如何检查LLVM变量中存储的数据？——针对汇编转LLVM IR提升器的技术问询

问题描述 #

我正在构建一个将汇编代码转换为LLVM IR的提升器，现在需要找到可行的方法来检查LLVM变量中存储的数据。举个例子，我写了一段代码创建了一个dummy函数，里面只包含一个基本块：先为变量SRC分配内存，把立即数31存进去，再从内存加载到名为loaded的变量。我想确认%loaded变量的值确实是31，请问有什么办法可以做到？

示例C++代码 #

int main() {
 llvm::LLVMContext context;
 llvm::Type* type = llvm::Type::getVoidTy(context);
 Module* modu = new Module("test", context);
 modu->getOrInsertFunction("dummy",type);
 Function* dummy = modu->getFunction("dummy");
 BasicBlock* block = BasicBlock::Create(context, "entry", dummy);
 IRBuilder<> builder(block);
 llvm::Value* SRC = builder.CreateAlloca(Type::getInt32Ty(context), nullptr);
 llvm::Value* s = builder.CreateStore(llvm::ConstantInt::get(context, llvm::APInt(/*nbits*/32, 31, true)), SRC, /*isVolatile=*/false);
 llvm::Value* loaded = builder.CreateLoad(SRC, "loaded");
 builder.CreateRetVoid();
 PassManager <llvm::Module>PM;
 llvm::AnalysisManager <llvm::Module>AM;
 verifyFunction(*(modu->getFunction("dummy")), &llvm::errs());
 verifyModule(*modu, &llvm::errs());
 PassBuilder PB;
 PB.registerModuleAnalyses(AM);
 PM.addPass(PrintModulePass());
 PM.run(*modu, AM);
}

生成的LLVM IR输出 #

; ModuleID = 'test'
source_filename = "test"
define void @dummy() {
entry:
 %0 = alloca i32, align 4
 store i32 31, i32* %0, align 4
 %loaded = load i32, i32* %0, align 4
 ret void
}

解决方案 #

很高兴帮你解决这个问题！针对你想验证%loaded变量值的需求，有几种实用的方法，根据你的场景选择即可：

方法一：编写LLVM静态分析Pass（编译期验证） #

如果不需要运行程序，只想在编译期通过分析IR来验证值，编写一个自定义的分析Pass是最适合的。这个Pass可以遍历IR指令，追踪Load操作的来源，确认存储的值是否符合预期。

下面是一个简单的Pass示例，它会找到Load指令并检查对应的Store值：

#include "llvm/IR/Function.h"
#include "llvm/IR/Instructions.h"
#include "llvm/Passes/PassPlugin.h"
#include "llvm/Passes/PassManager.h"
#include "llvm/Analysis/LoopAnalysisManager.h"
#include "llvm/Analysis/CGSCCPassManager.h"

using namespace llvm;

struct ValueCheckerPass : public PassInfoMixin<ValueCheckerPass> {
  PreservedAnalyses run(Function &F, FunctionAnalysisManager &AM) {
    for (BasicBlock &BB : F) {
      for (Instruction &I : BB) {
        // 找到所有Load指令
        if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(&I)) {
          Value *ptrOperand = LI->getPointerOperand();
          // 遍历这个指针的所有使用者，查找对应的Store指令
          for (User *user : ptrOperand->users()) {
            if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(user)) {
              if (SI->getPointerOperand() == ptrOperand) {
                Value *storedVal = SI->getValueOperand();
                // 如果存储的是常量整数，直接读取值
                if (ConstantInt *constVal = dyn_cast<ConstantInt>(storedVal)) {
                  errs() << "找到Load指令: " << *LI << "\n";
                  errs() << "对应的存储值为: " << constVal->getSExtValue() << "\n";
                  // 这里添加验证逻辑，判断是否等于31
                  if (constVal->getSExtValue() == 31) {
                    errs() << "✅ 验证通过：%loaded的值确实是31\n";
                  }
                }
              }
            }
          }
        }
      }
    }
    return PreservedAnalyses::all();
  }

  static bool isRequired() { return true; }
};

// 注册Pass，方便opt工具调用
extern "C" LLVM_ATTRIBUTE_WEAK PassPluginLibraryInfo llvmGetPassPluginInfo() {
  return {
    LLVM_PLUGIN_API_VERSION, "ValueCheckerPass", "v0.1",
    [](PassBuilder &PB) {
      PB.registerPipelineParsingCallback(
        [](StringRef Name, FunctionPassManager &FPM, ArrayRef<PassBuilder::PipelineElement>) {
          if (Name == "value-checker") {
            FPM.addPass(ValueCheckerPass());
            return true;
          }
          return false;
        }
      );
    }
  };
}

使用方式：

1. 把这个Pass编译成动态库（比如libValueCheckerPass.so）。
2. 用你的代码生成LLVM IR的.bc文件。
3. 用opt工具运行Pass：opt -load-plugin libValueCheckerPass.so -passes="value-checker" test.bc -disable-output，就能看到验证结果。

方法二：通过LLVM解释器（lli）运行并打印值 #

如果可以运行生成的IR，这是最直接的验证方式。你只需要修改代码，添加打印loaded变量的指令，然后用lli运行IR即可。

修改你的代码，在builder.CreateRetVoid();之前添加：

// 添加打印指令
builder.CreatePrint(loaded);

重新生成IR后，用lli test.ll运行，终端会输出31，直观确认值的正确性。

方法三：使用LLDB调试（适合复杂场景） #

如果你的场景更复杂，需要调试整个流程，可以给变量添加调试信息，然后用LLDB加载生成的可执行文件，设置断点查看变量值。不过这种方法需要生成可执行文件，步骤稍多，但适合深入调试。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者hany erfan