MacOS使用clang

clang是编译器前端，用来做预处理，词法分析，语法分析，它可以把结果转换为抽象语法树AST，然后交给LLVM编译器后端，最终生成可执行程序。

代码的编译过程可以分为预处理，词法分析，语法分析，语义分析，目标代码，链接，生成可执行程序，本文在MacOS平台结合clang命令完成一段C++代码的编译。

新建一个文件main.cpp，写入C++代码。

#include <iostream>

#define STR "Hello world"

int main(int argc, const char * argv[]) {
    
    
    std::string a = STR;
    std::cout << a << std::endl;
    return 0;
}

我们先使用clang命令查看这个段代码的编译过程，由于代码是C++，需要使用clang++

clang++ -ccc-print-phases main.cpp

终端输出了信息

               +- 0: input, "main.cpp", c++
            +- 1: preprocessor, {
    
    0}, c++-cpp-output
         +- 2: compiler, {
    
    1}, ir
      +- 3: backend, {
    
    2}, assembler
   +- 4: assembler, {
    
    3}, object
+- 5: linker, {
    
    4}, image
6: bind-arch, "x86_64", {
    
    5}, image

input指的是输入源码文件，preprocessor是预处理，compiler是编译器前端，compiler做词法分析，语法分析，语义分析。随后backend生成汇编，生成目标文件。linker是链接，生成image。最后bind-arch处理架构信息，生成架构相关的image文件。

1.查看preprocessor预处理过程

clang++ -E main.cpp -o main.i

生成的main.i文件很长，滑动到底部可以看到源码部分

int main(int argc, const char * argv[]) {
    
    
    std::string a = "Hello world";
    std::cout << a << std::endl;
    return 0;
}

可以看到预处理阶段，宏定义被展开，代码部分还未处理。

2.查看词法分析

clang++ -fmodules -E -Xclang -dump-tokens main.cpp

生成的词法分析结果很长，这里仅截取一小段

identifier 'std'	 [StartOfLine] [LeadingSpace]	Loc=<main.cpp:14:5>
coloncolon '::'		Loc=<main.cpp:14:8>
identifier 'cout'		Loc=<main.cpp:14:10>
lessless '<<'	 [LeadingSpace]	Loc=<main.cpp:14:15>
identifier 'a'	 [LeadingSpace]	Loc=<main.cpp:14:18>
lessless '<<'	 [LeadingSpace]	Loc=<main.cpp:14:20>
identifier 'std'	 [LeadingSpace]	Loc=<main.cpp:14:23>
coloncolon '::'		Loc=<main.cpp:14:26>
identifier 'endl'		Loc=<main.cpp:14:28>
semi ';'		Loc=<main.cpp:14:32>
return 'return'	 [StartOfLine] [LeadingSpace]	Loc=<main.cpp:15:5>
numeric_constant '0'	 [LeadingSpace]	Loc=<main.cpp:15:12>
semi ';'		Loc=<main.cpp:15:13>
r_brace '}'	 [StartOfLine]	Loc=<main.cpp:16:1>
eof ''		Loc=<main.cpp:16:2>

词法分析就是对源码进行解析，生成一个个token，从结果看std,::,cout,a等符号都被识别出来。左侧是token的类型，比如identifier标识符，semi分号，eof是文件末尾。右侧记录了每个符号在源码的中行号列号。

3.语法分析

clang++ -fmodules -fsyntax-only -Xclang -ast-dump main.cpp

4.语义分析

clang++ -S -emit-llvm main.cpp

当前目录会生成main.ll语法分析文件

5.汇编文件

clang++ -S main.cpp

当前目录会生成main.s的汇编文件

6.生成目标文件

clang++ -c main.s

当前目录会生成main.o目标文件，这个文件是二进制形式的。

7.生成可执行文件

 clang++  main.cpp -o main

当前目录生成main文件，在命令行中执行./main 即可运行程序，输出Hello world

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