きつねさんでもわかるLLVM読書会amagasaki.rb第5章

1. きつねさんでもわかる LLVM読書会第２回 7/5 tkuro11 13年7月6日土曜日

2. 自己紹介 • 最近（悪い意味で）世間をにぎわす某半導体会社社員。 • 実はエンジニアじゃない • おてやわらかに。。。 tkuro11 13年7月6日土曜日

3. 祝単行本化 13年7月6日土曜日

4. きつねさんでもわかるLLVMの訂正一覧貢献してます！ 13年7月6日土曜日

5. 1ゲトー⊂（ﾟДﾟ⊂͡｀つ≡≡≡ｽﾞｻﾞｰｰｰｰｰｯきつねさんでもわかるLLVMの訂正一覧貢献してます！ 13年7月6日土曜日

6. さて...... 13年7月6日土曜日

7. フロントエンドとはバッグエンドA フロントエンド C バッグエンドB フロントエンド Ruby A向けコード B向けコード Cソース rubyソース言語依存中間表現ターゲット依存 13年7月6日土曜日

8. フロントエンドとは • 普通はソースコードから中間表現まで担当 • LLVMの場合、バックエンドがLLVM-IR をいじり回すのでIRコード生成が中間表現 • 字句解析、構文解析、意味解析、コード生成 13年7月6日土曜日

9. フロントエンドとは • 普通はソースコードから中間表現まで担当 • LLVMの場合、バックエンドがLLVM-IR をいじり回すのでIRコード生成が中間表現 • 字句解析、構文解析、意味解析、コード生成 LLVMっぽくなるのはここから 13年7月6日土曜日

10. DummyCCompiler • Cのサブセット • 全て int 型、他の型無 • グローバル変数無 • 変数の宣言時初期化無 • 変数のカンマ区切りの宣言無 • includeとかdefine無 • ビット演算無 • 単項演算無 • 配列のサポート無 https://github.com/Kmotiko/DummyCCompiler.git 13年7月6日土曜日

11. DummyCどんなん？ i n t t e s t ( i n t j ) { i n t i ; i = j * 1 0 ; r e t u r n i ; } i n t m a i n ( ) { i n t i ; i = 1 0 ; t e s t ( i ) ; r e t u r n 0 ; } わー貧弱 13年7月6日土曜日

12. DummyCどんなん？ i n t t e s t ( i n t j ) { i n t i ; i = j * 1 0 ; r e t u r n i ; } i n t m a i n ( ) { i n t i ; i = 1 0 ; t e s t ( i ) ; r e t u r n 0 ; } わー貧弱 13年7月6日土曜日

13. フロントエンドの流れ字句解析 Lexer 構文解析 Parser 意味解析 Semantic Analysis 最適化 Optimizer コード生成 Code Generation ソースコード 13年7月6日土曜日

14. 234 字句解析 • 入力ソースコード → トークンの列 • まずは入れ物を用意 • Tokenクラス • TokenStreamクラス i n t u = 2 3 int ruby =4 ;r yb 13年7月6日土曜日

15. Tokenクラス • 保持すべきもの • 種類 • 文字列 • 数値 • 出現行数列挙型のtypeで判別。継承にしてないのはコードふくれるから？ 13年7月6日土曜日

16. TokenStreamクラス • Token追加 • Token取得 • カレント巻き戻し • カレント位置変更 • カレントの種類get • カレントの文字列get • カレントの数値get • Token出力(util) 13年7月6日土曜日

17. TokenStreamクラス bool applyTokenIndex(int index) {CurIndex=index;return true;} 微っっ妙・・・ bool getNextToken (); さらに微妙・・・（ぶ、bool??????????) 13年7月6日土曜日

18. 字句解析実装 • 方針としては • ifstreamで一行ずつread • 一文字ずつ読み込みトークン切り出し • Tokenインスタンス生成 -> TokenStreamに • 最後まで行ったらTokenStreamをreturn 13年7月6日土曜日

19. 字句解析実装 • いきなりですがバグってます。 • コメントごときで死亡 •まあそれ以外は普通 • しかし++とかしすぎ（あちこちに状態変化） 13年7月6日土曜日

20. 構文解析 • Tokenから文法に従って AST (Abstract Syntax Tree)に。 • つまりはグループ化して後続段で使いやすく 234int ruby = 234ruby = int int 13年7月6日土曜日

21. 文法の定義非終端記号終端記号 13年7月6日土曜日

22. パーサの種類 • トップダウン(LL) • ボトムアップ(LR) こっからスタート CALL RET CALL CALL CALL RET RET RET スタックに記号と状態を積んでいく解析表に従い右(R)がマッチングしたらreduceする（ポンっと消えてトップに近づく） E1 ＋2 E 13年7月6日土曜日

23. LR 13年7月6日土曜日

24. LR 13年7月6日土曜日

25. LR(k) LR(1) 構文解析 LALR(1) LL(k) SLR LR(0) LL(1) LL(0) パーサの種類 13年7月6日土曜日

26. LLの弱点無限ループでござる 13年7月6日土曜日

27. isa<>とdyn_cast<> • ちょっとC++な内容 • C++の（つかいにくーい）RTTIの代わりに • isa<クラス>(instance) • dyn_cast<to class>(from class) • ベースclass -> 派生クラス変換（チェックつき） 13年7月6日土曜日

28. AST • 基底クラスを作る (BaseAST) • とみせかけて、なぜか列挙値によるID フィールドつき(isaあるのに・・・) 13年7月6日土曜日

29. 各ASTについて • リテラル • VariableAST, NumberAST • 二項演算子 • asignment_expression, additive_expression, multiplicative_expression = + * 13年7月6日土曜日

30. 各ASTについて • 変数宣言とジャンプ命令(return) • VariableDeclAST, JumpStmtAST • 関数とモジュール • FunctionAST, TranslationUnitAS • プロトタイプ宣言 • PrototypeAST veryトップ 13年7月6日土曜日

31. VariableDeclAST注意点関数の引数は同じローカル変数でも初期値があるため区別したかったらしい。普通の変数もゼロ初期化にすりゃ良いのに 13年7月6日土曜日

32. 構文解析クラスの実装 • 戦略としては • ファイル名→ LexicalAnalysis() →TokenStream • 非終端記号ごとにfunctionを用意する • いわゆる再起下降パーサ • [コードを読む] 13年7月6日土曜日

33. 例 assign & primary expr 13年7月6日土曜日

34. 意味解析 • intしか無いので非常に簡単 • 実際、関数再定義の確認と、プロトタイプとのパラメータの数しか見ていない。 • パースと同時に解析を行う 13年7月6日土曜日

35. コード生成 • ASTまでOK • ようやく...........!!! 13年7月6日土曜日

36. コード生成 • ASTまでOK • ようやく...........!!! LLVMたーいむ!!! 13年7月6日土曜日

37. コード生成 Module作成 Function作成 >> Moduleへ BasicBlock作成 >> Functionへ Instruction生成 >> BasicBlock 繰り返し最後に出力 13年7月6日土曜日

38. コード生成 • 本来ならGlobalVariableも挿入するが DummyCには Global変数がない（！そうでした） • 該当するクラスを生成して作る • IRBuilderというお手軽便利クラスがある 13年7月6日土曜日

39. IRBuilder • llvm::IRBuilder(LLVMContext &C, MDNode *FPMathTag=0) • コンテキストはllvm::getGlobalContextで • テンプレート引数はいろいろ。よーわからん 13年7月6日土曜日

40. generateTranslationUnit • Moduleの作成 • プロトタイプと関数定義生成メソッドを呼び出す • プロトタイプと関数定義はASTのトップに vector<>として入っている • [コード] 13年7月6日土曜日

41. generatePrototype • prototypeASTから Function生成 -> Module • ボディは生成しない • Functionに必要となる型情報は llvm::Typeの関数から生成 • [コード] 13年7月6日土曜日

42. generateFunctionDeﬁnition • generatePrototypeが作ったFunctionに命令を入れるBasicBlockを追加 • BasicBlockはBasicBlock::Create()で生成 • その後、IRBuilderクラスのSetInsertPoint()で命令の挿入位置(カーソルみたいな物)を指定 • [コード] 13年7月6日土曜日

43. generateFunctionStatement • 関数本体を生成 • FunctionStmtASTをり、変数定義、 Statement定義を行う • 実際に生成を行うのはこの下請けの generateVariableDeclarationと generateStatementになる 13年7月6日土曜日

44. generateVariableDeclaration • BasicBlockに変数宣言を追加 • Alloca命令の生成 : IRBuilderの CreateAlloca でイケる • (VariableASTの説明であった引数の初期)値の書き込みはCreateStoreで。 • [コード] 13年7月6日土曜日

45. generateStatement • BaseASTの種類に応じてstatement生成 • 下請け関数に飛ばすだけ。 • isa<>のわかりやすい使用例 • ターンテーブル • [コード] 13年7月6日土曜日

46. generateBinaryExpression • 二項演算子コードの下請け • 左辺／右辺値のコード生成を再起 • 代入または四則演算 • ここにまたバグが！（0.9.2では直ってます） • [コード] 13年7月6日土曜日

47. generateCallExpression • 関数呼び出し命令を生成 • IRBuilder::CreateCall • 引数はvector<Value*>で与える • nameは返り値の名前になる • [コード] 13年7月6日土曜日

48. generateJmpStatement • return命令を生成 • IRBuilder::CreateRet • [コード] だんだんなげやりに・・・・ 13年7月6日土曜日

49. generateVariable • 変数参照を実装 . Load命令を生成する • IRBuilder::CreateLoad • [コード] だんだんやりなげに・・・・ 13年7月6日土曜日

50. だんだんやりなげに・・・・ generateNumber • 定数Valueを生成 • llvm::ConstantInt::get • [コード] 13年7月6日土曜日

51. だんだんやりなげに・・・・ generateNumber • 定数Valueを生成 • llvm::ConstantInt::get • [コード] 13年7月6日土曜日

52. おつかれ様でした • ありがとうございましたありがとうございました 13年7月6日土曜日

53. まだだ、まだ終わらんよ！！！ 13年7月6日土曜日

54. main関数について • ドライバ部分が必要 ** gccみたいな • 短いので全部mainに書いちゃえ、という思想らしい 13年7月6日土曜日

55. OptionParser • お手製getopt()/boost::program_options • なんでも自作好きだなー • 例によって結構強引 • [コード] 13年7月6日土曜日

56. 初期化とか • InitializeNativeTarget(); だったデータレイアウトはこれか！ • sys::PrintStackTraceOnErrorSignal()名前通り • PrettyStackTraceProgram これも名前通り • EnableDebugBuﬀering = true; バッファのつじつまを合わせる？ 13年7月6日土曜日

57. 出力の仕方 • パスマネージャに llvm::createPrintModulePass を登録→ pm.run()するだけ。 • ファイルオブジェクトは raw_fd_ostreamを使う（これはエラー出力もパックしている） • 結構簡単。 13年7月6日土曜日

58. 初最適化（Passの指定） • さっきもやったけど基本的にパスマネージャに pm.add() するだけ。 • mem2reg をやってみる（足すだけ） • [コード] 13年7月6日土曜日

59. 組み込み関数(printnum) • どうせなので標準出力に出したい • 方針は Clangで吐いた目的コードを出して • Parserクラスにprintnum参照を追加 • リンクしてしまう • 結構な力技 13年7月6日土曜日

60. JIT • Just In Time • llvm::ExcuteEngineを利用(JIT専用ではない） • 実際にはサブクラスのllvm::Interpreter, llvm::JIT, llvm::MCJITのいずれかを利用 • MCはMachineCode 。in-memoryでよりアーキテクチャに近いコードのため、変換が速い 13年7月6日土曜日

61. ExecuteEngine • llvm::EngineBuilder::EngineBuilder(Mod) • そのあとcreate()メソッドを使用する • createが返した ExecutionEngine*が実行環境の実体 • インクルードファイルで指定するか、または ExecusionEngine::setEngineKind() • MCの場合は setUseMCJITでも行ける 13年7月6日土曜日

62. JIT組み込み • doCodeGenで作ったModuleを ExecutionEngineに食わせる • ExecutionEngine::getPointerToFunctionにて実行アドレスを取得。関数呼び出しでOK 13年7月6日土曜日

63. Metadata • Metadataには {MetadataString, MetadataNode} • MetadataString → llvm::MDString • MetadataNode → llvm::MDNode • MDBuilderを利用する 13年7月6日土曜日

64. Metadata • MDBuilderの生成メソッド MDString *createString(StringRef Str) MDNode *createFPMath(ﬂoat Accuracy) MDNode *createRange(const APInt &Lo, const APInt &Hi) MDNode *createAnonymousTBAARoot() MDNode *createTBAARoot(StringRef Name) MDNode *createTBAANode(StringRef Name, MDNode *Parent, bool isConstant = false) MDNode *createTBAAStructNode(ArrayRef<TBAAStructField> Fields) MDNode *createBranchWeights(uint32_t TrueWeight, uint32_t FalseWeight) MDNode *createBranchWeights(ArrayRef<uint32_t> Weights) 13年7月6日土曜日

65. MDBuilderの使い方 • 生成したMDBuilderインスタンスを使って MDB->createFPMath(0.5); • のように使う • まあそのまま 13年7月6日土曜日

66. Metadataの反映 • 方法１：llvm::Instruction::setMetadataにて InstructionインスタンスにMetadataをひも付け。 Stringか ID値にて登録できる • 方法２：IRBuilder経由で演算にひも付け 13年7月6日土曜日

67. Metadata • Metadataには {MetadataString, MetadataNode} • MetadataString → llvm::MDString • MetadataNode → llvm::MDNode 13年7月6日土曜日

68. CommandLine • ごめんなさいココロが・・・・ココロが折れてしまいました。 13年7月6日土曜日

69. 13年7月6日土曜日

70. まとめ • フロントエンドの作成を説明 • 字句解析／構文解析／意味解析 • コード生成／JIT • 長かった。。。 • もっとツール使えバカ 13年7月6日土曜日

71. ありがとうございましたほんとうにおつかれさまでした 13年7月6日土曜日

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