表達式值的存儲

LLVM中基本數據類型及存儲類型

值是編譯器所需要處理的基本數據。它出現在各個角落，條件分支、表達式、返回語句。甚至是函數地址也可以被視作是值類型。

對于編譯器而言，最基本的值是整數和浮點。其他的值都可以用這兩者來表達，例如布爾和指針。如果你是從一個最基本的指令集開始寫起，那么整數和浮點的數值運算、轉換、基于整數寄存器的跳轉和地址取值是一個寄存器機的最基本操作。所有更加高級的操作，例如數組、結構體、指針、函數、對象等，都可以建立在這一基礎上。

如果一個指令系統在整數和浮點數之外，額外提供了布爾、分支、函數調用和結構體的支持，那么它與高級語言將會貼近更多，生成代碼的方式也更加簡單。

在高級語義的數據結構上，LLVM提供了相當良好的支持。它支持的原生類型（First class）包括: 各種精度的整型和浮點數，指針、向量，結構體和數組。這些類型的數據存取和運算都是有指令直接支撐，而不需要自行計算并生成更加原始的指令。

在存儲類型上，LLVM提供了Value, Argument, Alloca, GlobalVariable, Pointer五種存儲類型。Value是右值，它不可取引用，不可更改。Argument表示了函數實參，它是Value的一個派生類。所以對參數的任何更改行為實際上都是不被允許的。Alloca保存了棧地址，GlobalVariable保存了全局變量的地址，Pointer則是一般意義上的指針。

除了存儲指令，LLVM所有的指令都是針對Value的操作，并返回一個Value。所以

Var a = Alloca int
Var b = Alloca int
Var c = Alloca int
c = ADD a, b

這樣的操作，在LLVM中實際上是將a和b的地址相加，并把C從變量替換成一個左值（注意，是替換，變量的值沒有任何變化）。

在LLVM中，正確的做法應當類似于下面這樣：

a = Alloca int
b = Alloca int
c = Alloca int
a_v = load a
b_v = load b
c_v = ADD a, b
store c, c_v

要先將值從變量中讀出，進行操作，再保存到另外一個變量中。

表達式值的數據結構

一個的表達式參數或結果可能是左值或右值。例如++x輸入一個左值返回一個左值，而x++就返回一個右值。A+B則是需要兩個右值并返回一個右值。

一個左值可以很方便的轉化為右值，但是右值轉化成左值通常是很困難的。地址信息被丟棄了，或者它根本就是一個字面常量，都會導致一個右值將永遠是右值。將右值構造成左值的唯一辦法，就是構造臨時對象并將右值賦予左值。當這個左值被讀取時，如果臨時對象除了初始化之外從未被寫過，并且它關聯的右值依然有效，那么這個操作會被優化成直接返回那個原始的右值，從而避免臨時左值的讀寫操作。

在Clang（一個C++編譯器的前端）中對左值和右值進行了嚴格的區分。這是由于C++需要額外的處理臨時對象。臨時對象意味著盡管它有右值的語義，但是實際上是左值的存儲。這是需要將真正的左值和臨時的左值區分開，并提供特定語境下的轉化。

SASL沒有處理復雜的臨時對象問題，因此它使用了一個相對簡單的辦法來解決左右值的判定和存儲。

我們設計了一個數據結構，用于保存任何可能的值。

struct Data{
    bool isRef;
    Value* rval;
    Alloca* local;
    GlobalVariable* global;
    struct Aggregated{
        Data* parent;
        int index;
    } agg;
};

rval用于處理Argument和右值時的情況。Local意味著它是一個局部變量，global說明它是一個全局變量，agg則用于處理structure member。Parent指向包含當前變量的聚合變量，index則指明了當前變量在聚合變量中的位次。

SASL提供了load, load_ptr 和 store 來數據的存取，而不要關心它的具體存儲類型。

左值/右值語義

在Data這個結構中，rval, local, global和agg四個值是互斥的。當然這里的我們也可以選擇union+enum的方式來表達。

首先來看，這個結構如何表達左值/右值語義。

來看isRef，這是一個標記位。它表示了data存儲的值究竟是值本身還是地址。如果是isref為真，那么data便可以被認為是一個左值。Isref為假，那么當它是rval的時候，它就是一個真正的右值了。如果是Alloca或者GlobalVariable，因為它們本身就代表了地址，那么它仍然是一個右值。如果是agg，那么要取決于它的聚合量是左值還是右值。

如果參數需要左值，那么可以直接從data拷貝，或者使用load_ptr + isRef創建一個新的右值Data。如果參數需要右值，那么可以通過load的方式獲取一個右值。

數據存取的實現

llvm::Value* load( cgllvm_sctxt* data ){
  assert(data);
  Value* val = data->val;
  do{
    if( val ){ break; }
    if( data->local ){ val = builder()->CreateLoad( data->local );
      break;
    }
    if( data->global ){
      val = builder()->CreateLoad( data->global );
      break;
    }
    if( data.agg.parent ){
      val = load( data->agg.parent );
      val = builder()->CreateExtractValue( val, data->agg.index );
      break;
    }
  } while(0);

  if( data->is_ref ){val = builder()->CreateLoad( val );}
  return val;
}


llvm::Value* load_ptr( cgllvm_sctxt* data ){

  Value* addr = NULL;
  if( data->val ){ addr = NULL; }
  if( data->local ){
    addr = data->local;
  }
  if( data->global ){
    addr = data->global;
  }
  if( data->agg.parent ){
    addr = builder()->CreateGEP( load_ptr(data->agg.parent), 0, data->arg.index );
  }

  if( data->is_ref ){
    if( !addr ){
      addr = data->val;
    } else {
      addr = builder()->CreateLoad( addr );
    }
  }

  return addr;
}

void store( llvm::Value* v, cgllvm_sctxt* data ){
  Value* addr = load_ptr( data );
  builder()->CreateStore( v, addr );
}