1.了解历史

????????LLVM 是构架编译器(compiler)的框架系统，以C++编写而成，用于优化以任意程序语言编写的程序的编译时间(compile-time)、链接时间(link-time)、运行时间(run-time)以及空闲时间(idle-time)，对开发者保持开放，并兼容已有脚本。

????????LLVM 计划启动于2000年，最初由美国UIUC大学的 Chris Lattner 博士主持开展。2006年Chris Lattner 加盟Apple Inc. 并致力于LLVM 在Apple 开发体系中的应用。Apple 也是 LLVM 计划的主要资助者。

? ? ? ? ICON 如下：

Chris Lattner 尊容如下（也是Swift之父）：

?致敬！！！

2.充满思考的架构

? ? ? ? LLVM 是一个模块化和可重用的编译器和工具链技术的集合，Clang 是 LLVM 的子项目，是 C，C++ 和 Objective-C 编译器，因为多模块的复用，所以提供了惊人的快速编译，据说比 GCC 快3倍。

????????LLVM 当时是为了解决一个小问题而开发的（一个小故事）：当使用OpenGL 函数库的时候（Mac OS 10.4 和 10.5环境下），比如你要调用这个函数，glVertex3f()，编译器必须将其转化为特定的GPU可以理解的数据。但是这带来一个问题：市面上有海量的GPU，每个GPU的性能和参数也不尽相同，所要求的数据格式也不同。这时 LLVM 可以产生很小的一部分代码去解决这个问题，这是 LLVM 诞生的初衷。

????????一开始 LLVM 是开源的，所有代码在转成二进制时就叫做 bytecode -- 因为 java 当年就是这么叫的。当时这一部分有很多问题：比如不能扩展，无法兼容，非常脆弱。后来采用的是 bitcode 机制。LLVM 2.0 将所有代码以比特流(bit stream)而不是字节流(byte stream)的形式来编码。这就是 bitcode 这一术语的由来。这个就是iOS为什么一个字节是8bit（比特），1比特是0.125字节。说起这个bitcode，我们来看看下面的这张广为流传的图：

????????看过《趣谈网络协议》的同学都非常熟悉这张开篇图。这张图完美解释了LLVM的工作过程。当然还有另外一张简单明了的图如下：

? ? ? ? 解释一下上图：

Frontend（编译器前端）：编译器前端的任务是解析源代码。它会进行：词法分析，语法分析，语义分析,?检查源代码是否存在错误，然后构建抽象语法树(Abstract Syntax Tree,AST) ,LLVM的前端还会生成中间代码(intermediate representation , IR)。
Optimizer（优化器）：优化器负责进行各种优化。改善代码的运行时间，例如消除冗余计算等。
Backend(后端)：将代码映射到目标指令集。生成机器语言，并且进行机器相关的代码优化

????????有的同学就会说了这两张图区别在哪？实际上我们讲的不是区别，而是想说这个bitcode就是上面图中的中间部分，可能这2张图还是无法说清楚，我们再看下面这张图：

?????????上图中可以清楚地知道这个中间代码，就是这个Optimizer部分就是bitcode部分。上图的大概意思是：

不同的前端后端使用统一的中间代码 bitcode
如果需要支持一种新的编程语言，那么只需要实现一个新的前端
如果需要支持一种新的硬件设备，那么只需要实现一个新的后端
优化阶段是一个通用的阶段，它针对的是统一的LLVM IR，不论是支持新的编程语言，还是支持
新的硬件设备，都不需要对优化阶段做修改

? ? ? ? 到此我们的来意就明显了，我们这一系列的文章主要探讨Frontend，也就是词法分析、语法分析、语义分析、生成中间代码这一阶段。这里面的水很深，我们浅尝辄止😌😌😌。下面我们来看我们研究的主角：Clang。

3.我们的主角：Clang

? ? ? ? 说起这个Clang，他只是这个LLVM整个项目的一个子项目，是基于LLVM架构的C/C++/Objective-C编译器前端。其官方网站：http://clang.llvm.org/。由于Clang采用库的模块化设计，易于 IDE 集成及其他用途的重用，其设计清晰简单，容易理解，所以就给我们扩展带来的便利。在编译过程中，Clang 创建并保留了大量详细的元数据 (metadata)，有利于我们对其进行调试和查看错误报告。下面又有了一张图介绍了Clang所处的具体位置：

????????下面我们来浅尝一下：通过终端了解一下main.m文件的编译阶段干了什么，?在终端中输入clang -ccc-print-phases main.m，便有了如下输出

                +- 0: input, "main.m", objective-c  //输入
            +- 1: preprocessor, {0}, objective-c-cpp-output //预处理
         +- 2: compiler, {1}, ir //编译
      +- 3: backend, {2}, assembler //后端
   +- 4: assembler, {3}, object //汇编
+- 5: linker, {4}, image //链接
6: bind-arch, "x86_64", {5}, image //绑定

????????可以看出整个过程经历了input、preprocessor、compiler、backend、assembler、linker、bind-arch 7步。您肯定想知道里面每一步具体做了什么，请看下一篇Clang的编译过程详解。