編譯原理lab3-cminus_compiler-LLVM簡要熟悉

lab3實驗報告，我的實驗報告圖例很少，這次只有兩張圖，其余的都以復制輸出的形式展現出來了，最終提交的代碼在最后

  • [[#你的提交|你的提交]]
  • [[#實驗設計|實驗設計]]
  • [[#提交一：手動編寫.ll|提交一：手動編寫.ll]]
    • [[#提交一：手動編寫.ll#assing（20）|assing（20）]]
    • [[#提交一：手動編寫.ll#fun(220)|fun(220)]]
    • [[#提交一：手動編寫.ll#if(233)|if(233)]]
    • [[#提交一：手動編寫.ll#while(65)|while(65)]]
  • [[#提交2：利用LightIR+cpp編寫生成.ll程序|提交2：利用LightIR+cpp編寫生成.ll程序]]
    • [[#提交2：利用LightIR+cpp編寫生成.ll程序#結果驗證|結果驗證]]
  • [[#問題1：cpp與.ll的對應|問題1：cpp與.ll的對應]]
  • [[#問題2：Vistor Pattern|問題2：Vistor Pattern]]
  • [[#問題3: getelementptr|問題3: getelementptr]]
  • [[#實驗難點|實驗難點]]
  • [[#實驗反饋|實驗反饋]]
  • [[#附錄：編寫文件|附錄：編寫文件]]
    • [[#附錄：編寫文件#assign_hand.ll|assign_hand.ll]]
    • [[#附錄：編寫文件#full_hand.ll|full_hand.ll]]
    • [[#附錄：編寫文件#if_hand.ll|if_hand.ll]]
    • [[#附錄：編寫文件#while_hand.ll|while_hand.ll]]
    • [[#附錄：編寫文件#assign的cpp文件|assign的cpp文件]]
    • [[#附錄：編寫文件#full的cpp文件|full的cpp文件]]
    • [[#附錄：編寫文件#if的cpp文件|if的cpp文件]]
    • [[#附錄：編寫文件#while的cpp文件|while的cpp文件]]

你的提交

助教提供了四個簡單的c程序，分別是tests/lab3/c_cases/目錄下的assign.c、fun.c、if.c、while.c.
你需要在tests/lab3/stu_ll/目錄中，手工完成自己的assign_hand.ll、fun_hand.ll、if_handf.ll和while_hand.ll，以實現與上述四個C程序相同的邏輯功能.你需要添加必要的注釋.ll文件的注釋是以";"開頭的。  
必要的情況下，你可以參考clang -S -emit-llvm的輸出，但是你提交的結果必須避免同此輸出一字不差。  
助教會用lli檢查你結果的正確性，并用肉眼檢查你的注釋。
  • 需要完成 ./tests/lab3/stu_ll目錄下的4個文件
  • 需要完成 ./tests/lab3/stu_cpp目錄下的4個文件
  • 需要在 ./Report/lab3/ 目錄下撰寫實驗報告

實驗設計

1、用lli --version檢查LLVM版本

sunny2004@sunny2004-VirtualBox:~/lab1/cminus_compiler-2023-fall$ lli --version
LLVM (http://llvm.org/):LLVM version 10.0.0Optimized build.Default target: x86_64-pc-linux-gnuHost CPU: skylake

10.0.0與10.0.1差別比較小，問題不大
2.利用clang -S -emit-llvm gcd_array.c和lli gcd_array.ll; echo $?
gcc -o gcd_array gcd_array.c和./gcd_array;echo $?
輸出：

sunny2004@sunny2004-VirtualBox:~/lab1/cminus_compiler-2023-fall/tests/lab3/ta_gcd$ clang -S -emit-llvm gcd_array.c
sunny2004@sunny2004-VirtualBox:~/lab1/cminus_compiler-2023-fall/tests/lab3/ta_gcd$ lli gcd_array.ll; echo $?
18
sunny2004@sunny2004-VirtualBox:~/lab1/cminus_compiler-2023-fall/tests/lab3/ta_gcd$ gcc -o gcd_array gcd_array.c
sunny2004@sunny2004-VirtualBox:~/lab1/cminus_compiler-2023-fall/tests/lab3/ta_gcd$ ./gcd_array;echo $?
18

可以看到，輸出結果均為18。因此，可以驗證 gcd_array.ll 文件正確地對應了 gcd_array.c 文件。
3.回到主目錄中的build文件夾，使用命令：

編譯與運行在 `${WORKSPACE}/build/` 下執行:
# 如果存在 CMakeCache.txt 要先刪除
# rm CMakeCache.txt
cmake ..
make
make install
你可以得到對應`gcd_array_generator.cpp`的可執行文件。

我們可以看到gcd_array_generator文件

sunny2004@sunny2004-VirtualBox:~/lab1/cminus_compiler-2023-fall/build$ ls
CMakeCache.txt       gcd_array_generator  libflex.a    Makefile  test_logging
CMakeFiles           lexer                libIR_lib.a  parser    tests
cmake_install.cmake  libcminus_io.a       libOP_lib.a  src
cminusfc             libcommon.a          libsyntax.a  test_ast

再使用./gcd_array_generator,輸出的便是gcd_array_generator.ll

提交一：手動編寫.ll

assing（20）

在tests/lab3/c_cases中查看assign.c文件

int main(){int a[10];a[0] = 10;a[1] = a[0] * 2;return a[1];
}

寫出對應的assign_hand.ll文件，在附錄中
驗證輸入

 lli assign_hand.ll; echo $?gcc -o assign assign.c./assign; echo $?

輸出

sunny2004@sunny2004-VirtualBox:~/lab1/cminus_compiler-2023-fall/tests/lab3/c_cases$ gcc -o assign assign.c
sunny2004@sunny2004-VirtualBox:~/lab1/cminus_compiler-2023-fall/tests/lab3/c_cases$ ./assign; echo $?
20

和：

sunny2004@sunny2004-VirtualBox:~/lab1/cminus_compiler-2023-fall/tests/lab3/stu_ll$ lli assign_hand.ll; echo $?
20

fun(220)

fun.c文件

int callee(int a){return 2 * a;
}
int main(){return callee(110);
}

寫出對應的full_hand.h,在附錄中
驗證輸入：

 lli fun_hand.ll; echo $?gcc -o fun fun.c./fun; echo $?

輸出：

sunny2004@sunny2004-VirtualBox:~/lab1/cminus_compiler-2023-fall/tests/lab3/c_cases$ gcc -o fun fun.c
sunny2004@sunny2004-VirtualBox:~/lab1/cminus_compiler-2023-fall/tests/lab3/c_cases$ ./fun; echo $?
220

和：

sunny2004@sunny2004-VirtualBox:~/lab1/cminus_compiler-2023-fall/tests/lab3/stu_ll$ lli fun_hand.ll; echo $?
220

if(233)

查看if.c文件

int main(){float a = 5.555;if(a > 1)return 233;return 0;
}

寫出對應的if_hand.ll，在附錄中
驗證輸入

 lli if_hand.ll; echo $?gcc -o if if.c./if; echo $?

輸出

sunny2004@sunny2004-VirtualBox:~/lab1/cminus_compiler-2023-fall/tests/lab3/c_cases$ gcc -o if if.c
sunny2004@sunny2004-VirtualBox:~/lab1/cminus_compiler-2023-fall/tests/lab3/c_cases$ ./if; echo $?
233

和

sunny2004@sunny2004-VirtualBox:~/lab1/cminus_compiler-2023-fall/tests/lab3/stu_ll$ lli if_hand.ll; echo $?
233

while(65)

查看while.c文件

int main(){int a;int i;a = 10;i = 0;while(i < 10){i = i + 1;a = a + i;}return a;
}

寫出對應while_hand.ll文件，在附錄中
驗證輸出

sunny2004@sunny2004-VirtualBox:~/lab1/cminus_compiler-2023-fall/tests/lab3/stu_ll$ lli while_hand.ll; echo $?
65

和

sunny2004@sunny2004-VirtualBox:~/lab1/cminus_compiler-2023-fall/tests/lab3/c_cases$ gcc -o while while.c
sunny2004@sunny2004-VirtualBox:~/lab1/cminus_compiler-2023-fall/tests/lab3/c_cases$ ./while; echo $?
65

提交2：利用LightIR+cpp編寫生成.ll程序

根據gcd_array的例子來寫。注意后續測試的時候需要在${WORKSPACE}/tests/lab3/CMakeLists.txt中去掉對應的注釋，再在${WORKSPACE}/build/下執行cmake ..與make指令，即可得到對應的可執行文件。
編寫四個.cpp文件，然后生成對應的可執行文件
![[Snipaste_2023-12-08_17-35-29.png]]

結果驗證

assign

sunny2004@sunny2004-VirtualBox:~/lab1/cminus_compiler-2023-fall/build$ ./stu_assign_generator  > assign.ll
sunny2004@sunny2004-VirtualBox:~/lab1/cminus_compiler-2023-fall/build$ lli assign.ll echo $?
sunny2004@sunny2004-VirtualBox:~/lab1/cminus_compiler-2023-fall/build$ lli assign.ll; echo $?
20

fill

sunny2004@sunny2004-VirtualBox:~/lab1/cminus_compiler-2023-fall/build$ ./stu_fun_generator > fun.ll
sunny2004@sunny2004-VirtualBox:~/lab1/cminus_compiler-2023-fall/build$ lli fun.ll;echo $?
220

if

sunny2004@sunny2004-VirtualBox:~/lab1/cminus_compiler-2023-fall/build$ ./stu_if_generator  >if.ll
sunny2004@sunny2004-VirtualBox:~/lab1/cminus_compiler-2023-fall/build$ lli if.ll;echo $?
233

while

sunny2004@sunny2004-VirtualBox:~/lab1/cminus_compiler-2023-fall/build$ ./stu_while_generator > while.ll
sunny2004@sunny2004-VirtualBox:~/lab1/cminus_compiler-2023-fall/build$ lli while.ll;echo $?
65

問題1：cpp與.ll的對應

概述：請描述你的cpp代碼片段和.ll的每個BasicBlock的對應關系。描述中請附上兩者代碼。
用命令./stu_assign_generator > assign.ll生成assign.ll文件中只有一個BasicBlock，在main函數中，名為entry，代碼如下：

define i32 @main() {
label_entry:%op0 = alloca i32store i32 0, i32* %op0%op1 = alloca [10 x i32]%op2 = getelementptr [10 x i32], [10 x i32]* %op1, i32 0, i32 0store i32 10, i32* %op2%op3 = load i32, i32* %op2%op4 = mul i32 %op3, 2%op5 = getelementptr [10 x i32], [10 x i32]* %op1, i32 0, i32 1store i32 %op4, i32* %op5%op6 = load i32, i32* %op5ret i32 %op6
}

對應的cpp

代碼auto bb = BasicBlock::create(module, “entry”, mainFun);創建名為entry的基本塊，并將其存到變量bb中（在打印輸出時，名字實際為laebl_entry）
代碼builder->set_insert_point(bb);用于進行SetInsertPoint設置，即將bb加入builder中。
而之后的代碼，則是具體的基本塊中的所需執行的語句。

// main函數->對應label_entryauto mainFun = Function::create(FunctionType::get(Int32Type, {}), /* 創建 main 函數 */"main", module);auto bb = BasicBlock::create(module, "entry", mainFun); /* 創建基本塊 */// BasicBlock的名字在生成中無所謂,但是可以方便閱讀builder->set_insert_point(bb); /* 將基本塊加入到builder中 */auto retAlloca = builder->create_alloca(Int32Type); /* 創建返回默認量 */builder->create_store(CONST_INT(0), retAlloca);     /* 給默認量賦0，表示默認ret 0 */auto *arrayType = ArrayType::get(Int32Type, 10); /* 申請10個int的內存空間，將地址指針存入arrayType中 */auto aAlloca = builder->create_alloca(arrayType); /* 創建aAlloca數組，即a[10] */auto a0 = builder->create_gep(aAlloca, {CONST_INT(0), CONST_INT(0)}); /* 用變量a0存指向a[0]的指針 */builder->create_store(CONST_INT(10), a0);                             /* 將10存入a[0] */auto tmp = builder->create_load(a0);                                  /* 取出a[0]的值存入變量tmp */auto mul = builder->create_imul(tmp, CONST_INT(2));                   /* 將值乘以2存入變量mul中 */auto a1 = builder->create_gep(aAlloca, {CONST_INT(0), CONST_INT(1)}); /* 用變量a1存指向a[1]的指針 */builder->create_store(mul, a1);                                       /* 將結果mul存入a[1]中 */auto res = builder->create_load(a1); /* 取出a[1]中的值作為返回結果，存到變量res中 */builder->create_ret(res);            /* 創建返回，將res返回 */std::cout << module->print();delete module;

而在基本塊之間的跳轉時，用代碼builder->create_br(whileBB);進行直接跳轉到名為whileBB的基本塊；

用代碼builder->create_cond_br(icmp, trueBB, falseBB);進行按條件icmp跳轉到trueBB基本塊或是falseBB基本塊。
在這里插入圖片描述

問題2：Vistor Pattern

請指出visitor.cpp中，treeVisitor.visit(exprRoot)執行時，以下幾個Node的遍歷序列:numberA、numberB、exprC、exprD、exprE、numberF、exprRoot。
序列請按如下格式指明：
exprRoot->numberF->exprE->numberA->exprD
答：根據main函數，我們可以得出如下步驟：
1.創建了值為4的A節點和值為2的B節點

auto numberA = NumberNode(4); 
auto numberB = NumberNode(2);

2.A作為左節點，B作為右節點，相乘得到exprC；B作為左節點，A作為右節點相除得到exprD

auto exprC = MulDivNode(numberA, numberB, "mul"); 
auto exprD = MulDivNode(numberB, numberA, "div");

3.exprC作為左節點，exprD作為右節點，相減得到exprE

auto exprE = AddSubNode(exprC, exprD, "sub");

4.創建值為4的F節點

auto numberF = NumberNode(5);

5.exprE作為左節點，F作為右節點，相加得到exprRoot

auto exprRoot = AddSubNode(exprE, numberF, "add");

綜上，可以構建出如下的一棵樹：
在這里插入圖片描述

節點訪問順序如圖所示，文字描述如下：

  1. 訪問exprRoot時，由于為AddSubNode，先訪問右子節點numberF，返回一個值，再訪問左子節 點exprE；
  2. 訪問exprE時，由于為AddSubNode，先訪問右子節點exprD，再訪問左子節點exprC；
  3. 訪問exprD時，由于為MulDivNode，先訪問左節點numberB，返回一個值，再訪問右節點 numberA，返回一個值；
  4. 訪問exprC時，由于為MulDivNode，先訪問左節點numberA，返回一個值，再訪問右節點 numberB，返回一個值； 總結：訪問順序為exprRoot->numberF->exprE->exprD->numberB->numberA->exprC- >numberA->numberB

問題3: getelementptr

請給出IR.md中提到的兩種getelementptr用法的區別,并稍加解釋:
%2 = getelementptr [10 x i32], [10 x i32]* %1, i32 0, i32 %0
%2 = getelementptr i32, i32* %1 i32 %0

答：GetElementPtr指令用于獲取聚合數據結構的子元素的地址。它僅執行地址計算，不訪問內存。是一條指針計算語句，本身并不進行任何數據的訪問或修改，只進行指針的計算。
從結果的角度講，兩種getelementptr的用法的結果都是將一個i32*類型的，即一個i32內存的地址存入%2中。
第一種方法：數組在C中會分割指針，但在LLVM中，他只能確定數據類型的大小然后強制轉換為指針，但不會分割他們。%1是基址，有兩個索引0和%0，數組通過指針訪問，所以需要兩個索引
第一個用于分割指針(因為用的指針是[10 x i32]，但是我們返回的是一個i32的，所以需要分割)，
第二個用于索引數組本身（即偏移量）。
該方法適用的數組為int nums[] = {1, 2, 3};或者int a[10].
第二種方法：%1做為我們的基址地址，%0做為我們的索引（偏移量），并把計算出來的地址給%2。該方法適用的數組為int *nums = {1, 2, 3};

實際的用法中有著如下的區別：

1. 兩種用法對于偏移值參數數量要求不同 
對于 %2 = getelementptr [10 x i32], [10 x i32]* %1, i32 0, i32 %0 ，將內存按照10*i32 的大小，即40字節，進行劃分，而每個10*i32大小的內存中又按照i32，即4字節，進行劃分，分為10個i32大小。此時需要兩個偏移類型及偏移值來獲得所需地址。可以將整個內存看做一個二維數組，每一個 元素代表一個i32大小內存，每一行為10個i32。其中第一個偏移值代表行號，以題目中i320為例，首先地址應當偏移0*40=0個字節；第二個偏移值代表列號，以題目中i32 %0為例，地址應再偏移%0*4=0個字節。最終獲得的地址偏移量為0*40+0%*40=0%*40。（偏移是針對所給索引開始的指針%1的） 對于 %2 = getelementptr i32, i32* %1， i32 %0 將內存按照i32的大小，即4字節進行劃分。此時需要一個偏移類型及偏移值來獲取所需地址。可以將整個內存看做一個一維數組，每一個元素代表一個i32大小內存。其中偏移值代表元素的序號，以題目中i32 %0為例，地址應當偏移%0*4字節，即取第 [%0]個i32所在的地址。 2. 兩種用法對于索引開始的指針類型和計算基礎類型要求不同 
對于 %2 = getelementptr [10 x i32], [10 x i32]* %1, i32 0, i32 %0 ，要求傳入的%1必須 為[10 x i32]* 類型；而對于 %2 = getelementptr i32, i32* %1， i32 %0 ，要求傳入的%1必須為 i32*類型。 3. 兩種用法的使用場景不同
對于 %2 = getelementptr [10 x i32], [10 x i32]* %1, i32 0, i32 %0 ，由于要求傳入的%1 必須為[10 x i32]* 類型，則對于一個使用了上述方法的函數，該方法所針對的數組必須為一個在該函數 中長度特定且已知的數組，例如在本函數中申請的a[10]或者全局數組b[5]等，而函數形參中的u[]所傳遞 的數組由于長度未知，不能使用該方法。該方法兼容性較差，只能針對特定數組。對于 %2 = getelementptr i32, i32* %1， i32 %0 ，由于要求傳入的%1必須為i32*類型，則對于一個使用了該方法的函數，該數組為一個在該函數中長度不確定的數組，例如：該數組為在其他函數中 申請的數組，然后作為本函數的形參例如u[]（不確定長數組）的實參傳入本函數。一個函數為了盡可能處理不同長度的數組，故使用該方法，因為兼容性較好，能夠針對不同長度的數組 二者的使用區別有點類似于C語言中對于靜態數組和動態數組的處理，一個是長度固定，一個是長度可變。

實驗難點

第一部分是根據C程序完成.ll文件，這一部分的難點主要在于對IR的理解，要讀懂手冊。因為有匯編的基礎以及查找到的北航編譯原理實驗的資料、助教提供的詳盡的代碼注釋，理解起來并不算 難，在getelementptr這塊費了比較大勁，但靠不斷查閱資料自我消化還是理解了用法。
最難的就是補充.cpp文件然后生成.ll再驗證
對變量進行操作時，要先給變量分配位置，用store將值賦給這個位置，再把它load出來
寫分支時要理清楚進入分支、分支、出分支幾部分

實驗反饋

通俗易懂，又不算特別懂，快速上手，又有一些難度，代碼和注釋都很詳細，nice！

附錄：編寫文件

assign_hand.ll

在tests/lab3/c_cases中查看assign.c文件

int main(){int a[10];a[0] = 10;a[1] = a[0] * 2;return a[1];
}

;int main(){
define dso_local i32 @main() #0 {;int a[10]
%1 = alloca [10 x i32]	;%1為a[10]的起始地址;a[0] = 10;
%2 = getelementptr inbounds [10 x i32], [10 x i32]* %1, i64 0, i64 0	;%2為a[0]
store i32 10, i32* %2	;%2賦值為10，完成a[0]賦值;a[1] = a[0] * 2;
%3 = load i32, i32* %2	;%3加載%2的數據
%4 = mul nsw i32 %3, 2	;%4賦值為%3的二倍
%5 = getelementptr inbounds [10 x i32], [10 x i32]* %1, i64 0, i64 1	;%5存儲a[1]
store i32 %4, i32* %5	;把%4的值賦值給%5，完成a[1]賦值;return a[1];
%6 = load i32, i32* %5	;%6存儲%5
ret i32 %6		;返回%6;}
}

full_hand.ll

fun.c文件

int callee(int a){return 2 * a;
}
int main(){return callee(110);
}
;int callee(int a){
define dso_local i32 @callee(i32 %0) #0 {
%2 = alloca i32		;開辟空間	為什么不能%1？？？
store i32 %0, i32* %2	;%2存儲參數a
%3 = load i32, i32* %2	;%3保存%2;return 2 * a;
%4 = mul nsw i32 2, %3	;%4存儲二倍的%3
ret i32 %4		;返回%4;}
};int main(){
define dso_local i32 @main() #0 {;return callee(110);
%1 = call i32 @callee(i32 110)	;%1存儲callee()返回值	為什么不能%0？？？
ret i32 %1			;返回%1;}
}

if_hand.ll

查看if.c文件

int main(){float a = 5.555;if(a > 1)return 233;return 0;
}

;int main(){
define dso_local i32 @main() #0 {;float a = 5.555;
%1 = alloca i32	;開辟空間
%2 = alloca float	;開辟float空間
store float 0x40163851E0000000, float* %2	;%2賦值為5.555;if(a > 1)
%3 = load float, float* %2	;把%2的數據加載到%3
%4 = fcmp ogt float %3, 1.000000e+00	;%3和1比較
br i1 %4, label %5, label %6	;4是則跳轉到5，4否則跳轉到6;return 233;
5:
store i32 233, i32* %1	;%1賦值為233
br label %7		;跳轉到7;return 0;
6:
store i32 0, i32* %1		;%1賦值為0
br label %7		;跳轉到77:
%8 = load i32, i32* %1	;把%1的數據加載到%8
ret i32 %8		;返回%8;}
}

while_hand.ll

查看while.c文件

int main(){int a;int i;a = 10;i = 0;while(i < 10){i = i + 1;a = a + i;}return a;
}
;int main(){
define dso_local i32 @main() #0 {;int a;
%1 = alloca i32	;開辟空間;int i;
%2 = alloca i32	;開辟空間;a = 10;
store i32 10, i32* %1	;%1賦值為10;i = 0;
store i32 0, i32* %2		;%2賦值為0
br label %3		;跳轉到3;while(i < 10){
3:
%4 = load i32, i32* %2	;把%2的值加載到%4
%5 = icmp slt i32 %4, 10	;比較%4和10的大小
br i1 %5, label %6, label %11	;5是則跳轉到6，5否則跳轉到11;i = i + 1;
6:
%7 = add nsw i32 %4, 1	;%7保存加一后的值
store i32 %7, i32* %2	;存儲回%2;a = a + i;
%8 = load i32, i32* %1	;a的數據加載到%8
%9 = load i32, i32* %2	;i的數據加載到%9
%10 = add nsw i32 %8, %9	;%10保存相加的數據
store i32 %10, i32* %1	;存儲回%1
br label %3		;跳轉到3;};return a;
11:
%12 = load i32, i32* %1	;a的數據加載到%12
ret i32 %12		;返回%12;}
}

assign的cpp文件

#include "BasicBlock.h"
#include "Constant.h"
#include "Function.h"
#include "IRBuilder.h"
#include "Module.h"
#include "Type.h"#include <iostream>
#include <memory>#ifdef DEBUG	// 用于調試信息,大家可以在編譯過程中通過" -DDEBUG"來開啟這一選項
#define DEBUG_OUTPUT std::cout << __LINE__ << std::endl;	// 輸出行號的簡單示例
#else
#define DEBUG_OUTPUT
#endif#define CONST_INT(num) \ConstantInt::get(num, module)#define CONST_FP(num) \ConstantFP::get(num, module)	// 得到常數值的表示,方便后面多次用到int main()
{auto module = new Module("Cminus code");  // module name是什么無關緊要auto builder = new IRBuilder(nullptr, module);Type *Int32Type = Type::get_int32_type(module);auto mainFunTy = FunctionType::get(Int32Type, {});                  	// 通過返回值類型與參數類型列表得到函數類型auto mainFun = Function::create(mainFunTy, "main", module);             // 通過函數類型得到函數auto bb = BasicBlock::create(module, "entry", mainFun);builder->set_insert_point(bb);                                      	// 將當前插入指令點的位置設在bb//int a[10];auto *arrayType = ArrayType::get(Int32Type, 10);                    	// 在內存中為數組分配空間,參數表示數組的元素類型和元素個數auto aAlloca = builder->create_alloca(arrayType);//a[0]=10;auto a0GEP = builder->create_gep(aAlloca, {CONST_INT(0), CONST_INT(0)});// 獲取a[0]地址builder->create_store(CONST_INT(10), a0GEP);                        	// a[0]=10a0GEP = builder->create_gep(aAlloca, {CONST_INT(0), CONST_INT(0)});     // 更新a[0]//a[1] = a[0] * 2;auto a0Load = builder->create_load(a0GEP);                          	// 加載a[0]auto a0mul2 = builder->create_imul(a0Load, CONST_INT(2));           	// a[0]*2auto a1GEP = builder->create_gep(aAlloca, {CONST_INT(0), CONST_INT(1)});// 獲取a[1]地址builder->create_store(a0mul2, a1GEP);                               	// 將a[0]*2存入a[1]a1GEP = builder->create_gep(aAlloca, {CONST_INT(0), CONST_INT(1)});     // 更新a[1]//return a[1];auto a1Load = builder->create_load(a1GEP);                          	// 加載a[1]builder->create_ret(a1Load);                                        	// 返回a[1]std::cout << module->print();delete module;return 0;
}

full的cpp文件

#include "BasicBlock.h"
#include "Constant.h"
#include "Function.h"
#include "IRBuilder.h"
#include "Module.h"
#include "Type.h"#include <iostream>
#include <memory>#ifdef DEBUG                                             // 用于調試信息,大家可以在編譯過程中通過" -DDEBUG"來開啟這一選項
#define DEBUG_OUTPUT std::cout << __LINE__ << std::endl; // 輸出行號的簡單示例
#else
#define DEBUG_OUTPUT
#endif#define CONST_INT(num) \ConstantInt::get(num, module)#define CONST_FP(num) \ConstantFP::get(num, module) // 得到常數值的表示,方便后面多次用到int main()
{auto module = new Module("Cminus code");       // module name是什么無關緊要auto builder = new IRBuilder(nullptr, module); // 創建IRBuilderType *Int32Type = Type::get_int32_type(module);// callee函數，創建函數std::vector<Type *> Ints(1, Int32Type);                /* 函數參數類型的vector，內含1個int類型 */auto calleeFunTy = FunctionType::get(Int32Type, Ints); /* 通過返回值類型與參數類型列表得到函數類型 */auto calleeFun = Function::create(calleeFunTy,         /* 由函數類型得到函數 */"callee", module);auto bb = BasicBlock::create(module, "fun", calleeFun); /* 創建基本塊，命名為fun */builder->set_insert_point(bb);                          /* 將基本塊插入builder中 */// 傳參auto aAlloca = builder->create_alloca(Int32Type); /* 在內存中分配參數a的位置 */std::vector<Value *> args;                        /* 獲取callee函數的形參,通過Function中的iterator */for (auto arg = calleeFun->arg_begin(); arg != calleeFun->arg_end(); arg++){args.push_back(*arg); // * 號運算符是從迭代器中取出迭代器當前指向的元素}builder->create_store(args[0], aAlloca); /* 存儲參數a */// 具體執行auto aLoad = builder->create_load(aAlloca);           /* 將參數a存到變量aLoad中 */auto res = builder->create_imul(aLoad, CONST_INT(2)); /* 將值乘以2存入變量res中 */builder->create_ret(res);                             /* 創建返回，將res返回 */// main函數auto mainFun = Function::create(FunctionType::get(Int32Type, {}), /* 創建 main 函數 */"main", module);bb = BasicBlock::create(module, "main", mainFun); /* 創建基本塊，命名為main */builder->set_insert_point(bb);                    /* 將基本塊加入到builder中 */// 設置默認返回auto retAlloca = builder->create_alloca(Int32Type); /* 創建返回默認量 */builder->create_store(CONST_INT(0), retAlloca);     /* 給默認量賦0，表示默認ret 0 */// 具體執行auto call = builder->create_call(calleeFun, {CONST_INT(110)}); /* 調用函數calleeFun，將結果存到變量call中 */builder->create_ret(call);                                     /* 返回結果值 */std::cout << module->print();delete module;return 0;
}

if的cpp文件

#include "BasicBlock.h"
#include "Constant.h"
#include "Function.h"
#include "IRBuilder.h"
#include "Module.h"
#include "Type.h"#include <iostream>
#include <memory>#ifdef DEBUG  // 用于調試信息,大家可以在編譯過程中通過" -DDEBUG"來開啟這一選項
#define DEBUG_OUTPUT std::cout << __LINE__ << std::endl;  // 輸出行號的簡單示例
#else
#define DEBUG_OUTPUT
#endif#define CONST_INT(num) \ConstantInt::get(num, module)#define CONST_FP(num) \ConstantFP::get(num, module) // 得到常數值的表示,方便后面多次用到int main() {auto module = new Module("Cminus code");            // module name是什么無關緊要auto builder = new IRBuilder(nullptr, module);      // 創建IRBuilderType* Int32Type = Type::get_int32_type(module);// main函數auto mainFun = Function::create(FunctionType::get(Int32Type, {}),   /* 創建 main 函數 */"main", module);auto bb = BasicBlock::create(module, "main", mainFun);              /* 創建基本塊，命名為main */builder->set_insert_point(bb);                              /* 將基本塊加入到builder中 */// 設置默認返回auto retAlloca = builder->create_alloca(Int32Type);         /* 創建返回默認量 */builder->create_store(CONST_INT(0), retAlloca);             /* 給默認量賦0，表示默認ret 0 */// 具體執行Type* FloatType = Type::get_float_type(module);             /* 獲取單個float類型的指針 */auto aAlloca = builder->create_alloca(FloatType);           /* 根據float類型的指針，申請一個float變量空間 */builder->create_store(CONST_FP(5.555), aAlloca);            /* 將值5.555存入該變量空間 */auto a = builder->create_load(aAlloca);                     /* 取出該變量空間內的值，即a的值 */auto fcmp = builder->create_fcmp_gt(a, CONST_FP(1.00));     /* 將其和1.00進行比較，返回結果存到fcmp中 */auto trueBB = BasicBlock::create(module, "trueBB", mainFun);/* 符合if條件的分支 */auto falseBB = BasicBlock::create(module, "falseBB", mainFun);  /* 不符合if條件的分支 */builder->create_cond_br(fcmp, trueBB, falseBB);             /* 根據fcmp創建跳轉語句 */builder->set_insert_point(trueBB);      // if true; 分支的開始需要SetInsertPoint設置builder->create_ret(CONST_INT(233));    /* 創建返回，將值233返回 */builder->set_insert_point(falseBB);     // if false; 分支的開始需要SetInsertPoint設置builder->create_ret(CONST_INT(0));      /* 創建返回，將值0返回 */std::cout << module->print();delete module;return 0;
}

while的cpp文件

#include "BasicBlock.h"
#include "Constant.h"
#include "Function.h"
#include "IRBuilder.h"
#include "Module.h"
#include "Type.h"#include <iostream>
#include <memory>#ifdef DEBUG  // 用于調試信息,大家可以在編譯過程中通過" -DDEBUG"來開啟這一選項
#define DEBUG_OUTPUT std::cout << __LINE__ << std::endl;  // 輸出行號的簡單示例
#else
#define DEBUG_OUTPUT
#endif#define CONST_INT(num) \ConstantInt::get(num, module)#define CONST_FP(num) \ConstantFP::get(num, module) // 得到常數值的表示,方便后面多次用到int main() {auto module = new Module("Cminus code");            // module name是什么無關緊要auto builder = new IRBuilder(nullptr, module);      // 創建IRBuilderType* Int32Type = Type::get_int32_type(module);// main函數auto mainFun = Function::create(FunctionType::get(Int32Type, {}),   /* 創建 main 函數 */"main", module);auto bb = BasicBlock::create(module, "main", mainFun);      /* 創建基本塊，命名為main */builder->set_insert_point(bb);                              /* 將基本塊加入到builder中 */// 設置默認返回auto retAlloca = builder->create_alloca(Int32Type);         /* 創建返回默認量 */builder->create_store(CONST_INT(0), retAlloca);             /* 給默認量賦0，表示默認ret 0 */// 創建基本塊auto whileBB = BasicBlock::create(module, "whileBB", mainFun);  /* 進行while判斷的基本塊 */auto trueBB = BasicBlock::create(module, "trueBB", mainFun);    /* 符合判斷條件的基本塊分支 */auto falseBB = BasicBlock::create(module, "falseBB", mainFun);  /* 不符合判斷條件的基本塊分支 */// 具體執行auto aAlloca = builder->create_alloca(Int32Type);       /* 申請存a的空間，將地址賦值給指針aAlloca */auto iAlloca = builder->create_alloca(Int32Type);       /* 申請存i的空間，將地址賦值給指針iAlloca */builder->create_store(CONST_INT(10), aAlloca);          /* 將值10存入a的空間 */builder->create_store(CONST_INT(0), iAlloca);           /* 將值0存入i的空間 */builder->create_br(whileBB);                            /* 跳轉到while循環條件判斷，判斷是否進入循環 */builder->set_insert_point(whileBB);                     /* while條件判斷，設置SetInsertPoint */auto i = builder->create_load(iAlloca);                 /* 取出i */auto icmp = builder->create_icmp_lt(i, CONST_INT(10));  /* 判斷i是否小于10，并將判斷結果存到icmp中 */builder->create_cond_br(icmp, trueBB, falseBB);         /* 根據icmp創建跳轉語句 */builder->set_insert_point(trueBB);                  // if true; 分支的開始需要SetInsertPoint設置i = builder->create_load(iAlloca);                  /* 取出i */auto tmp = builder->create_iadd(i, CONST_INT(1));   /* 將i加1，存到暫存變量tmp中，tmp=i+1 */builder->create_store(tmp, iAlloca);                /* 將tmp的值存到i中，i=tmp*/auto a = builder->create_load(aAlloca);             /* 取出a */i = builder->create_load(iAlloca);                  /* 取出i */tmp = builder->create_iadd(a, i);                   /* 將a加i的值存到tmp中，tmp=i+a */builder->create_store(tmp, aAlloca);                /* 將tmp存到a中，a=tmp */builder->create_br(whileBB);                        /* 跳轉到while循環條件判斷，判斷是否繼續循環 */builder->set_insert_point(falseBB);                 // if false; 分支的開始需要SetInsertPoint設置auto res = builder->create_load(aAlloca);           /* 取出a的值，存到res中，res=a */builder->create_ret(res);                           /* 將res返回，即return res */std::cout << module->print();delete module;return 0;
}

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