LLVM 中的 C ABI

Question

我有一个使用LLVM编写的编译器，我想提高ABI兼容性。例如，在Windows x86或Linux上，我发现很难找到C ABI规范文档。而我找到的那些是用RAX/EAX等术语解释的，而不是我可以使用的IR术语。

到目前为止，我认为我已经弄清楚了LLVM如何隐式处理聚合-也就是说，它将聚合的成员视为每个独立的参数。因此，例如，在Windows x64上，如果我想像文档中所说那样处理聚合，则需要将其强制转换为该大小的单个整数，如果为8、16、32或64位。否则，通过指针传递。

对于Windows x86，似乎__cdecl和__stdcall不需要我采取任何行动，因为所有参数都在堆栈上传递。__fastcall表示前两个32位或更小的参数是寄存器传递的，因此我需要将这个大小或更小的聚合强制转换。__thiscall将此值传递到寄存器中，其余部分在堆栈上，因此似乎我不需要在这里执行任何调整。

对于__vectorcall，通过整数强制转换传递不超过sizeof(void*)的聚合。对于其他聚合，如果它们是HVA，则通过值传递；否则在x86上通过值传递或在x64上通过指针传递。

这似乎很简单（相对而言），但是LLVM文档中的sext清楚地说明：“这表示代码生成器应该按照目标ABI（通常为32位）的要求，由调用者（对于参数）或被调用者（对于返回值）将参数或返回值符号扩展到所需的程度。”。 Microsoft页面中的x86调用约定没有提到任何内容需要扩展到任何宽度。

我观察了Clang生成的LLVM IR，在Windows上生成了byval属性。从上面获得的理解从未要求使用byval。

我如何将各种平台的C ABI降低到LLVM IR？

- Puppy

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在 LLVM IR 中，在调用之前，_不需要_显式地将变量放入寄存器或栈中。相反，您可以使用多种调用约定来注释 LLVM IR 调用和函数。请参阅http://www.llvm.org/docs/LangRef.html#calling-conventions - Iwillnotexist Idonotexist

是的，但这些还不足以满足目标 C ABI。你必须自己处理。因此才有这个问题。 - Puppy

你试过使用 inreg 参数属性了吗？ - Iwillnotexist Idonotexist

我没有看到Clang生成inreg，所以我选择“那不是必要的”。 - Puppy

此外，考虑到这里存在大量未定义的行为，“试一试”并不是一个可行的态度。我已经尝试过了，但由于完全错误的理解，它似乎至少有一半的时间可以工作。如果你违反ABI，也不会像得到明确的LLVM错误那样清晰明了。 - Puppy

Answer 1

我不能百分之百地理解你的问题，但值得注意的是，LLVM IR无法表示平台ABI的所有微妙差别。因此，在Clang工具链中，前端负责执行ABI降级，例如正确地通过值将对象传递给函数等。

请查看Clang源代码树中的lib/Basic/Targets.cpp以获取定义。详细信息在lib/CodeGen/TargetInfo.cpp中。

- Eli Bendersky

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如果我的问题不够清晰，我向您道歉。我已经明白了我需要作为前端来调用C函数的部分。我想知道的是如何处理它-也就是说，如果我有一个给定的C原型，我该如何将其降低到LLVM IR？我会查看那些文件。 - Puppy

我正在尝试:P 你说得很对，这确实不是一件简单的事情。这里有相当大量的代码，其中很多都是针对Clang的，因此很难将真正与ABI相关的部分分离出来。 - Puppy

我观察到的另一件事是，Clang经常表现出完全不符合我发现的ABI规范的行为，因此遵循Clang感觉就像在黑暗中盲目行动。 - Puppy

抱歉。我的真正意思是，我坐在那里盯着代码看了好几个小时，但它对我来说毫无意义。仅仅试图匹配Clang的做法让我感觉自己并不真正理解正在发生的事情或原因，而且我也不知道最终的代码是否正确。 - Puppy

那么每种以LLVM为目标的语言都需要重新实现所有这些代码来获得良好的C交互性，是吗？ - user519179

Answer 2

我最终通过对Clang的CodeGen内部进行了一些修改来为我执行C ABI调用（C++ ABI支持已经完成）。因此，我不需要重新实现（和重新测试）他们的代码，而是简单地重新使用了他们的工作。官方上来说，CodeGen APIs并没有公开，并且也不应该被任何人使用，但在这种情况下，我成功让它起作用。结果发现，它比看起来要简单得多——像LValue / RValue / ReturnValueSlot等许多类只是在llvm :: Value *上包装了几个额外的可选语义。

更具问题性的是从C ABI到我的ABI创建跳板。 CodeGenFunction接口似乎不太适合这样做。但我认为我可以让它工作。

- Puppy