1.Clang概述
2.clang 学习笔记
3.MacOS使用clang
4.Gcc 和 Clang
5.详解三大编译器：gcc、llvm 和 clang
6.一文带你梳理Clang编译步骤及命令

Clang概述

       LLVM项目的一个子项目，基于LLVM架构的C/C++/Objective-C编译器前端

       Clang将C/C++/Object-C源码转换成LLVM IR，指令选择将LLVM IR转换成Selection DAG node（SDNode），指令调度将SDNode转换成MachineInstr，代码输出将MachineInstr转换成MCInst。接任务系统源码

       Clang的两层含义：自动调用后端程序包括预处理（preprocessing），编译（compiling），链接（linking）并生成可执行程序，将C/C++/Object-C源码编译成LLVM IR。

       Compiler Driver本质是调度管理程序，Clang Driver划分成五个阶段：Parse、Pipeline、Bind、Translation、Execute。其执行过程大致如下：Driver::ExecuteCompilation -> Compilation::ExecuteJobs -> Compilation::ExecuteCommand-> Command::Execute -> llvm::sys::ExecuteAndWait。其执行过程调用相关操作系统，执行其系统相关的执行程序，并等待执行过程完成。

       Clang的核心组件包括Tokens、抽象语法树（AST）、语法分析、递归下降、Precedence Climbing算法等。Tokens是通过词法分析产生的单词记号，词法分析在预处理过程中初始化。抽象语法树（AST）是语法分析的输出，表示源代码语法结构的抽象表示。递归下降解析中缀表达式语法一般有两个问题，Precedence Climbing算法的主要思想是将表达式视为一堆嵌套的子表达式，其中每个子表达式都具有其包含的运算符的最低优先级。

       Clang的入口位于tools/driver/driver.cpp中的int main(int Argc, const char **Argv)函数，如果程序第一个参数是-cc1则直接执行函数static int ExecuteCC1Tool(SmallVectorImpl &ArgV)，此时为前端模式，直接执行cc1_main或cc1as_mian;执行完毕后程序退出；如果不是-cc1，则进行相关命令解释，生成相容的命令行，由int Driver::ExecuteCompilation(Compilation &C,SmallVectorImpl> &FailingCommands)执行相容的命令行。

       Clang通过Action完成具体的操作，CompilerInstance是一个编译器实例，综合了一个 Compiler 需要的 objects，如 Preprocessor，ASTContext，DiagnosticsEngine，TargetInfo 等。CompilerInvocation为编译器执行提供各种参数，它综合了TargetOptions、DiagnosticOptions、HeaderSearchOptions、CodeGenOptions、DependencyOutputOptions、FileSystemOptions、全军开源码PreprocessorOutputOptions等各种参数。FrontendAction::ExecuteAction()是一个纯虚函数，通过继承这个方法来实现具体的Front End Action，Clang还提供了几个继承子类 ASTFrontendAction，PluginASTAction，PreprocessorFrontendAction。 Action及其派生的Action定义如下，大多数Front end Action都继承ASTFrontendAction，每一个ASTFrontendAction都会创建一个或者多个ASTConsumer，ASTConsumer也是一个纯虚类，通过继承ASTConsumer去实现特定的AST Consumer。

       ASTConsumer中可以重载下面两个函数：HandleTopLevelDecl()解析顶级的声明（像全局变量，函数定义等）的时候被调用；HandleTranslationUnit()在整个文件都解析完后会被调用。大概流程如下：初始化CompilerInstance之后，调用其成员函数ExcutionAction, ExcutionAction会间接依次调用FrontendAction的6个成员函数（直接调用的是FrontendAction的三个public 接口，BeginSourceFile，Execute，EndSourceFile），而FrontendAction的ExecuteAction会最终调用语法分析函数ParseAST(未强制要求ParseAST放入ExcuteAction，但ASTFrontendAction如此)。 ParseAST在分析过程中，又会插入ASTConsumer的多个句柄（用得最多是HandleTopLevelDecl和 HandleTranslationUnit）。

       Clang的Parser是通过void clang::ParseAST(Sema &S, bool PrintStats, bool SkipFunctionBodies)执行的，ParseAST()函数对个top level decleration（包括变量和函数）调用parser解析得到一颗正确的语法树。Clang使用递归下降（recursive-decent）的语法分析，具体来说，采用的是基于中缀表达式分析的precedence climbing算法。

       Clang的Parser（lib/Parse和lib/AST）是通过void clang::ParseAST(Sema &S, bool PrintStats, bool SkipFunctionBodies)执行的，ParseAST()函数对个top level decleration（包括变量和函数）调用parser解析得到一颗正确的语法树。

clang 学习笔记

       clang是LLVM编译器工具集的一个用于编译C、C++、Objective-C的前端，由苹果公司赞助开发，源代码采用类BSD的伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校开源码许可。相对于gcc，clang具有以下优势：

       1. 支持更现代的C++标准，如C++、C++、C++等。

       2. 代码质量更高，由于其分析更加严格，能够发现更多潜在错误。

       3. 更好的类型推断，可以减少使用模板代码的需要。

       4. 提供更详细的错误信息和诊断，帮助开发者快速定位问题。

       然而，clang在某些方面仍需改进，比如在处理大型项目时的构建速度和内存使用效率。此外，相对于gcc，clang的超级影视源码社区支持和文档可能稍显不足。

       要安装LLVM + clang，有二进制安装和源码安装两种方式。对于二进制安装，您可以在官网下载适合您操作系统的预编译版本。源码安装则需要下载LLVM源码，编译并配置安装。具体步骤如下：

       1. 下载LLVM源码包。

       2. 配置编译选项，包括指定安装路径等。

       3. 使用`make`命令编译源码。

       4. 使用`sudo make install`命令安装。

       编译C程序使用clang与gcc类似，可以通过创建一个包含`main`函数的C源文件，使用命令行编译并链接生成可执行文件。例如：

       1. 使用`gcc`或`clang`命令编译源文件。

       2. 使用`./a.out`运行生成的可执行文件。

       本文使用Zhihu On VSCode进行创作与发布。

MacOS使用clang

       本文旨在阐述在MacOS平台下使用clang命令对C++代码进行编译的过程。首先，创建文件main.cpp并编写C++代码。

       使用clang++命令开始编译过程，终端显示一系列输出信息，揭示了从输入源码到最终可执行程序的编译步骤。

       预处理阶段展开宏定义，词法分析解析出一个个token，包括标识符、分号等，并记录其在源码中的位置。语法分析与语义分析紧随其后，生成main.i、main.ll和汇编文件main.s。

       编译过程最后生成目标文件main.o，并在此基础上生成最终的可执行文件main。运行./main命令，即可看到"Hello world"的输出结果，完成C++代码的编译执行。

Gcc 和 Clang

       GCC 编译器作为 Linux 系统下的主要 C/C++ 编译工具，广泛安装于多数 Linux 发行版中。其命令形式通常为“gcc”，并提供了丰富的选项来辅助编译过程。其中，常用选项包括：-E 仅执行预处理，-c 编译或汇编源文件但不执行链接，-S 完成编译但不汇编，仅生成汇编代码，-o 用于指定输出文件名。在 Linux 系统中，未指定输出文件名时，默认输出名为“a.out”，源文件后缀生成为“.o”，汇编文件后缀为“.s”。GCC支持多种环境的iapp创意源码代码生成，如使用-m、-m、-m选项生成不同位数环境的代码，例如，-m下int、long和指针类型均为位，-m下int为位，long和指针类型为位，-m与-m类似，但在汇编文件开头添加了gcc汇编制导，用于运行位模式的二进制文件。

       编译过程主要分为预处理、编译、汇编和链接四个阶段。下面以一段源码为例，详细分析每个阶段的内容。

       首先，预处理过程会展开宏定义和条件编译，生成预处理文件。使用cpp命令执行预处理，得到的sample.i文件中，宏定义和条件编译已根据实际情况展开，宏引用被替换为实际值。通过-D指令可以自定义宏的值，进行预处理。在Linux系统下，通过“man gcc”可查询GCC命令的详细用法。

       接着，GCC将预处理文件编译为汇编代码，生成汇编文件。汇编文件包含了核心的汇编代码，展示了编译过程中的汇编指令和数据操作。对比位机器和位机器汇编代码的差异，可以发现主要在于寄存器的位宽和指令的位宽不同。

       汇编代码中，.cfi_startproc和.cfi_endproc用于初始化和结束本地数据结构，本地标签用于分支目的地标记。基本汇编指令如pushl、movl、subl、cmpl、je、addl、sall、ret、movl等，分别用于操作寄存器、存储数据、进行算术运算和逻辑运算、控制流程等。了解这些基本指令的用途有助于深入理解程序的执行流程。

       使用GCC的霸气跳转源码-c选项编译源代码为机器代码，通过-o选项指定输出文件名。可以使用as命令得到机器语言，通过objdump指令查看目标文件的机器码，反汇编指令帮助理解机器码的含义。在程序中发现符号定义冲突时，可以使用nm命令列出目标文件中的符号，快速定位问题。

       最后，链接器（ld）将编译生成的目标文件链接为可执行文件。链接过程中，链接器解析未定义的符号引用，将目标文件中的占位符替换为实际的符号地址。如果缺少必要的CRT文件，ld会生成警告。可通过查询/usr/lib/x_-linux-gnu路径找到CRT文件。C运行时文件（CRT）包含程序入口函数_start，负责调用__libc_start_main初始化libc，并调用main函数；_init函数在main函数前运行；_fini函数在main函数后运行。链接时使用-lc选项链接C标准库。

       Clang 是一个基于LLVM的C/C++编译器，提供C/C++/Objective C/Objective C++语言的编译支持，旨在超越GCC。Clang预处理、生成汇编代码、生成目标文件、得到可执行文件的过程与GCC类似，但Clang提供了更多的特性，如更快的编译速度、更好的错误诊断和更先进的类型推断能力。使用Clang替代GCC进行C程序编译时，可以体验到这些额外的优势。

       Clang编译过程包含预处理、生成位和位机器汇编代码、生成目标文件和得到可执行文件等步骤。使用Clang编译后的汇编代码、目标文件和可执行文件与GCC编译结果一致，但Clang在性能和语言支持方面可能具有优势。

详解三大编译器：gcc、llvm 和 clang

       详解三大编译器：gcc、llvm和clang

       编译器结构通常包括前端、优化器和后端。前端负责解析源代码，语法分析，生成抽象语法树；优化器在此基础上优化中间代码，追求效率提升；后端则将优化后的代码转化为特定平台的机器码。

       GNU Compiler Collection (gcc)起源于C语言编译器，后来扩展支持多种语言。然而，苹果公司由于对Objective-C特性和IDE需求的特殊性，与gcc分道扬镳，转而引入了LLVM。LLVM不仅提供编译器支持，还是一个底层虚拟机，可作为多种编译器的后端，其优点在于模块化和代码重用。

       Chris Lattner，这位编译器大牛，凭借在LLVM的研究和开发，特别是他提出的编译时优化思想，使得LLVM在苹果的Mac OS X .5中大放异彩。Clang是LLVM的前端，专为C、C++和Objective-C设计，旨在替代gcc。Clang在速度、内存占用和诊断信息可读性方面优于gcc，同时支持更多的编程语言和API集成。

       在选择gcc、LLVM和Clang时，最新项目推荐使用LLVM-GCC，因为它稳定且成熟，是Xcode 4的预设。然而，老版本的gcc不推荐使用，因为苹果对其维护较少。对于动态语言支持和代码重用，LLVM的特性更胜一筹，它不仅是一个编译器集合，更是库集合，为开发者提供了更大的灵活性。

       总的来说，LLVM通过提供通用中间代码和模块化设计，解决了传统编译器的局限，使代码重用成为可能，这使得它在现代编译器领域中独具优势。

一文带你梳理Clang编译步骤及命令

       摘要： 本文简单介绍了Clang编译过程中涉及到的步骤和每个步骤的产物，并简单分析了部分影响预处理和编译成功的部分因素。

       本文简单介绍部分Clang和LLVM的编译命令。更关注前端部分（生成 IR 部分）。

1. Clang编译步骤概览

       我们可以使用命令打印出来Clang支持的步骤，如下：

clang-ccc-print-phasestest.c+-0:input,"test.c",c+-1:preprocessor,{ 0},cpp-output+-2:compiler,{ 1},ir+-3:backend,{ 2},assembler+-4:assembler,{ 3},object5:linker,{ 4},image

       根据上面的介绍，可以根据每一部分的结果，分为5个步骤（不包含上面的第0步）：preprocessor、compiler、backend、assembler、linker等。

       具体到 Clang 中每一步骤生成的结果文件。我们可以使用下面的示意图来表示：

       说明：上面的示意图以Clang编译一个C文件为例，介绍了Clang编译过程中涉及到的中间文件类型：

       (1) test.c 为输入的源码（对应步骤 0）；

       (2) test.i 为预处理文件（对应步骤 1 的输出，cpp-output 中，cpp 不是指 C++ 语言，而是 c preprocessor 的 缩写）；

       (3) test.bc 为 bitcode文件，是clang的一种中间表示（对应步骤 2 的输出）；

       (4) test.ll 为一种文本化的中间表示，可以打开来看的（对应步骤 2 的输出， 和 .bc 一样都是中间表示，可以相互转化）；

       (5) test.s 为汇编结果（对应步骤 3 的输出）；

       (6) test.o 为单文件生成的二进制文件（对应步骤 4 的输出）；

       (7) image 为可执行文件（对应步骤 5 的输出）。

       注意：示意图画的也并不完整，如下介绍：

       (1) 箭头所指的方向，表示可以从一种类型的文件，生成箭头所指的文件类型；

       (2) 图中箭头并没有画完，比如可以从 test.c 生成 test.s, test.o 等。如果将上面的示意图当做一种 有向图，那么基于 箭头 所指的方向，只要 节点能连接的点，都是可以做转换的；

       (3) 图中的实线和虚线，只是表示本人关心的Clang编译器中的内容，并没有其他的含义，本文也只介绍图中实线部分的内容，虚线部分的内容不做介绍。

2. 转换命令集合

       下面介绍部分涉及到上面步骤的转换命令：

#1..c->.iclang-E-ctest.c-otest.i#2..c->.bcclang-emit-llvmtest.c-c-otest.bc#3..c->.llclang-emit-llvmtest.c-S-otest.ll#4..i->.bcclang-emit-llvmtest.i-c-otest.bc#5..i->.llclang-emit-llvmtest.i-S-otest.ll#6..bc->.llllvm-distest.bc-otest.ll#7..ll->.bcllvm-astest.ll-otest.bc#8.多bc合并为一个bcllvm-linktest1.bctest2.bc-otest.bc

       上面列出了一部分Clang不同文件直接转换的命令（和第 1 部分的 示意图 序号匹配，还是只关心前端部分）。只是最后增加了一个将多个 bc 合并为一个 bc file 的命令。

3. 查看Clang AST结构

       我们可以通过如下的命令查看源码的AST结构：

clang-Xclang-ast-dump-ctest.c

       打印出来的AST信息，其实是预处理之后展开的源码信息，源码的AST内容在打印出来的内容的最下面。

       如下面的代码：

#include<stdio.h>intmain(){ printf("hello");return0;}

       打印出来的部分AST（仅根当前文件内容匹配部分）如下：

       头上的头文件引用等已经展开，没有了，但是下面的 main 函数定义，则如上面的 FunctionDecl 所示，并且给出了 代码中的位置。这里就不详细分析AST的结构了，写几个例子比对一下就很容易理解。

4. 编译正确性的影响因素

       当前，很多静态代码分析工具，都采用 Clang 和 LLVM 作为底座来开发静态代码分析工具。Clang自己也有 clang-tidy 工具可以用来做 C/C++ 语言的静态代码分析。为了能够用 Clang 和 LLVM 来成功分析 C/C++ 代码，需要考虑如何成功使用 Clang 和 LLVM 来编译 C/C++ 代码。可以考虑的是，成功生成 bc file，是静态代码分析的基础操作。

4.1 影响预处理结果的因素

       预处理过程，作用跟名字一样，都可以不当做编译的一个步骤，而是编译的一个预处理操作。我们说得再直白一点儿，其实就是做了一个文本替换的活儿，就是对 C/C++ 代码中的 预处理指令 进行处理。预处理指令很简单，比如 #include，#define 等，都是预处理指令（可以参考：/en-us/cpp/preprocessor/preprocessor-directives?view=msvc-，或者google下，很多介绍的）。

       如果程序中没有预处理指令，即使我们随便瞎写的代码，预处理也一般不会有问题，如下的代码（main.c）：

abcdef

       我们仍然可以正确得到 预处理结果：

#1"main.c"#1"<built-in>"1#1"<built-in>"3#"<built-in>"3#1"<commandline>"1#1"<built-in>"2#1"main.c"2abcdef

       为了成功执行预处理执行，很容易理解，就是可以对程序中的所有的 预处理指令 进行处理。比如：

       (1) #include，依赖了一个头文件，我们能不能成功找到这个头文件；

       (2) #define，定义了一个宏，在程序中定义宏的时候，我们能不能准确找到宏（找到，还必须准确）；

       (3) 其他指令。

4.2 影响IR生成因素

       这一步是针对上一步生成的预处理指令，进行解析的操作。这一步才是最关键的，归根结底，我们需要保证一点：使Clang编译器可以正确识别出来代码中内容表示的语法结构，并且接纳这种语法结构！

       举一些简单例子：

       (1) -std 用来指定支持的 C/C++ 标准的，如果我们没有指定，那么就会采用 Clang 默认的标准来编译，就可能导致语法不兼容；

       (2) -Werror=* 等参数，可能将某些能识别的语法，给搞成错误的使用；

       (3) 其他的部分，跟语法识别的参数；

       (4) 还有一部分的语法，可能 Clang 自始至终就没有进行适配，这种就要考虑修改源码了。

4.3 链接相关因素

       在真正编译中，如果链接有问题，那就会失败，但是在静态代码分析中，链接有失败（无法链接）或者错误（不相关的给链接在一起），可能多点儿分析误报或者漏报，一般不会导致分析失败。这类问题，影响的不是中间表示的生成，而是分析结果（影响跨文件的过程间分析，影响对built-in函数的建模等）。

       一般，链接命令的捕获，target信息配置等，会影响这部分的能力。当然，也跟你实现的工具有关（如果实现的工具，就没有跨文件的能力，这部分内容也没啥影响）。

       作者：maijun。

C++编译器之语法分析过程

       C++编译器Clang在进行语法分析时，首先通过词法分析将源代码分解成一系列有意义的记号，如关键字、标识符、常数和字符串。接着，它依据C++的语法规则，进行语法分析，确保记号组合的合法性，如函数定义的结构要求。一旦语法正确，Clang会构建一个抽象语法树（AST），这个树状结构代表了代码的语义结构，如变量、表达式和语句的关系。

       在构建AST的同时，Clang进行语义分析，检查源代码是否符合语言的逻辑规则，如变量声明在使用前。整个过程包括词法分析器（如`clang::Lexer`）的详细步骤：从预处理器获取源代码，通过识别字符序列生成记号，处理转义字符、注释等，并重复此过程直到所有字符都被处理。记号随后传递给语法分析器生成AST。

       例如，对于C++源代码，`clang::Lexer`会逐字符分析，识别出关键字、标识符等记号，然后生成`clang::Token`对象，这些对象代表了源代码的基本单元。这段代码演示了如何使用`clang::Lexer`进行词法分析，尽管实际实现可能涉及复杂逻辑和性能优化，但理解其工作原理对于C++开发者至关重要。

       在这个过程中，虽然提到了一些C++编程概念，如List、Valarrays、类、双冒号的用法、智能指针、Boost.Asio库、网络编程应用、空间配置器、序列式容器等，但这些内容都是在阐述编译器工作原理时作为扩展或背景知识出现的。对于初学者来说，理解语法分析是编程入门的重要步骤，而深入学习C++则涉及更广泛的领域和特性。

Clang前端源码分析

       Clang前端源码分析

       Clang，作为Apple公司的一款重要编译器，旨在取代GCC的地位，其设计独特，架构分为前端、优化器和后端三部分。这种架构使得新语言编译器的开发仅需关注前端，而优化器和后端可以保持通用，适应不同架构的编译只需调整后端部分。Clang的起源是Apple为摆脱GCC的限制，由Chris Lattner主导，基于LLVM架构创建的，初衷是提供一个更清晰、易扩展和高效的选择。

       在Xcode的演变中，从GCC 4.2版本后，LLVM-Clang逐渐取代了GCC的地位，尤其在Apple系统中，LLVM-Clang以其优点成为首选。Clang的模块化设计使得它在错误提示、IDE集成等方面表现优于GCC，尽管GCC支持更多语言和平台，但维护和性能不如Clang。如今，Clang在Android NDK中也逐渐占据主导，取代了部分GCC的职责，展示了其在编译领域的竞争力。

       如果你想深入了解Clang的源码解析，可以关注DriverOptTable的生成机制，特别是Driver::ParseArgStrings方法，它负责将命令行参数解析为ArgList，对参数进行合法性检查，确保编译器的正确运行。通过这些细节，可以更好地理解Clang编译器参数处理的复杂性和灵活性。

clang什么意思

       Clang是一个C语言、C加加、Objective-C语言的轻量级编译器。源代码发布于BSD协议下。将支持其普通lambda表达式、返回类型的简化处理以及更好的处理constexpr关键字。

       Clang是一个由Apple主导编写，基于LLVM的C/C++/Objective-C编译器。是一个C++编写、基于LLVM、发布于LLVM BSD许可证下的C/C++/Objective-C/Objective-C++编译器。它与GNU C语言规范几乎完全兼容(当然，也有部分不兼容的内容，包括编译命令选项也会有点差异)，并在此基础上增加了额外的语法特性，比如C函数重载(通过__attribute__((overloadable))来修饰函数)，其目标(之一)就是超越GCC。