中间表示

相关源文件

• include/swift/AST/Expr.h
• include/swift/AST/ExprNodes.def
• include/swift/AST/ProtocolAssociations.h
• include/swift/IRGen/Linking.h
• include/swift/SIL/SILDeclRef.h
• include/swift/SIL/SILWitnessVisitor.h
• lib/AST/ASTDumper.cpp
• lib/AST/ASTWalker.cpp
• lib/AST/Expr.cpp
• lib/IRGen/CallEmission.h
• lib/IRGen/Callee.h
• lib/IRGen/GenArchetype.h
• lib/IRGen/GenCall.cpp
• lib/IRGen/GenCall.h
• lib/IRGen/GenDecl.cpp
• lib/IRGen/GenFunc.cpp
• lib/IRGen/GenMeta.cpp
• lib/IRGen/GenPointerAuth.cpp
• lib/IRGen/GenPointerAuth.h
• lib/IRGen/GenProto.cpp
• lib/IRGen/GenProto.h
• lib/IRGen/GenReflection.cpp
• lib/IRGen/GenThunk.cpp
• lib/IRGen/IRGenFunction.h
• lib/IRGen/IRGenModule.cpp
• lib/IRGen/IRGenModule.h
• lib/IRGen/IRGenSIL.cpp
• lib/IRGen/Linking.cpp
• lib/IRGen/MetadataRequest.cpp
• lib/IRGen/NativeConventionSchema.h
• lib/IRGen/ProtocolInfo.h
• lib/SIL/IR/SILDeclRef.cpp
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• lib/SILGen/ManagedValue.cpp
• lib/SILGen/ManagedValue.h
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• lib/SILGen/ResultPlan.cpp
• lib/SILGen/ResultPlan.h
• lib/SILGen/SILGen.cpp
• lib/SILGen/SILGen.h
• lib/SILGen/SILGenApply.cpp
• lib/SILGen/SILGenBridging.cpp
• lib/SILGen/SILGenBuilder.cpp
• lib/SILGen/SILGenBuilder.h
• lib/SILGen/SILGenConstructor.cpp
• lib/SILGen/SILGenDecl.cpp
• lib/SILGen/SILGenDestructor.cpp
• lib/SILGen/SILGenExpr.cpp
• lib/SILGen/SILGenFunction.cpp
• lib/SILGen/SILGenFunction.h
• lib/SILGen/SILGenLValue.cpp
• lib/SILGen/SILGenPattern.cpp
• lib/SILGen/SILGenPoly.cpp
• lib/SILGen/SILGenProlog.cpp
• lib/SILGen/SILGenThunk.cpp
• lib/SILGen/SILGenType.cpp
• test/DebugInfo/captures.swift
• test/IRGen/typed_throws.sil
• test/IRGen/typed_throws.swift
• test/IRGen/typed_throws_thunks.swift
• test/Interpreter/Inputs/variadic_generic_library.swift
• test/Interpreter/import_parameter_pack_library.swift
• test/SILGen/inline_array_stored_properties.swift
• test/SILGen/objc_async.swift
• test/SILGen/objc_async_from_swift.swift
• test/SILGen/variadic-generic-vanishing-tuples.swift
• validation-test/SILGen/rdar119732084.swift

本页面提供了 Swift 编译器中使用的中间表示 (IRs) 的技术概述。这些 IRs 作为 Swift 源代码和机器代码之间的桥梁，在整个编译过程中实现各种优化和转换。

有关编译器整体架构的信息，请参阅 Swift 编译器概述。

Swift 编译管线概述

Swift 编译器会经历多个阶段，前端和后端之间有两个主要的中间表示

来源：lib/IRGen/IRGenSIL.cpp1-15 lib/SILGen/SILGen.cpp1-19

Swift 中间语言 (SIL)

SIL 是 Swift 主要的高级中间表示，专门设计用于表示类型检查后的 Swift 代码，直至平台特定的代码生成。

SIL 的目的

Swift 中间语言 serve several critical purposes

1. 语义分析：为 AST 的初始代码生成提供合适的 target
2. 优化：为 Swift 特定的优化提供平台无关的表示
3. ARC 管理：显式表示内存管理操作（保留/释放）
4. 所有权语义：捕获 Swift 的所有权模型
5. 可调试性：保留足够的高级结构以供调试信息使用

SIL 结构

来源：lib/SILGen/SILGenFunction.h380-670 lib/SILGen/SILGen.cpp50-75

SIL 值表示

SIL 在编译过程中使用几种抽象来表示值

1. RValue：表示一个已求值的表达式结果，可以使用但不能对其进行赋值
2. LValue：表示内存中的一个位置，可以对其进行赋值
3. ManagedValue：用所有权语义（拥有、借用等）包装一个 SILValue

来源：lib/SILGen/SILGenExpr.cpp67-419 lib/SILGen/SILGenLValue.cpp45-65

SIL 生成

SIL 通过 SILGenFunction 和 SILGenModule 类从 AST 生成，这些类会遍历 AST 并发出适当的 SIL 指令。

来源：lib/SILGen/SILGenFunction.cpp52-54 lib/SILGen/SILGenApply.cpp249-276

LLVM IR 生成

LLVM IR 是 Swift 编译器使用的第二个主要中间表示。它是一个更低级别的表示，通过 LLVM 基础架构将 SIL 连接到机器代码。

LLVM IR 结构

来源：lib/IRGen/IRGenModule.h129-200 lib/IRGen/IRGenModule.cpp233-250

IR 生成过程

从 SIL 到 LLVM IR 的转换由 IRGenModule 和 IRGenFunction 类处理。将 SIL 翻译成 LLVM IR 的关键类是 IRGenSILFunction。

来源：lib/IRGen/IRGenSIL.cpp120-155 lib/IRGen/IRGenSIL.cpp387-390

LoweredValue 类

LoweredValue 类是 SIL 转换为 LLVM IR 的关键组件，表示一个 SIL 值在被降级到 LLVM IR 后的样子。

来源：lib/IRGen/IRGenSIL.cpp153-371

SIL 到 LLVM IR 的转换

从 SIL 到 LLVM IR 的转换涉及几个复杂的步骤

1. 类型降级

Swift 类型必须转换为 LLVM 类型，这涉及到

• 处理所有权语义
• 管理间接 vs. 直接值传递
• 处理存在性容器
• 生成元数据结构

来源：lib/IRGen/GenType.cpp lib/IRGen/IRGenModule.cpp233-250

2. 函数转换

SIL 函数被转换为 LLVM 函数，这涉及到

• 转换函数类型
• 设置参数和返回值
• 管理调用约定
• 创建函数体

来源：lib/IRGen/GenFunc.cpp lib/IRGen/GenCall.cpp377-401

3. 指令访问者模式

IRGenSILFunction 类使用访问者模式来遍历 SIL 指令并发出相应的 LLVM IR。

来源：lib/IRGen/IRGenSIL.cpp387-427

4. 值降级

SIL 值使用 LoweredValue 抽象进行降级，它可以表示各种类型的值

来源：lib/IRGen/IRGenSIL.cpp469-615

元数据和运行时支持

Swift 的 IR 生成包含大量用于生成元数据和运行时支持的代码

类型元数据

类型元数据对于 Swift 的运行时功能（如反射、动态转换和泛型实例化）至关重要。

来源：lib/IRGen/GenMeta.cpp144-179

协议一致性

Swift 生成 witness 表来表示协议一致性

来源：lib/IRGen/GenProto.cpp95-170

异步函数和协程

Swift 使用协程来实现 async/await，这些协程同时在 SIL 和 LLVM IR 中表示

来源：lib/IRGen/GenCall.cpp100-168

结论

Swift 编译器利用两种主要的中间表示——SIL 和 LLVM IR——来弥合 Swift 源代码和机器代码之间的差距。SIL 提供了一个 Swift 特定的表示，它捕获所有权语义并启用 Swift 特定的优化，而 LLVM IR 提供了一个利用 LLVM 成熟的优化和代码生成基础设施的途径。

这些表示能够支持从ARC内存管理到泛型特化再到协议见证分派等各种编译时和运行时特性。

这些表示之间的转换由IRGenSILFunction等专门组件处理，它们在更高级别的Swift抽象和更低级别的LLVM构造之间进行映射，在暴露优化机会的同时保持语义。