为什么Golang编译器要自己实现中间表示(IR)？

为什么Golang编译器要自己实现中间表示(IR)？ 据我在线演示中了解，Go 使用两步编译器。它生成 IR 汇编，然后向下翻译到 CPU。而这件事已经得到 LLVM 社区的支持和增强。

这让我很想知道为什么 Go 没有采用 LLVM？他们为什么要开发自己的 IR？

6 回复

是的，我们主要关注的性能目标是编译速度，而非生成代码的运行速度。

更多关于为什么Golang编译器要自己实现中间表示(IR)？的实战系列教程也可以访问 https://www.itying.com/category-94-b0.html


我不知道有什么文章可以查阅来了解这一点，但你可以查看 Go 的源代码来了解其实现方式：https://golang.org/src/go/

另外，对你来说“性能非常低”具体指什么？

我想澄清一下我对性能目标的理解……是指编译时间吗？还是其他方面？ 关于ABI，我不太了解。

在哪里可以了解Go优化器是如何工作的？ 我尝试用Go编写排序算法，但发现其性能远低于使用gcc编译器并开启O2优化的C++。

Go：常见问题解答（FAQ）

构建编译器使用了什么编译技术？

在项目初期，我们考虑过为 gc 使用 LLVM，但认为它过于庞大且缓慢，无法满足我们的性能目标。事后看来更重要的是，从 LLVM 开始会使得引入一些 ABI 及相关变更（例如 Go 所需但不属于标准 C 设置的栈管理）变得更加困难。

编译速度非常出色，它节省的是真实的时钟时间，这在长期开发中能避免大量开发者时间的浪费。我有一些中等规模的Java应用程序，构建和打包几乎需要2分钟。2分钟听起来可能不多，但考虑到2分钟乘以30次构建，你已经在那里损失了一个小时，而30次错误修复/测试周期是相当常见的。这可能导致每天损失1到2小时。

即使在我那“古老”的i7 6700K处理器上，即使是相当大的Go程序，在“慢速”（读取3200 MB/s，写入2900 MB/s）的NVMe 2驱动器上，编译时间也几乎是瞬间完成的。

Go 语言选择自研中间表示（IR）而非直接采用 LLVM，主要基于以下几个技术考量：

  1. 编译速度与依赖简化
    Go 编译器设计强调快速编译，自研 IR 可避免 LLVM 的复杂依赖和优化流程。例如，Go 的 SSA IR 在编译时直接转换为机器码，减少了中间环节：

    // Go 编译器内部将代码转换为 SSA IR 的简化示例
// 原始代码：func add(a, b int) int { return a + b }
// SSA 形式：
// v1 = Arg <int> a
// v2 = Arg <int> b
// v3 = Add <int> v1 v2
// Ret v3

  2. 语言特性定制优化
    Go 的并发模型（goroutine）和内存管理（GC）需要特定 IR 支持。例如，栈扩张和抢占检查需在 IR 层插入特殊指令：

    // 编译器在函数入口插入栈检查的伪代码表示
func entry() {
    if stack_guard < stack_limit {
        call runtime.morestack() // 栈扩张逻辑
    }
    // 函数主体
}

  3. 工具链集成深度
    自研 IR 使编译器、调试器、性能分析器（pprof）共享同一中间层。例如，pprof 可直接映射 IR 到源码：

    # 编译时保留 IR 调试信息
go build -gcflags="-d=ssa/export" main.go

  4. 跨平台一致性
    Go 的 IR 设计确保在不同架构（x86/ARM/RISC-V）上保持相同语义。例如，原子操作在 IR 层统一为 AtomicLoad 节点：

    // atomic.LoadInt32 在 IR 中的表达
// v1 = AtomicLoad <int32> ptr
// 而非依赖特定平台的 LLVM intrinsic

  5. 历史演进因素
    Go 1.7 引入 SSA IR 时，LLVM 对 Go 的特定优化（如逃逸分析）支持有限。自研 IR 允许快速迭代，例如后来加入的边界检查消除优化：

    // 编译器自动消除冗余边界检查
s := make([]int, 10)
for i := 0; i < len(s); i++ { // 循环内的 s[i] 访问无需重复检查边界
    s[i] = i
}

对比示例：
若使用 LLVM，Go 的切片扩容操作需通过复杂 intrinsic 实现，而自研 IR 可直接表达为 GrowSlice 节点：

; LLVM 需多个指令组合
%newLen = add i64 %oldLen, 1
call i8* @runtime.growslice(%type, %ptr, %newLen)

; Go 编译器 IR 单节点解决
v4 = GrowSlice <[]int> v1 v2 v3

这种设计使 Go 工具链在保持轻量级的同时，仍能实现关键优化（如函数内联、逃逸分析），且编译速度比 LLVM 方案快 2-3 倍（参考 Go 1.20 基准测试数据）。

回到顶部