LLVM

LLVM

執筆済 コンピュータ言語処理系LLVM

再利用可能なコンパイラ基盤。 Clang、Swift、Rust、Julia などが共通して使っている。

中心にあるもの — LLVM IR#

言語にもアーキテクチャにも依存しない中間表現。

define i32 @add(i32 %a, i32 %b) {
entry:
  %sum = add nsw i32 %a, %b
  ret i32 %sum
}

特徴。

  • SSA 形式（各変数への代入は 1 回だけ）
  • 静的に型が付いている
  • テキスト・バイナリ・メモリ内の 3 表現が等価

M×N を M+N にする#

C/C++ ┐                    ┌ x86-64
Swift ┼→ [LLVM IR] → 最適化 ┼→ ARM64
Rust  ┤                    ├ RISC-V
Julia ┘                    └ WASM

言語側は IR を出すだけ、 アーキテクチャ側は IR を受けるだけでよい。

新しい言語を作るとき、 最適化とコード生成を自分で書かなくて済む。 Swift や Rust が実用的な性能で登場できたのは、 LLVM があったからという側面が大きい。

パス構造#

最適化は独立したパスの列として構成される。

mem2reg → インライン展開 → 定数伝播 → GVN → ループ最適化 → …

パスを足す・並べ替えることで最適化方針を変えられる。 -O0 〜 -O3 はパスの選び方の違い。

影響#

  • GCC の独占を崩し、コンパイラ研究の共通基盤になった
  • Clang の質の高いエラーメッセージが業界の水準を引き上げた
  • MLIR（多層 IR）に発展し、機械学習コンパイラの基盤にもなっている

参考文献#