为仓颉语言编译器增加新的目标平台的难点在哪里

仓颉语言编译器增加新目标平台的难点
最新推荐文章于 2025-11-04 23:17:17 发布
原创 最新推荐文章于 2025-11-04 23:17:17 发布 · 837 阅读 · 9 ·
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#编译器

引言

华为在 HDC 2025 主题演讲中承诺2025 年 7 月底之前仓颉编程语言正式开源。7月30日，仓颉编程语言正式开源，开源内容包括编译器、运行时和标准库等。现在可以从下面地址下载：

华为开源了其编译器以后，最先想到的就是能否为其增加对RISC-V或者龙芯等平台的支持。现阶段华为投在仓颉语言上资源非常有限，估计短时间内不会做这些工作。今天就分享一些本人的思考，由于本人对编译器并不了解，可能有些观点不正确，请批评指正。

编译器结构分析

仓颉编译器的整体框架及编译流程如下图展示：

仓颉编译器采用了LLVM架构，前端生成LLVMIR，然后用后端生成目标代码，并经过链接生成可执行文件。

运行时和标准库是基于C代码编写的，应该容易移植到新的目标平台。

下面是华为给出的Linux 环境， 每个组件依赖的构建工具和版本要求如下：

依赖构建工具cjccjdbruntimestdcjpmcjfmtlsphlestdx
python: >3.7✅✅✅✅✅✅✅✅✅
googletest: >=1.18✅✅✅✅✅✅✅✅✅
llvm: >=15.0.4 且 <16✅✅✅✅❌✅✅❌✅
binutils: >=2.38✅✅✅✅❌✅✅❌✅
gcc: >7.3.0✅✅✅✅❌✅✅❌✅
cmake: >=3.16.5 且 <4✅✅✅✅❌✅✅❌✅
ninja: >1.10✅✅✅✅❌✅✅❌✅
openssl: >3❌❌❌✅❌❌❌❌✅

所以重点应该是如何让llc生成目标平台的汇编代码。

中间代码分析

仓颉语言的编译器有个选项：

--save-temps <value>

该选项保留编译过程中生成的中间文件并保存至 <value> 路径下。编译器会保留编译过程中生成的 .bc, .o 等中间文件。

我尝试保存了中间结果，发现cjc把程序分成7个部分，最后再把7个.o文件合并成一个。

使用Trae.ai分析了一下代码，下面是它给出的分析结果：

根据 temp 目录下的所有汇编文件，以下是完整分析：

1. 0-test.s
  • 程序入口与初始化：包含 main 函数和运行时初始化逻辑
  • 包初始化：定义 _CGP7defaultiiHv 等包初始化函数
  • 运行时启动：调用 CJ_MRT_CjRuntimeInit 和 CJ_MRT_CjRuntimeStart 启动运行时环境
  • 安全机制：包含栈溢出检查和安全点处理
2. 1-test.s
  • 业务逻辑实现：定义 _CN7default4mainHvEL_E_20 核心业务函数
  • 字符串处理：使用 StringBuilder 构建字符串
  • 控制台输出：调用 _CNat7printlnHRNat6StringE 打印信息
  • 延迟操作：通过 _CNat5sleepHRNat8DurationE 实现休眠
  • 循环逻辑：包含条件判断和循环控制流
3. 2-test.s
  • 多线程管理：创建和管理线程，调用 CJ_MCC_NewCJThread
  • 异步操作：使用 Future 处理异步任务
  • 对象创建：通过 CJ_MCC_NewObjectFast 创建对象实例
  • 异常处理：包含 SpawnException 异常抛出逻辑
  • 并发控制：实现线程等待和同步机制
4. 3-test.s
  • 辅助函数：定义 _CCN7default4mainHvEL_E_20$g 辅助函数
  • 对象管理：处理对象字段赋值和引用
  • 内存分配：实现 CJ_MCC_NewObjectFast 内存分配函数
  • 栈映射：包含栈映射元数据，支持垃圾回收
5. 4-test.s
  • 用户入口：定义 user.main 用户主函数
  • 函数转发：调用 _CN7default6<main>Hv 函数
  • 异常表：包含 GCC 异常处理表
  • 元数据：提供方法描述和字符串池信息
6. 5-test.s
  • 入口函数：定义 _CCN7default4mainHvEL_E_20$i 入口函数
  • 栈管理：实现动态栈分配与溢出检查
  • 安全点处理：调用 CJ_MCC_HandleSafepoint 处理垃圾回收安全点
  • 异常框架：包含完整的 GCC 异常处理元数据
  • 元数据管理：提供栈映射和方法描述信息
7. 6-test.s
  • 元数据存储：定义 default_default_6.packageInfo 包信息结构
  • 反射支持：提供反射相关的字符串常量
  • 全局变量：声明 CJ_MCC_HandleSafepoint.CJStubGV 等全局变量
  • GC 标志：包含垃圾回收标志位
模块间关系与整体架构

这些文件构成一个完整的托管运行时系统，各模块关系如下：

  1. 启动流程：0-test.s → 4-test.s → 2-test.s/5-test.s
  2. 核心逻辑：1-test.s 实现业务功能，3-test.s 提供辅助
  3. 运行时支持：5-test.s 处理入口与安全机制，6-test.s 提供元数据
  4. 跨文件调用：通过 PLT 机制实现函数间相互调用（如 5-test.s 调用 1-test.s 中的函数）

整体架构呈现分层设计，从运行时初始化、业务逻辑实现到多线程支持，形成了一个功能完善的程序执行环境。

尝试代码生成

我先尝试使用llc（LLVM 静态编译器）将.bc文件编译为 RISC-V 架构的汇编代码：

test@ERAZE-UHYFLAFVU:/mnt/d/cangjie/temp$ llc -march=riscv64 -filetype=asm 0-test.bc -o 0-test-rv.s
LLVM ERROR: unsupported GC: cangjie
PLEASE submit a bug report to https://github.com/llvm/llvm-project/issues/ and include the crash backtrace.
Stack dump:
0.      Program arguments: llc -march=riscv64 -filetype=asm 0-test.bc -o 0-test-rv.s
 #0 0x0000751f0903fd01 llvm::sys::PrintStackTrace(llvm::raw_ostream&, int) (/lib/x86_64-linux-gnu/libLLVM-14.so.1+0xe3fd01)
 #1 0x0000751f0903da3e llvm::sys::RunSignalHandlers() (/lib/x86_64-linux-gnu/libLLVM-14.so.1+0xe3da3e)
 #2 0x0000751f09040236 (/lib/x86_64-linux-gnu/libLLVM-14.so.1+0xe40236)
 #3 0x0000751f07a42520 (/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6+0x42520)
 #4 0x0000751f07a969fc __pthread_kill_implementation ./nptl/./nptl/pthread_kill.c:44:76
 #5 0x0000751f07a969fc __pthread_kill_internal ./nptl/./nptl/pthread_kill.c:78:10
 #6 0x0000751f07a969fc pthread_kill ./nptl/./nptl/pthread_kill.c:89:10
 #7 0x0000751f07a42476 gsignal ./signal/../sysdeps/posix/raise.c:27:6
 #8 0x0000751f07a287f3 abort ./stdlib/./stdlib/abort.c:81:7
 #9 0x0000751f08f7a723 (/lib/x86_64-linux-gnu/libLLVM-14.so.1+0xd7a723)
#10 0x0000751f08f7a74e (/lib/x86_64-linux-gnu/libLLVM-14.so.1+0xd7a74e)
#11 0x0000751f09143128 llvm::getGCStrategy(llvm::StringRef) (/lib/x86_64-linux-gnu/libLLVM-14.so.1+0xf43128)
#12 0x0000751f092c2c30 llvm::GCModuleInfo::getGCStrategy(llvm::StringRef) (/lib/x86_64-linux-gnu/libLLVM-14.so.1+0x10c2c30)
#13 0x0000751f092c2ab3 llvm::GCModuleInfo::getFunctionInfo(llvm::Function const&) (/lib/x86_64-linux-gnu/libLLVM-14.so.1+0x10c2ab3)
#14 0x0000751f092c48e3 (/lib/x86_64-linux-gnu/libLLVM-14.so.1+0x10c48e3)
#15 0x0000751f091819e1 llvm::FPPassManager::doInitialization(llvm::Module&) (/lib/x86_64-linux-gnu/libLLVM-14.so.1+0xf819e1)
#16 0x0000751f0917a831 llvm::legacy::PassManagerImpl::run(llvm::Module&) (/lib/x86_64-linux-gnu/libLLVM-14.so.1+0xf7a831)
#17 0x0000000000410223 main (/usr/lib/llvm-14/bin/llc+0x410223)
#18 0x0000751f07a29d90 __libc_start_call_main ./csu/../sysdeps/nptl/libc_start_call_main.h:58:16
#19 0x0000751f07a29e40 call_init ./csu/../csu/libc-start.c:128:20
#20 0x0000751f07a29e40 __libc_start_main ./csu/../csu/libc-start.c:379:5
#21 0x000000000040b065 _start (/usr/lib/llvm-14/bin/llc+0x40b065)
Aborted (core dumped)

很不幸，程序报告错误了：LLVM ERROR: unsupported GC: cangjie。从错误信息来看，问题出在 LLVM IR 中使用了名为cangjie的垃圾回收（GC）策略，而当前的 LLVM 工具链（llc）不支持这种 GC 策略，导致编译失败。但 LLVM 默认只支持几种标准 GC 策略（如none、shadow-stack、statepoint-example等），不认识cangjie这个自定义 GC 策略。

我尝试现将.bc转换为.ll：

llvm-dis 0-test.bc -o 0-test.ll

在.ll中可以看到下面这样的语句:

define i32 @"cj_entry$"() gc "cangjie" personality i32 (...)* @"__cj_personality_v0$" {
allocas:
  %0 = alloca %Unit.Type, align 8
  %1 = alloca %Unit.Type, align 8
  %2 = alloca %Unit.Type, align 8
  %3 = alloca %Unit.Type, align 8
  %4 = alloca %Unit.Type, align 8
  %5 = alloca %Unit.Type, align 8
  %6 = alloca %Unit.Type, align 8
  br label %entry

如何让LLVM支持cangjie这个自定义GC策略，超出了我现有的知识，有待后续了解。

华为提供了一个fork版本的LLVM：项目首页 - llvm-project:LLVM 项目是一个模块化、可复用的编译器及工具链技术的集合。此fork用于添加仓颉编译器的功能，并支持仓颉编译器项目。 - GitCode

这个版本修改了哪些地方暂时未知，但猜测它可以支持类似的一些cangjie特有的功能。

结束语

目前看，将仓颉语言移植到其他目标平台上是有不小工作量的，特别是要解决llc支持cangjie GC这样的问题。这个问题留待今后分析。

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