LLVM Pass

概述

LLVM Pass是LLVM编译器中用于分析和优化代码的模块

它可以在不修改源代码的情况下，通过遍历LLVM的中间表示IR（Intermediate Representation），对代码进行分析和改进

Pass可以独立运行，也可以组合使用，以实现不同级别的优化

Pass的工作原理

遍历IR：Pass会遍历IR的各个部分，如函数、基本块和指令，以获取必要的信息和进行分析

分析和收集信息：Pass会根据需要进行各种分析，如控制流分析、数据流分析、活跃变量分析等，以了解代码的结构和特征，并收集有用的信息

应用优化：基于收集到的信息，Pass可以应用各种优化算法，如常量传播、死代码消除、循环优化等，以改进代码的执行效率和质量

更新IR：Pass可以修改IR中的指令、基本块或函数等，以应用优化后的代码改进

后续Pass处理：在完成当前Pass的工作后，Pass可以将修改后的IR传递给后续的Pass继续处理，以实现多个Pass之间的协作和组合

自定义pass

#include <llvm/Pass.h>
#include <llvm/IR/Function.h>
#include <llvm/Support/raw_ostream.h>using namespace llvm;namespace {// 定义一个继承自FunctionPass的Pass类struct MyPass : public FunctionPass {static char ID;MyPass() : FunctionPass(ID) {}// 重写runOnFunction方法，实现具体的Pass逻辑bool runOnFunction(Function &F) override {errs() << "Analyzing function: " << F.getName() << "\n";// 在这里可以进行各种分析和优化操作return false;}};
}char MyPass::ID = 0;// 注册Pass到LLVM Pass管理器中
static RegisterPass<MyPass> X("my-pass", "My Custom Pass");// 示例函数，使用MyPass进行优化分析
void optimizeFunction(Function &F) {// 创建Pass管理器PassManager PM;// 添加MyPass到Pass管理器中PM.add(new MyPass());// 运行Pass管理器PM.run(F);
}int main() {LLVMContext Context;Module M("my-module", Context);// 创建一个简单的函数FunctionType *FuncType = FunctionType::get(Type::getVoidTy(Context), false);Function *Func = Function::Create(FuncType, Function::ExternalLinkage, "my-func", M);// 在函数中添加一些指令// 运行优化分析optimizeFunction(*Func);return 0;
}

上述代码中，自定义的Pass类MyPass继承自FunctionPass，重写了runOnFunction方法，在该方法中进行了简单的分析操作

在main函数中，创建了一个简单的函数并调用optimizeFunction函数来运行优化分析

MyPass将被注册到LLVM Pass管理器中，并在运行时被调用

自定义Pass - 死代码删除

#include "llvm/Pass.h"
#include "llvm/IR/Function.h"
#include "llvm/IR/Instructions.h"
#include "llvm/IR/InstIterator.h"using namespace llvm;namespace {// 自定义的死代码删除Passstruct DeadCodeEliminationPass : public FunctionPass {static char ID;DeadCodeEliminationPass() : FunctionPass(ID) {}// 重写runOnFunction函数，对函数中的死代码进行删除bool runOnFunction(Function &F) override {// 标记被使用的指令std::vector<Instruction*> usedInstructions;// 遍历函数的每个基本块for (auto &BB : F) {// 遍历基本块中的每个指令for (auto &I : BB) {// 如果指令有使用者，则标记为被使用的指令if (!I.use_empty()) {usedInstructions.push_back(&I);}}}// 遍历函数的每个基本块for (auto &BB : F) {// 遍历基本块中的每个指令for (auto &I : BB) {// 如果指令不在被使用的指令列表中，则将其删除if (std::find(usedInstructions.begin(), usedInstructions.end(), &I) == usedInstructions.end()) {I.eraseFromParent();}}}return true;}};
}char DeadCodeEliminationPass::ID = 0;// 注册Pass，使其能够在LLVM中使用
static RegisterPass<DeadCodeEliminationPass> X("deadcode", "Dead Code Elimination Pass");

这个Pass会遍历函数中的每个基本块和指令，首先标记出被使用的指令，然后再删除未被使用的指令。它通过重写runOnFunction函数来实现对函数的遍历和删除操作

要使用这个Pass，你需要将上述代码保存为一个.cpp文件，然后使用LLVM提供的编译工具链将其编译为动态链接库（.so或.dll），并将其与LLVM的可执行文件一起使用。在运行LLVM时，通过指定-load参数加载这个Pass，例如

opt -load /path/to/DeadCodeEliminationPass.so -deadcode < input.ll > output.ll

其中/path/to/DeadCodeEliminationPass.so是你编译生成的动态链接库的路径，input.ll是待优化的LLVM汇编文件，output.ll是优化后的LLVM汇编文件