背景

Swift 語言的實現(xiàn)借助了 LLVM，Swift 和 LLVM 的發(fā)明人 Chris Lattner，曾說過，Swift 語言就是 LLVM 的巨大語法糖。LLVM 定義了一種中間語言。所有經(jīng)過前端編譯的語言，在經(jīng)過詞法分析、語法分析、語義分析之后，LLVM 會幫助其生成對應(yīng)的 LLVM 中間語言，然后這些中間語言表示的程序就可以進行各種優(yōu)化處理，然后轉(zhuǎn)換成不同平臺的匯編語言。 LLVM 的出現(xiàn)可以說讓發(fā)明一門語言的難度大幅減少了。關(guān)于 LLVM 更多介紹可以查看 Chris 自己的文章 ，見引用1。

Swift 語言在編譯的時候會轉(zhuǎn)換成 Swift 中間語言（Swift Intermediate Language，簡稱 SIL）。那么在已經(jīng)有 LLVM IR （中間語言）的情況下，為什么不是直接轉(zhuǎn)換成 LLVM 中間語言呢？而是多了一步先是轉(zhuǎn)換成 SIL 然后才轉(zhuǎn)換到 LLVM IR？

前言

具體內(nèi)容可以查看 Youtube LLVM 官方視頻的介紹（見引用2），以下內(nèi)容是對該視頻內(nèi)容前半部分的總結(jié)，同時包含了一些作者自己的理解。（視頻的后半部分是 Chris 舉了幾個例子來描述 SIL 是如何工作的。對于編譯感興趣的可以看看，能學(xué)到很多）

為什么需要 SIL

從 clang 中吸取的教訓(xùn)

類 c 語言的編譯過程如下：

image.png

但是在實際編譯的代碼實現(xiàn)中是這樣的：

image.png

很容易就能看出來這兩張圖想要表達的意思，在第二張圖中，語法分析和語義分析之間很亂，然后語義分析生成 的 AST‘ 在轉(zhuǎn)換成 IR 的時候也是相當(dāng)?shù)那郏瑫r AST‘ 也承擔(dān)了支持代碼的靜態(tài)分析的前置責(zé)任。在靜態(tài)分析和生成 IR 這兩者之間其實有很多重復(fù)的邏輯。

總結(jié)一下：

1. 源代碼和 LLVM IR 之間有一個巨大的抽象層（但是這個抽象層在 clang 里面實現(xiàn)的并不完美）
2. IR 對于源代碼級別的靜態(tài)分析不夠友好
3. clang 的靜態(tài)分析實現(xiàn)（CFG）不夠好同時，和 IR 有很多重復(fù)。

Swift 的特點

Swift 是一門高級的語言，很多語言的特性是靠語言自身實現(xiàn)的（比如 Swift 的 Int 這些就是 Swift 語言實現(xiàn)的），并且 Swift 的范型基于 Protocol。Swift 也是一門安全的語言，很多不安全的操作，比如未初始化的變量，死代碼等等需要在盡早的階段就能發(fā)現(xiàn)（意味則代碼的靜態(tài)分析很重要）。

以下是 Swift 的編譯過程：

image.png

可以看到，SIL 將原本在 clang 中獨立的靜態(tài)分析和 IR 生成階段整合了起來。

（通俗的說就是，clang 在實現(xiàn)的時候開發(fā)者們發(fā)現(xiàn)很多階段是交織在一起，沒有很好的獨立開來，導(dǎo)致代碼耦合度高，現(xiàn)在加入了一個中間層，來解決這種情況）

SIL 的特點

1. 能夠完整的表達程序的語義。
2. 被設(shè)計用于代碼生成和靜態(tài)分析
3. 處于編譯的流水線中，而不是獨立與之外
4. 在源代碼和 LLVM 之間架起了抽象的橋梁

引用

1. LLVM 介紹
2. Swift's High-Level IR: A Case Study