深入理解LLVM：代碼生成

目　　錄　　Contents
前言
第一部分　基礎(chǔ)知識
第1章　緒論2
1.1　LLVM設(shè)計思路分析3
1.2　LLVM主要子項目4
1.3　LLVM構(gòu)建與調(diào)試5
1.4　LLVM在線工具7
1.5　本章小結(jié)9
第2章　IR基礎(chǔ)知識10
2.1　IR分類11
2.1.1　樹IR11
2.1.2　線性IR11
2.1.3　圖IR12
2.2　CFG的基本塊與構(gòu)建14
2.2.1　基本塊14
2.2.2　構(gòu)建CFG15
2.3　靜態(tài)單賦值15
2.3.1　基本概念16
2.3.2　SSA構(gòu)造19
2.3.3　SSA析構(gòu)19
2.3.4　SSA分類28
2.3.5　基本塊參數(shù)和Phi節(jié)點29
2.4　本章小結(jié)30
第3章　數(shù)據(jù)流分析基礎(chǔ)知識31
3.1　半格、格與不動點31
3.1.1　半格和偏序集31
3.1.2　格33
3.1.3　不動點34
3.2　數(shù)據(jù)流分析原理及描述35
3.2.1　數(shù)據(jù)流方程形式化描述36
3.2.2　數(shù)據(jù)流分析的理論描述40
3.3　數(shù)據(jù)流方程示例43
3.3.1　活躍變量43
3.3.2　到達(dá)定值45
3.3.3　常量傳播46
3.4　擴展閱讀：數(shù)據(jù)流的遍歷性能分析49
3.5　本章小結(jié)50
第4章　支配分析51
4.1　支配和逆支配51
4.1.1　支配和逆支配相關(guān)定義51
4.1.2　支配和逆支配含義解析53
4.2　支配樹和支配邊界的實現(xiàn)55
4.2.1　半支配節(jié)點及相關(guān)概念56
4.2.2　LT算法和Semi-NCA的差異57
4.2.3　支配邊界的實現(xiàn)58
4.3　擴展閱讀：支配樹相關(guān)小課堂58
4.3.1　支配樹構(gòu)造算法及比較59
4.3.2　如何快速判斷任意兩個節(jié)點的支配關(guān)系60
4.4　本章小結(jié)62
第5章　循環(huán)基本知識63
5.1　自然循環(huán)64
5.2　LLVM的循環(huán)實現(xiàn)65
5.2.1　循環(huán)識別66
5.2.2　循環(huán)規(guī)范化67
5.3　本章小結(jié)71
第6章　TableGen介紹72
6.1　目標(biāo)描述語言72
6.1.1　詞法72
6.1.2　語法74
6.2　TableGen工具鏈77
6.2.1　從TD定義到記錄78
6.2.2　從記錄到C 代碼81
6.3　擴展閱讀：如何在TD文件中定義匹配83
6.3.1　隱式定義匹配模板83
6.3.2　復(fù)雜匹配模板84
6.3.3　匹配規(guī)則支撐類86
6.4　本章小結(jié)86
第二部分　代碼生成
第7章　指令選擇91
7.1　指令選擇的處理流程92
7.2　SelectionDAGISel算法分析94
7.2.1　SDNode分類96
7.2.2　LLVM IR到SDNode的轉(zhuǎn)換98
7.2.3　SDNode合法化108
7.2.4　機器指令選擇117
7.2.5　從DAG輸出MIR123
7.3　快速指令選擇算法分析126
7.4　全局指令選擇算法原理與實現(xiàn)128
7.4.1　全局指令選擇的階段128
7.4.2　GMIR生成129
7.4.3　指令合法化133
7.4.4　寄存器類型選擇137
7.4.5　機器指令選擇141
7.4.6　合并優(yōu)化143
7.5　本章小結(jié)146
第8章　指令調(diào)度147
8.1　LLVM指令調(diào)度149
8.1.1　指令調(diào)度算法150
8.1.2　拓?fù)渑判蛩惴?51
8.2　Linearize調(diào)度器152
8.2.1　構(gòu)造依賴圖153
8.2.2　對依賴圖進(jìn)行調(diào)度153
8.3　Fast調(diào)度器156
8.3.1　Fast調(diào)度器實現(xiàn)157
8.3.2　物理寄存器依賴場景的處理158
8.3.3　示例分析162
8.4　BURR List調(diào)度器166
8.4.1　影響指令調(diào)度的關(guān)鍵因素166
8.4.2　指令優(yōu)先級計算方法168
8.4.3　示例分析170
8.5　Source List調(diào)度器173
8.6　Hybrid List調(diào)度器174
8.7　Pre-RA-MISched調(diào)度器174
8.7.1　Pre-RA-MISched調(diào)度器實現(xiàn)174
8.7.2　調(diào)度區(qū)域的劃分175
8.7.3　影響Pre-RA-MISched調(diào)度器的關(guān)鍵因素175
8.7.4　MIR指令時延的計算175
8.7.5　寄存器壓力的計算177
8.7.6　示例分析181
8.8　Post-RA-TDList調(diào)度器186
8.8.1　Post-RA-TDList調(diào)度器實現(xiàn)186
8.8.2　示例分析186
8.9　Post-RA-MISched調(diào)度器189
8.10　循環(huán)調(diào)度190
8.10.1　循環(huán)調(diào)度算法實現(xiàn)190
8.10.2　示例分析194
8.11　擴展閱讀：調(diào)度算法的影響因素200
8.12　本章小結(jié)203
第9章　基于SSA形式的編譯優(yōu)化204
9.1　前期尾代碼重復(fù)205
9.1.1　尾代碼重復(fù)原理205
9.1.2　尾代碼收益判斷207
9.1.3　執(zhí)行尾代碼重復(fù)優(yōu)化209
9.2　Phi優(yōu)化212
9.3　棧著色213
9.4　棧槽分配217
9.5　死指令消除218
9.6　IPL優(yōu)化之If-Conversion219
9.7　循環(huán)不變量外提224
9.8　公共子表達(dá)式消除224
9.9　代碼下沉227
9.10　窺孔優(yōu)化228
9.11　本章小結(jié)231
第10章　寄存器分配232
10.1　寄存器分配流程解析233
10.1.1　Fast算法執(zhí)行流程233
10.1.2　Basic算法執(zhí)行流程233
10.2　寄存器分配涉及的Pass241
10.2.1　死亡和未定義子寄存器檢測241
10.2.2　隱式定義指令處理243
10.2.3　不可達(dá)MBB消除243
10.2.4　活躍變量分析244
10.2.5　Phi消除246
10.2.6　二地址指令變換249
10.2.7　指令編號255
10.2.8　變量活躍區(qū)間分析256
10.2.9　寄存器合并256
10.2.10　MBB的頻率分析259
10.2.11　寄存器分配：直接分配與間接分配265
10.2.12　將虛擬寄存器映射到物理寄存器266
10.2.13　棧槽著色266
10.2.14　復(fù)制傳播267
10.2.15　循環(huán)不變量外提269
10.3　Fast算法實現(xiàn)269
10.3.1　Fast算法實現(xiàn)思路269
10.3.2　示例分析270
10.4　Basic算法實現(xiàn)276
10.4.1　算法實現(xiàn)思路276
10.4.2　示例分析277
10.5　Greedy算法實現(xiàn)289
10.5.1　Greedy算法實現(xiàn)思路290
10.5.2　算法實現(xiàn)的核心：拆分291
10.5.3　區(qū)域拆分之Hopfield網(wǎng)絡(luò)詳解293
10.5.4　使用Hopfield網(wǎng)絡(luò)求解拆分296
10.5.5　示例分析300
10.6　PBQP算法實現(xiàn)313
10.6.1　PBQP介紹313
10.6.2　寄存器分配和PBQP的關(guān)系314
10.6.3　PBQP問題求解314
10.6.4　寄存器分配問題建模示例317
10.6.5　PBQP實現(xiàn)原理以及示例分析318
10.7　擴展閱讀：圖著色分配324
10.8　4種算法對比326
10.9　本章小結(jié)329
第11章　函數(shù)棧幀生成和非SSA形式的編譯優(yōu)化330
11.1　函數(shù)棧幀生成以及相關(guān)優(yōu)化331
11.1.1　棧幀生成331
11.1.2　代碼下沉332
11.1.3　棧幀范圍收縮335
11.2　MIR優(yōu)化337
11.2.1　分支折疊337
11.2.2　尾代碼重復(fù)347
11.2.3　復(fù)制傳播347
11.3　MIR指令變換和調(diào)度347
11.4　MIR信息收集及布局優(yōu)化348
11.4.1　基本塊布局優(yōu)化349
11.4.2　公共代碼提取355
11.4.3　函數(shù)冷熱代碼分離359
11.4.4　代碼布局優(yōu)化比較363
11.5　擴展閱讀：后綴樹構(gòu)造和應(yīng)用365
11.5.1　后綴樹的構(gòu)造365
11.5.2　后綴樹的應(yīng)用372
11.6　本章小結(jié)372
第12章　生成機器碼373
12.1　MC374
12.2　機器碼生成過程375
12.2.1　匯編代碼生成376
12.2.2　二進(jìn)制代碼生成378
12.3　本章小結(jié)381
第13章　添加一個新后端382
13.1　適配新后端的各個階段382
13.1.1　指令選擇階段的適配383
13.1.2　寄存器分配相關(guān)的適配383
13.1.3　插入前言/后序384
13.1.4　機器碼生成相關(guān)的適配384
13.2　添加新后端所需要的適配385
13.2.1　定義TD文件386
13.2.2　指令選擇處理386
13.2.3　棧幀處理387
13.2.4　機器碼生成處理388
13.2.5　添加新后端到LLVM框架中388
13.3　本章小結(jié)389
附錄
附錄A　LLVM的中間表示392
附錄B　BPF介紹407
附錄C　Pass的分類與管理413