Докладчик: Алексей Городецкий, ОмГУ, Great Fruit, Омск. «Закончил ОмГУ ФКН, на данный момент обучаюсь в аспирантуре там же. В ИТ за деньги лет 6 — с осени первого курса. Так вышло, что занимался абсолютно разными вещами — админил и патчил Asterisk в службе такси, участвовал в разработке складских систем для небезызвестных колбасных картелей (см. программировал в морозилках и тому подобные страдания), занимался веб разработкой. На данный момент работаю в ОмГУ — занимаюсь корпоративными системами и электронными сервисами студента. В качестве развлечений участвую порой в хакатонах (обычно в команде с небезызвестным человеком-хакатоном), а так же в game джемах. Как и любой другой сегодняшний программист, программировал на довольно большом количестве языков — на функциональных, на скриптовых, на мейнстримовых. Честно говоря, результат меня совсем не удовлетворил, как, думаю, и многих многих других. Именно по этой причине сегодня так много молодых и по-своему интересных языков. По моему мнению, сегодняшние мейнстримовые языки имеют 4 очень серьезные проблемы: — менеджмент памяти — проблема простоты, минимальности покрытия возможностями при сохранении выразительности — композиция, модульность, масштабируемость — возможности unit тестирования В аспирантуре занимаюсь изучением этих вопросов. В своем докладе расскажу про инфраструктуру для создания компиляторов LLVM, некогда созданную аспирантом из Иллиноиса, Крисом Латтнером, сейчас работающим в Apple Inc. Логическим продолжением его деятельности стало создание языка Swift. Мы рассмотрим сегодняшние методологии построения компиляторов, используя инфраструктуру LLVM. На примере создания фронтенда достаточно простого языка, мы получим представление о системе команд LLVM, об утилитах, входящих в стандартный пакет LLVM, о FFI с libc и прочих скользких ситуациях, о которых часто представление имеют только системные программисты. Если вас интересуют языки программирования, а также, возможно, накопилось некоторое количество боли и стресса от использования тех языков, с которыми вы вынуждены работать, то добро пожаловать на баркемп, на котором мы и обсудим такие вещи как: — более подробно о LLVM и компиляторах — перегрузка операторов — вывод типов Если останутся силы, то мы сможем обсудить 4 проблемы, обозначенных мною выше, тщательно запротоколировать все мнения и, возможно, прийти к какому-то консенсусу.»

1. Как пишут компиляторы
Городецкий Алексей
Аспирант
ОмГУ, Great Fruit

2. Мотивация
● Системы типов
● Обобщенное программирование
● Менеджмент памяти
● Функциональное программирование
● Метапрограммирование
● Анализ исходного кода
Компьютерные науки не стоят на месте.
Нужны новые языки для исследований:

3. Определение компилятора (DCPL)
LangYLangX
compiler
translator

4. Архитектура ∀ компилятора
Source lexer
parser
Ast0 AstN
type checking optimizations
codegen
Platform0
Platform1
PlatformN
IRFrontend Backend

5. Архитектура GCC

6. Low level virtual machine
C
C++
Haskell
Rust
IR IR
optimizer passes
x86
amd64
spark
arm
javascript?

7. LLVM IR - RISC машина
● SSA: Static Single Assignment
● Трехадресная система команд
● Строгая типизация
reg = op type (regX | value), (regY | value)
%sum = add i32 1, %other

8. LLVM IR - система типов
Void: void
Function: i32 (i32)
First class: i1, i8,... iN, half, float...
Pointer: type*
Vector (SIMD): <4 x i32>
Aggregate:
Array: [40 x float]
Struct: {i32, i32}

9. LLVM IR - работа с памятью
ptr
alloca, malloc
value ptr
store
value ptr
load
ptr value
& int x;
foo(&x);

10. Указатель на value?
main.c
int* get_ptr(int x) {
return &x;
}
int x = 1;
int* x_ptr = &x;
int* x_ptr2 = get_ptr(x);
*x_ptr == *x_ptr2
clang main.c -c -S -emit-llvm
define i32* @get_ptr(i32 %x) {
%1 = alloca i32, align 4
store i32 %x, i32* %1, align 4
ret i32* %1
}
warning: address of stack memory associated with local
variable 'x' returned [-Wreturn-stack-address]

11. LLVM IR: RISC-like Load/Store
void copy_inc(int *x) {
*x = *x + 1;
}
define void @copy_inc(i32* %x) {
%1 = load i32, i32* %x
%2 = add nsw i32 %1, 1
store i32 %2, i32* %x
ret void
}
copy_inc:
incl (%rdi)
retq

12. LLVM IR: GEP
int foo(struct S2* s2) {
return s2->s1.array[5];
}
%struct.S2 = type { i32, %struct.S1 }
%struct.S1 = type { [10 x i32] }
define i32 @foo(%struct.S2* %s2) {
%1 = getelementptr %struct.S2, %struct.S2* %s2,
i64 0, i32 1, i32 0, i64 5
%2 = load i32, i32* %1
ret i32 %2
}

13. LLVM IR: Возможности
● арифметические операции
● SIMD
● атомарные операции (lock-free)
● java & C11-like модель памяти
● thread local
● инлайн ассемблер
● отладочные символы
● exception handling
● gc

14. LLVM IR: UB = лицензия на убийство
#include <stdio.h>
int main() {
int x;
int y = 1;
int z;
scanf("%d", &z);
return x + y + z;
}
@.str = constant [3 x i8] c"%d00"
define i32 @main() {
%z = alloca i32
%1 = call i32 (i8*, ...)
@__isoc99_scanf(i8* getelementptr ([3 x i8], [3 x i8]*
@.str, i64 0, i64 0), i32* %z)
ret i32 undef
}

15. Заключение
LLVM это:
● RISC машина. Не “настоящая” виртуальная
машина
● Бэкэнд с большим набором проходов
оптимизаций
● Инфраструктура для создания компиляторов
● Возможность добавлять свои архитектуры
● Возможность добавлять свои проходы
оптимизаций

16. Список литературы
1. Design Concepts In Programming Languages
2. Compilers: Principles, Techniques, and Tools
3. Structure and Interpretation of Computer Programs
4. llvm.org
5. Троллейбус из буханки или alias analysis в LLVM
6. По следам C++ Siberia: дракон в мешке
7. Модель памяти C++

17. Спасибо за внимание
1. Value & Reference types
2. Сколько builtin типов нужно языкам
3. Language definitions
4. Expressions vs Statements. Control flow
5. Что такое хороший язык программирования. Критерии
6. “CAP теорема жизни” в языках программирования
7. Система модулей и нэймспейсов. При чем тут
глобальные переменные?
8. Замыкания
9. LLVM на других платформах. ABRA lang на STM32
Баркэмп: