  • 采用静态单一赋值（Static Single Assignment，SSA），即每个值只有一个定义它的赋值操作。
  • 代码被组织为三地址指令（Three-address Instructions）。
  • 有无限多个寄存器。

LLVM IR总览

从种类上划分，LLVM IR大致可以分为：

Type System类型系统

参考资料

  1. LLVM 之 IR 篇（1）：零基础快速入门 LLVM IR
  2. LLVM Language Reference Manual