ConstantExpr
Constant
在 LLVM IR 中有这样一种值: constants，这种值在 LLVM IR 中能独立于基本块和函数存在，包括数、全局变量、常量字符数组等。我们拿 LLVM IR 中的一条指令为例来简单说明一下：
llvm ir call void @llvm.memset.p0i8.i64(i8* nonnull align 8 %some, i8 0, i64 40, i1 false)
llvm.memset.* 是 LLVM 中的一类 intrinsics 指令，LLVM 为 C
标准库中的一些函数提供了 intrinsics 实现，有了这些 intrinsics
函数，就允许编译器前端 (如 clang)
将有关指针对齐的相关信息传给代码生成器，能够使代码生成这一过程变得更加高效。
回到 constants 上来，注意上述 callinst 的后三个参数
i8 0, i64 40, i1 false，倒数第一个参数 i1 false 是 boolean
constants，实际上 true 和 false 都是为 i1 type 的
constants。倒数第二个参数和倒数第三个参数 i8 0, i64 40 也同样是
constant，具体来说是 integer constant。类似的还有 floating-point
constants, null pointer constants ( ‘null’ in LLVM IR ) 等。
上面提到的都是 simple constants，同样也有 complex constants，比如
structure constants, array constants (包括字符数组), vector constants
等。 下面就是一个 character array constants:
@.str.123 = private unnamed_addr constant [5 x i8] c"YES!\00", align 1
Constants 除了包括上面提到的 simple constants 和 complex constants，还有
Global Variable and Function Addresses，Undefined Values，Poison
Values，Addresses of Basic Blocks，Constant Expressions。其实上面
@.str.123 就是一个 global variable。我们本文主要讨论 ConstantExpr
(即 Constant Expressions)。
ConstantExpr
ConstantExpr is a constant value that is initialized with an expression using other constant values，也就是说如果一个表达式的所有操作数都是 constant 的话，那么这个表达式就是一个 constant experssion，当然它同样也是一个 constant。
一个具体的例子：
$ cat a.c
int a;
int main()
{
return 5+(long)(&a);
}
将 a.c 通过 clang 编译得到 LLVM IR 和 可执行程序：
$ clang -S -O2 -emit-llvm a.c -o a.o2.ll
$ clang -O2 a.c -o a.o2.out
a.o2.ll 的部分内容如下：
@a = common dso_local global i32 0, align 4
; Function Attrs: norecurse nounwind readnone uwtable
define dso_local i32 @main() local_unnamed_addr #0 {
entry:
ret i32 trunc (i64 add (i64 ptrtoint (i32* @a to i64), i64 5) to i32)
}
这里 trunc (i64 add (i64 ptrtoint (i32* @a to i64), i64 5) to i32)
整个表达式是一个 ConstantExpr。
使用 objdump 查看 main 函数对应的汇编代码：
mov $0x601039,%eax
retq
可见 在 LLVM IR 中的 ContantExpr 在汇编代码中实际上是一个 constant value。实际上 ContantExpr 经过很多个阶段的处理后 (some in the backend, some by the linker, some by the dynamic loader) ，最终在程序被加载时成为一个 constant value。
BreakConstantExpr
每一种 ContantExpr 都对应一种 Instruction，在 LLVM
中经常可以看到这样的实现 visitConstantExpr(ConstantExpr *CE)
函数的写法：
void visitConstantExpr(ConstantExpr *CE)
{
switch (CE->getOpcode())
{
case Instruction::Trunc:
case Instruction::ZExt:
case Instruction::SExt:
case Instruction::FPTrunc:
case Instruction::FPExt:
case Instruction::FPToUI:
case Instruction::FPToSI:
case Instruction::UIToFP:
case Instruction::SIToFP:
case Instruction::PtrToInt:
case Instruction::IntToPtr:
case Instruction::BitCast:
case Instruction::AddrSpaceCast:
case Instruction::GetElementPtr:
case Instruction::Select:
case Instruction::ICmp:
case Instruction::FCmp:
case Instruction::ExtractElement:
case Instruction::InsertElement:
case Instruction::ShuffleVector:
case Instruction::ExtractValue:
case Instruction::InsertValue:
case Instruction::Add:
case Instruction::Sub:
case Instruction::FSub:
case Instruction::Mul:
case Instruction::FMul:
case Instruction::UDiv:
case Instruction::SDiv:
case Instruction::FDiv:
case Instruction::URem:
case Instruction::SRem:
case Instruction::FRem:
case Instruction::And:
case Instruction::Or:
case Instruction::Xor:
case Instruction::Shl:
case Instruction::LShr:
case Instruction::AShr:
default:
llvm_unreachable("Unknown constantexpr type encountered!");
}
}
visitConstantExpr 的用处就是先判断某条 Instruction 的操作数是否为
ConstantExpr，如果是则调用该函数进行处理。
但是在我接触的一些基于 LLVM IR 做程序分析的开源的工具中 (如SVF)，发现这些工具通常会对 LLVM IR 进行处理：如果一条 Instruction 的某个操作数是 ConstantExpr ，那么将该 ConstantExpr 转换为对应 Instruction 并插入到使用该 ConstantExpr 的 Instruction 之前，将该 ConstantExpr 的所有使用的地方替换为新插入的转换后的 Instruction。该功能的实现代码可以参考 https://github.com/Enna1/LLVM-Clang-Examples/tree/master/break-constantexpr 。
将前面提到的 LLVM IR 文件 a.o2.ll 经过 BreakConstantExpr
处理后，得到的 LLVM IR 如下，可以看到已经将ConstantExpr 转换为了
Instruction 。
@a = common dso_local global i32 0, align 4
; Function Attrs: norecurse nounwind readnone uwtable
define dso_local i32 @main() local_unnamed_addr #0 {
entry:
%0 = ptrtoint i32* @a to i64
%1 = add i64 %0, 5
%2 = trunc i64 %1 to i32
ret i32 %2
}