什么是編譯

對于語言，有高級語言，低級語言和機器語言的方式來表示，因為機器是只能做數字計算的，能夠讓機器去運算的只有機器語言，從高級語言轉為機器語言的過程就叫做編譯，由編譯器來完成
例如：由 C 轉換為匯編語言需要 匯編器來執行
C 和匯編語言轉換為機器語言都是由編譯器來指向的

編譯器的架構

傳統的編譯器架構

前端：詞法分析，語法分析，語義分析，生成中間代碼

優化器：中間代碼優化

后端：生成機器碼

編譯優化的方法

常量傳播
編譯優化時，能夠將計算出來的變量直接替換為常量

void main()
{
	int a=1;
	printf("%d",a);
}

優化后

void main()
{
	printf("%d",1);
}

公共子表達式消除
如果一個表達式已經計算過，并且表達式中的變量一直沒有變化，那么這個這個表達式就是公共子表達式

void main()
{
	int a =1,b=2,x=0;
	x=(a+c)*12+(c+a)；
}

優化后

void main()
{
	int a =1,b=2,x=0;
	x=E*12+E；
}

方法內聯

循環優化

循環嵌套外大內小

循環條件使用<要快于<=
for(int i=0;i<50;i++)

把外層可以計算的盡可能放到外層，減少在內層的運算，有判斷條件的語句和與循環不相關的操作語句盡量放在for外面

循環展開

循環交換
https://blog.csdn.net/zhengzhoudaxue2/article/details/6459890

再看這個例子

int main(int argc,char **argv)
{
 	int i,m,k1，k2,k3,k4,k5,k6,k7,k8;
 	m=10000000;

 	for(i=0;i<m;i++){
  		k1++;  k5++;
  		k2++;  k6++;
  		k3++;  k7++;
  		k4++;  k8++;
 }
 return (0);
}

這個for循環，我們是讓這些數每次循環都加1，這個效率也不是達到了最優，是這樣的，在每次for循環的時候，編譯器會給變量i，變量m每個獨占一個寄存器，因為是循環嘛，編譯器給i和m也是為了效率考慮，不用再向寄存器加載每次循環的判斷變量了，但是，一般基于Intel的處理器都只有8個通用寄存器，這樣，我們就剩下了6個寄存器給for循環里的內容中的變量使用，但是，我們的變量有8個，我們這時會在把其他的變量入棧，這樣，我們的效率變低了，每次出戰或者入棧都會消耗兩個CPU時鐘周期

優化后：

int main(int argc,char **argv)
{
	 int i,m,k1，k2,k3,k4,k5,k6,k7,k8;
 	 m=10000000;
 
 	for(i=0;i<m;i++){
  		k1++;  k5++;
  		k2++;  k6++;
 }
	 for(i=0;i<m;i++){
  		k3++;  k7++;
  		k4++;  k8++;
 }
 return (0)
}

LLVM

llvm項目是模塊化、可重用的編譯器以及工具鏈技術的集合

LLVM架構

• 不同的前端后端使用統一的中間代碼LLVM Intermediate Representation（LLVM IR）
• 如果需要支持一種新的編程語言，那么只需要實現一個新的前端
• 如果需要支持一種新的硬件設備，那么只需要實現一個新的后端
• 優化階段是一個通用的階段，它針對的是統一的LLVM IR，不論是支持新的編程語言還是支持新的硬件設備，都不需要對優化階段做修改
• 相比之下，GCC的前端和后端沒分得太開，前端后端耦合在了一起。所以GCC為了支持一門新的語言，或者為了支持一個新的目標平臺，就 變得特別困難
• LLVM現在被作為實現各種靜態和運行時編譯語言的通用基礎結構(GCC家族、Java、.NET、Python、Ruby、Scheme、Haskell、D等)

Clang

Clang是LLVM的一個子項目，基于LLVM架構的C/C++/Objective-C編譯器的前端

Clang對比GCC的優點

• 編譯速度快:在某些平臺上，Clang的編譯速度顯著的快過GCC(Debug模式下編譯OC速度比GGC快3倍)
• 占用內存小:Clang生成的AST所占用的內存是GCC的五分之一左右
• 模塊化設計:Clang采用基于庫的模塊化設計，易于 IDE 集成及其他用途的重用
• 診斷信息可讀性強:在編譯過程中，Clang 創建并保留了大量詳細的元數據 (metadata)，有利于調試和錯誤報告
• 設計清晰簡單，容易理解，易于擴展增強

LLVM整體架構，前端用的是clang，廣義的LLVM是指整個LLVM架構，一般狹義的LLVM指的是LLVM后端（包含代碼優化和目標代碼生成）。

源代碼（c/c++）經過clang–> 中間代碼(經過一系列的優化，優化用的是Pass) --> 機器碼

參考

深入淺出讓你理解什么是LLVM
https://www.jianshu.com/p/1367dad95445
編譯器常用優化方法
https://www.jianshu.com/p/0caa9cfd995a
你的for循環真的高效嗎
https://blog.csdn.net/zhengzhoudaxue2/article/details/6453366