概述

LLVM是一個(gè)強(qiáng)大的編譯器基礎(chǔ)設(shè)施，提供了一套豐富的庫，用于構(gòu)建編譯器的前端和后端。在LLVM中，Value、User和Use是幾個(gè)核心的概念，它們之間有著緊密的關(guān)系

Value

Value是LLVM中表示所有可計(jì)算的值的基類，例如常量、指令、參數(shù)等。每個(gè)Value都有一個(gè)類型(Type)和一個(gè)名字(Name)。Value是LLVM IR中所有可計(jì)算實(shí)體的抽象。

User

User是LLVM IR中表示使用Value的類。User可以是指令(Instruction)、常量表達(dá)式(ConstantExpr)、全局變量(GlobalVariable)等。User持有對(duì)Value的引用，并且可以有多個(gè)Value作為其操作數(shù)(Operands)

Use

Use是Value和User之間的一個(gè)引用關(guān)系。每個(gè)Use對(duì)象持有一個(gè)Value的引用，并且知道這個(gè)Value是由哪個(gè)User使用的

Use允許LLVM跟蹤每個(gè)Value的所有使用情況，并且當(dāng)Value被修改或刪除時(shí)，可以更新所有引用它的地方

User和Use的雙向關(guān)系

User和Use之間存在一個(gè)雙向關(guān)系：

• User持有一個(gè)Use鏈表，每個(gè)Use指向一個(gè)Value
• Value持有一個(gè)User鏈表，每個(gè)User指向一個(gè)使用該Value的User對(duì)象

這種雙向關(guān)系使得LLVM可以有效地管理值的生命周期和依賴關(guān)系

• 例如，當(dāng)一個(gè)Value被刪除或修改時(shí)，所有引用它的Use都會(huì)收到通知，從而可以更新或刪除相應(yīng)的引用
• 同樣，當(dāng)一個(gè)User被刪除時(shí)，它持有的所有Use也會(huì)被刪除，從而解除了對(duì)Value的引用

這種設(shè)計(jì)有幾個(gè)關(guān)鍵的好處

• 封裝性：Value、User和Use的分離使得LLVM的IR結(jié)構(gòu)更加模塊化和易于理解
• 靈活性：Use作為Value和User之間的橋梁，使得LLVM可以靈活地處理值的引用和更新
• 效率：通過雙向鏈表，LLVM可以快速地遍歷和更新值的使用情況，提高了編譯器的效率

總的來說，LLVM的Value、User和Use設(shè)計(jì)提供了一種強(qiáng)大且靈活的方式來表示和操作編譯器中間表示(IR)中的值和它們之間的關(guān)系

例子

例子1

假設(shè)我們有一個(gè)簡(jiǎn)單的LLVM IR代碼片段：

define i32 @main() {%a = add i32 1, 2%b = add i32 %a, 3ret i32 %b
}

在這個(gè)例子中:

• %a 和 %b 是兩個(gè)Value，它們是指令的結(jié)果
• add i32 1, 2和add i32 %a, 3是兩個(gè)User，因?yàn)樗鼈兪侵噶?#xff0c;使用其他Value（在這個(gè)例子中是數(shù)字1, 2和3，以及%a）
• %a有兩個(gè)Use，分別指向兩個(gè)add指令
• 每個(gè)add指令都有一個(gè)Use列表，列出了它的操作數(shù)

解析

• 第一個(gè)add指令創(chuàng)建了一個(gè)Value %a。這個(gè)指令是一個(gè)User，它有兩個(gè)操作數(shù)：常量1和2。這兩個(gè)常量也是Value，但在這個(gè)例子中，它們沒有被其他指令引用
• 第二個(gè)add指令創(chuàng)建了另一個(gè)Value %b。這個(gè)指令同樣是一個(gè)User，它的操作數(shù)是%a和常量3。這里，%a是一個(gè)已經(jīng)被第一個(gè)add指令創(chuàng)建的Value
• 每個(gè)Value都有一個(gè)指向引用它的User的列表。在這個(gè)例子中，%a的列表中有兩個(gè)User：第一個(gè)和第二個(gè)add指令。常量1、2和3沒有被其他指令引用，所以它們的列表為空
• 每個(gè)User都有一個(gè)Use列表，列出了它引用的所有Value。第一個(gè)add指令的Use列表包含兩個(gè)常量1和2，第二個(gè)add指令的Use列表包含%a和常量3

例子2

定義Value

首先，定義一個(gè)簡(jiǎn)單的LLVM IR 代碼片段，這里創(chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單的加法操作

%1 = add i32 10, 20

在這個(gè)例子中，%1是一個(gè)Value，它代表了加法操作的結(jié)果.i32 是它類型，表示這是一個(gè)32位的整數(shù)
10 和 20 是操作數(shù)，它們也是Value

創(chuàng)建User

加法操作本身就是一個(gè)User，因?yàn)樗褂昧薞alue(這個(gè)例子是數(shù)字10和20)來執(zhí)行操作

這個(gè)User 是一個(gè)指令，具體來說是add指令

建立Use關(guān)系

add 指令使用10和20這兩個(gè)Value，因?yàn)樗鼊?chuàng)建了兩個(gè)Use對(duì)象

每個(gè)Use對(duì)象持有一個(gè)對(duì)Value的引用，并且知道這個(gè)Value是由哪個(gè)User使用的

雙向關(guān)系

現(xiàn)在有了以下關(guān)系

• add 指令(User) 有兩個(gè)Use對(duì)象，分別引用了10和20
• 10和20(Value) 各自有一個(gè)User列表，每個(gè)列表中都包含了引用它們的add指令

修改Value

假設(shè)修改了10這個(gè)Value，將其改為15

%1 = add i32 15,20

在這個(gè)修改過程中，Use對(duì)象仍然保持對(duì)新值15的應(yīng)用，由于Use和Value之間雙向關(guān)系，add指令自動(dòng)更新為使用的新的Value

刪除Value

如果要?jiǎng)h除20這個(gè)Value:

%1 = add i32 15, 25

在這個(gè)情況下，原來引用20的Use對(duì)象會(huì)被刪除，并且add指令的Use列表會(huì)更新為引用新的Value 25

同時(shí)，20的User列表也會(huì)被清空，表示沒有User再使用它

遍歷User 和 Value

通過add 指令(User 來遍歷它的所有Use對(duì)象，從而找到它引用的所有Value。同樣，我們也可以通過15或25來遍歷所有引用他們的User

參考資料

• 深入淺出 LLVM之 Value 、User 、Use 源碼解析