llvm-ir-and-passes

LLVM IR とパス

目的

LLVM IR（SSA、型、ターミネーター）を読み解く方法、標準パスパイプラインのたどり方、調査に opt／llvm-dis を使用する方法をエージェントに教えます。skills/compilers/llvm（ツールチェーン）および skills/compiler-internals/llvm-passes（プラグインの作成）を補完するものであり、統合はしません。

使用する場面

• 生成された IR で -O2 によって何が変更されたかを把握するとき
• Clang のバージョン間で発生する誤コンパイルを切り分けるとき
• カスタムパスの作成に取りかかるとき
• まだ C++ パスを書かずに、SSA と支配関係を教えるとき

ワークフロー

1. LLVM IR の構造

; Function in SSA form
define i32 @add(i32 %a, i32 %b) {
entry:
  %sum = add i32 %a, %b
  ret i32 %sum
}

主な概念：基本ブロック、合流点の PHI ノード、型付きの値（i32、ptr、ベクトル）。

2. Clang から IR を出力する

clang -S -emit-llvm -O0 -o foo.ll foo.c
clang -c -emit-llvm -O2 -o foo.bc foo.c
llvm-dis foo.bc -o foo.ll

3. 標準の最適化パイプライン（New PM）

Clang の -O2 では、おおむね次の処理が実行されます。

SimplifyCFG → InstCombine → GVN → LICM → LoopVectorize → ...

次のコマンドで調査できます。

opt -passes='default<O2>' -S foo.ll -o foo-opt.ll
opt -passes='default<O2>' -print-passes foo.ll 2>&1 | head

4. 便利な解析パス

パス	表示内容
-passes=print<domtree>	支配木
-passes=print<loops>	ループのネスト
-passes=print-alias-sets	エイリアスセット

opt -passes='print<domtree>' -disable-output foo.ll

5. PHI と UB を読み解く

merge:
  %v = phi i32 [ %a, %then ], [ %b, %else ]

IR の undef と poison は LLVM の poison セマンティクスをモデル化したもので、C の UB とは異なりますが、関連しています。

6. 最適化前後を比較する

opt -passes='instcombine,simplifycfg' -S foo.ll -o - | diff -u foo.ll -

7. エージェントでの使用

/llvm-ir-and-passes Explain this PHI node and which pass likely created it

よくある問題

症状	原因	修正
パスが見つからない	LLVM のバージョン変更による名称変更	使用するビルドで opt --print-passes を実行する
IR が一致しない	LLVM のメジャーバージョンが異なる	clang／opt のバージョンをそろえる
「optnone」によって最適化がブロックされる	-O0 属性	-O1+ でコンパイルする
IR が巨大になる	インライン化されたヘッダー	-fno-discard-value-names をオフにし、関数で絞り込む
パイプラインが誤っている	Legacy と NPM の違い	-passes= 構文を使う

関連スキル

• skills/compilers/llvm — ツールチェーンの概要
• skills/compiler-internals/llvm-passes — PassPlugins の作成
• skills/compiler-internals/compiler-optimizations-deep — RA と ISel
• skills/compiler-internals/compiler-frontend — IR の生成
• skills/rust/rustc-basics — rustc --emit=llvm-ir