为什么LLVM要分配冗余变量？

Question

这是一个简单的 C 文件，其中包含枚举定义和

main

函数：

enum days {MON, TUE, WED, THU};

int main() {
    enum days d;
    d = WED;
    return 0;
}

它会转换为以下 LLVM IR：

define dso_local i32 @main() #0 {
  %1 = alloca i32, align 4
  %2 = alloca i32, align 4
  store i32 0, i32* %1, align 4
  store i32 2, i32* %2, align 4
  ret i32 0
}

%2

显然是

d

变量，它被分配了 2。如果直接返回零，

%1

对应什么？

Answer 1

%1

寄存器是由clang生成的，用于处理函数中的多个返回语句。想象一下您正在编写一个函数来计算整数的阶乘。而不是这个

int factorial(int n){
    int result;
    if(n < 2)
      result = 1;
    else{
      result = n * factorial(n-1);
    }
    return result;
}

你可能会这样做

int factorial(int n){
    if(n < 2)
      return 1;
    return n * factorial(n-1);
}

为什么？因为 Clang 会插入为您保存返回值的

result

变量。耶。这就是

%1

变量的原因。查看 IR 以获得代码的稍微修改版本。

修改代码，

enum days {MON, TUE, WED, THU};

int main() {
    enum days d;
    d = WED;
    if(d) return 1;
    return 0;
}

红外，

define dso_local i32 @main() #0 !dbg !15 {
    %1 = alloca i32, align 4
    %2 = alloca i32, align 4
    store i32 0, i32* %1, align 4
    store i32 2, i32* %2, align 4, !dbg !22
    %3 = load i32, i32* %2, align 4, !dbg !23
    %4 = icmp ne i32 %3, 0, !dbg !23
    br i1 %4, label %5, label %6, !dbg !25

 5:                                                ; preds = %0
   store i32 1, i32* %1, align 4, !dbg !26
   br label %7, !dbg !26

 6:                                                ; preds = %0
  store i32 0, i32* %1, align 4, !dbg !27
  br label %7, !dbg !27

 7:                                                ; preds = %6, %5
  %8 = load i32, i32* %1, align 4, !dbg !28
  ret i32 %8, !dbg !28
}

现在您看到

%1

变得有用了吧？大多数具有单个 return 语句的函数都会通过 LLVM 的一次传递删除该变量。

Answer 2

为什么这很重要——实际问题是什么？

我认为您正在寻找的更深入的答案可能是：LLVM 的架构基于相当简单的前端和许多通道。前端必须生成正确的代码，但不一定是好的代码。他们可以做最简单有效的事情。

在这种情况下，Clang 生成了一些指令，但结果并没有用于任何用途。这通常不是问题，因为 LLVM 的某些部分会删除多余的指令。 Clang 相信这会发生。 Clang 不需要避免发出死代码；它的实现可能侧重于正确性、简单性、可测试性等。

Answer 3

因为Clang已经完成了语法分析，而LLVM还没有开始优化。

Clang 前端生成了 IR（中间表示）而不是机器代码。这些变量是 SSA（单一静态分配）；它们还没有绑定到寄存器，实际上在优化之后，永远不会绑定到寄存器，因为它们是多余的。

该代码是源代码的某种字面表示。这就是 clang 交给 LLVM 进行优化的原因。基本上，LLVM 以此为起点并从那里进行优化。事实上，对于版本 10 和 x86_64，llc -O2 最终会生成：

main: # @main
  xor eax, eax
  ret