从C++类创建LLVM字节码

Question

我正在使用LLVM编写特定目的语言的编译器。我想为一个已经用C++编写的库添加绑定。我的想法是使用clang -emit-llvm -S abc.c将库编译为LLVM字节码，并在编译期间链接它。这对于像下面这样的代码非常有效：

// lib.c
int f() {
    return 123;
}

但是图书馆的某些部分写得像

// A.cc
class A {
    public:
        int f() { return 123; }
};

这会导致空的字节码文件。我知道可以通过分离实现来解决这个问题：

// A.cc
class A {
    public:
        int f();
};

int A::f() {
    return 123;
}

但是这将是许多枯燥无味的工作。有没有办法从我的库源代码中创建有用的字节码？或者有其他方法使该库在我的编译器中可用?

- Thomas Schaub

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你的第一个例子是源文件，而第二个是头文件。也许这就是问题所在？你尝试过将所有头文件包含在某个虚拟源文件中并编译吗？ - Björn Pollex

@Space_C0wb0y：实际上这两者之间没有任何区别，它们都会被处理并编译成结果。 - Arafangion

你是对的Space_c0wb0y，如果我编译.hpp文件，我会得到一个预处理头文件（我想这有点糟糕）。然而，如果我把代码放在一个名为A.cc的文件中，clang就会产生所描述的输出。我会修改这个例子。 - Thomas Schaub

Answer 1

你可以查看clang是否尊重显式模板实例化的外部链接性。这可能适用于非模板，但对于模板，你可以“强制”它工作。

简单概述： lib1.h

template <typename T=int>
struct ATemplate { T f() { return 123; } };

添加一个文件lib1_instantiate.cpp

。

#include "lib1.h"
template struct ATemplate<int>;
template struct ATemplate<unsigned int>;
template struct ATemplate<long>; // etc.

这应该实例化具有外部链接的命名模板。

如果您使用的是非模板类，并且上述方法对其无效，则可以进行如下包装：

instantiate.cpp:

namespace hidden_details
{
    template <class libtype> struct instantiator : public libtype 
    // derives... just do something that requires a complete type (not a forward!)
    { };
}

template struct hidden_details::instantiator<A>;

如果你不幸的话，你需要“使用”这些内联成员来获得外部链接。一个常见的技巧是使用这些成员的地址（你不需要实现委托的东西）：

instantiate.cpp：

static void force_use_A()
{
    void* unused = (void*) &A::f;
}

然而

1. 将其转换为(void*)会导致未定义行为（在gcc上无法使用-pedantic -Werror编译此代码）
2. 对于重载函数，您需要指定丑陋的转换来消除歧义

希望能够帮到你

- sehe

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第一个版本运行良好，但是为什么你要实例化A三次？ - Thomas Schaub

不知道你所说的第一个版本是什么意思。此外，我实例化了三个不同的模板实例；它们是不同的！关键是，我的第一个示例与你问题中的A结构不同；我想演示如何使用模板类完成它。（在我的答案中将使用不同的结构名称进行消歧义） - sehe

我所说的第一个版本是指第一种选择（即具有模板实例化的那个）。你的结构体的新名称澄清了事情，我原以为你所做的是对我的示例进行精确翻译。谢谢！ - Thomas Schaub

Answer 2

一个替代方案是，如果只想使用几个库函数：为你使用的一切创建一个包装器。

// wrapper.cc
A* A_create() {
    return new A();
}

// and so on

这样你就不必修改你的库，但肯定需要多打一些字。

- Thomas Schaub