如何使用LLVM新PassManager API生成机器码？

完全可以用LLVM新API和特化版PassManager实现机器码生成，新PassManager框架已经对后端机器码生成流程提供了完整支持，以下是具体实现思路和要点：

• 版本要求：确保使用LLVM 13及以上版本，这个版本之后新PassManager对后端机器函数优化的支持趋于完善，特化的llvm::PassManager<llvm::MachineFunction>等类型可以直接用于机器级Pass的管理。

• 核心实现流程：

  1. IR预处理：先通过新的llvm::ModulePassManager完成LLVM IR的前端优化（比如死代码消除、循环优化等），得到优化后的IR模块。
  2. 目标机器初始化：根据目标架构（比如x86-64、ARM）创建llvm::TargetMachine实例，指定CPU型号、指令集特征等参数。
  3. 后端PassManager配置：初始化特化的llvm::PassManager<llvm::MachineFunction>，通过TargetMachine的接口添加机器级优化Pass，比如指令选择、寄存器分配、指令调度、代码生成等关键Pass。
  4. 触发机器码生成：调用TargetMachine的addPassesToEmitFile或addPassesToEmitMC方法，将配置好的PassManager与输出流绑定，运行PassManager后即可生成目标文件（.o）或汇编代码。

• 关键代码示例：

  // 假设已构建好LLVM Module实例M
  std::string ErrorMsg;
  const llvm::Target *Target = llvm::TargetRegistry::lookupTarget("x86_64-unknown-linux-gnu", ErrorMsg);
  if (!Target) {
      // 处理目标查找失败错误
      return 1;
  }
  
  // 初始化目标机器
  std::unique_ptr<llvm::TargetMachine> TM(
      Target->createTargetMachine(
          "x86_64-unknown-linux-gnu", "generic", "", llvm::TargetOptions(), llvm::Reloc::PIC_
      )
  );
  
  // 配置IR级PassManager（可选，做IR优化）
  llvm::ModulePassManager MPM;
  llvm::AnalysisManager<llvm::Module> AM;
  // 添加IR优化Pass，比如O2级别的优化
  llvm::PassBuilder PB;
  PB.buildO2Pipeline(MPM, AM);
  // 运行IR优化
  MPM.run(M, AM);
  
  // 配置机器级PassManager
  llvm::PassManager<llvm::MachineFunction> MachinePM;
  llvm::raw_fd_ostream OutFile("output.o", ErrorMsg, llvm::sys::fs::OF_None);
  if (ErrorMsg.empty()) {
      // 添加机器码生成相关Pass并绑定输出
      TM->addPassesToEmitFile(MachinePM, OutFile, nullptr, llvm::CGFT_ObjectFile);
      // 转换IR为MachineFunction并运行机器级Pass
      // 这里需要通过TargetMachine的接口完成IR到MachineFunction的转换，再执行PassManager
      // 省略具体转换细节，可参考LLVM源码中的实现逻辑
  }
  

• 注意事项：

  • 新PassManager与旧版legacy PassManager完全不兼容，不要在同一流程中混合使用两者的API。
  • 部分后端特定的Pass可能仍在迭代中，建议查看对应LLVM版本的官方文档或源码注释，确认Pass的可用性。
  • 可以参考LLVM官方工具llvm-lto或opt的源码实现，它们已经采用新PassManager处理后端代码生成逻辑，能提供更具体的参考。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Matthew Cornell