LLVM7 Compiler

C言語で書かれた、LLVM IR を出力する C コンパイラです。 セルフホスト (Self-hosting) を達成しており、自分のソースコードをコンパイルして動作するバイナリを生成できます。

特徴

• C Compiler Frontend: C言語のサブセットをサポートし、LLVM IR (.ll) を生成します。
• Self-Hosting: llvm7 コンパイラ自身を用いて、llvm7 のソースコードをコンパイル可能です (Stage 2)。
• LLVM Backend: 生成された LLVM IR は llc や clang を用いてネイティブバイナリに変換・リンクされます。

必要要件

• C コンパイラ (clang 推奨)
• LLVM (llvm-config コマンドが使えること)
• Make

ビルド方法

Stage 1: ホストコンパイラによるビルド

システム標準のコンパイラ (clang/gcc) を使って llvm7 をビルドします。

make

これにより build/llvm7 が生成されます。

Stage 2: セルフホストビルド

Stage 1 で生成された build/llvm7 を使って、コンパイラ自身のソースコードをコンパイルします。

make selfhost

これにより以下の処理が行われます。

1. src/*.c を build/llvm7 でコンパイルし、LLVM IR (selfhost/build/*.ll) を生成
2. 生成された IR をリンクして build/llvm7_selfhost を生成

実行方法

./build/llvm7 input.c [-o output.ll]

生成した LLVM IR は以下のように実行ファイルに変換できます。

# LLVM IR の生成
./build/llvm7 test.c -o test.ll

# アセンブルとリンク (システムにより異なります)
llc test.ll -o test.s
clang test.s -o test
./test

デモコードをIR→バイナリ化して試す

demo/example01.c などのサンプルは build/llvm7 で直接 IR に変換し、llc + clang でバイナリ化できます。以下が典型的なワークフローです。

# IR を生成（出力ファイルは `demo/example01.ll`）
./build/llvm7 demo/example01.c -o demo/example01.ll

# llc でアセンブル、clang でリンク
llc demo/example01.ll -o demo/example01.s
clang demo/example01.s -o demo/example01

# 実行例（終了コード 4 が期待値）
./demo/example01
echo $?

example01〜example09 には期待される終了コードがあるため、make selfhost_demo_check を使えばセルフホストバイナリで IR 生成から実行→コード一致まで自動的に確認できます。

注意：#include があるソースは事前にプリプロセスする

llvm7 本体にはプリプロセッサがないため、#include や #define を含むファイル（例：demo/example10.c）をそのまま実行すると lex error: Invalid character '#' で止まり、最悪セグフォルトに至ります。 clang -E や gcc -E でソースを .i に展開した後、その .i を入力してください。たとえば：

clang -Iselfhost/include -E -P demo/example10.c -o demo/example10.i
./build/llvm7 demo/example10.i -o demo/example10.ll
llc demo/example10.ll -o demo/example10.s
clang demo/example10.s -o demo/example10
./demo/example10

展開後の .i では stdio.h などの宣言も文字列として含まれるので、selfhost/include にある最小限のヘッダで処理できます。

stdio の例

セルフホスト環境は stdio.h や printf 宣言を selfhost/include/stdio.h などに用意しているので、demo/stdio.c のように printf を呼ぶコードも試せます。

#include <stdio.h>

int main() {
    printf("answer=%d\n", 11);
    return 11;
}

これをコンパイルして実行するには：

clang -Iselfhost/include -E -P demo/stdio.c -o demo/stdio.i
./build/llvm7 demo/stdio.i -o demo/stdio.ll
llc demo/stdio.ll -o demo/stdio.s
clang demo/stdio.s -o demo/stdio -lc
./demo/stdio

printf の宣言が足りない場合は selfhost/include/stdio.h を必要な関数で拡張してください。

サポートされている C の機能

• int/char 型のスカラーと、ポインタ・配列・構造体・列挙型の定義・代入・読み出し。
• グローバル変数とローカル変数。ローカルはスタックに alloca し、初期化式は = または配列リテラルで記述可。
• 制御構文: if、else、while、for、return、break、continue。入れ子構造とブロック {} に対応。
• 関数定義と呼び出し。引数は先頭にリスト状に集まる。可変長引数 (...) と外部関数の宣言・呼び出しも一部サポート。
• ポインタ演算 (+/-) や */& 演算子、配列のインデックス、構造体のメンバ (./->)。
• typedef による型エイリアス、struct/enum タグ、列挙子の解決。
• 文字列リテラル・文字リテラルのエスケープ処理、行コメント // とブロックコメント /* ... */。
• 単純なプリプロセッサなし。ただし clang -E で preprocessing した .i ファイルをそのまま入力できます。

サポートされていない C の機能

• union、ビットフィールド、複雑なプリプロセッサディレクティブ（#ifdef/#elif を含むマクロ展開）は未実装。またプリプロセッサ本体を持たないため、#include/#define を含むソースは事前に clang -E で展開してください。
• long double や浮動小数点 (float/double) 型はサポートしていません。
• goto、構造体の未名前付きメンバ、関数ポインタの複雑なキャストや呼び出しなど高度な制御構造は不完全です。
• 標準ライブラリのヘッダ全体は含まれず、必要なら selfhost/include 以下のミニマルな宣言を使って手動で補ってください。