用LLVM/Clang编译器插件实现除法保护(1)

LLVM/Clang 提供了编译器插件机制可供扩展编译器的功能，实际上 LLVM/Clang 本身的很多功能也是以插件方式注册到编译器系统中进行实现的。在一些对安全要求极端苛刻的环境下，或是一些特殊的硬件平台中，总有一些奇怪的需求，而这些定制化的功能如果不是很复杂，就没有必要大动干戈去修改编译器，可以使用编译器插件来完成。这个系列文章设想一种需要进行除法保护的应用场景，需要在编译层面对除法进行强制检查，以杜绝除零异常的发生。

前言

需求描述

某硬件平台由于安全原因不允许除零异常的发生，由于C++无法捕获这种CPU异常进行处理，所以考虑在编译器层面进行预防。约定：所有除法指令必须进行除数检查，当除数为0时，直接返回被除数本身。

为了更明确目标，并提供测试方法，构造了以下示例代码：

在上面的测试代码中，有两个除法函数，其中一个是手动进行了除数检测的，而另一个是有“缺陷”的代码。在实际使用中，如果要完全实现对除数的检查，那就要在代码审查上多下功夫，确保足够仔细的去发现这类问题。但是，如果一个除法运算是混在复杂的逻辑中，或是在其它的头文件中定义的宏等等，此时除法运算就不是很明显，审核起来就很容易遗漏。同时在代码中加过多的if-else测试语句也对逻辑本身的可读性有所损害。

所以，编写这个编译器插件的目的就在于：无论代码中是否对除数进行了检查，都要保证运算结果和我们约定的结果相同，同时不能损害已有的逻辑，保证程序的正确性。

目标

我们先使用正常的编译器编译并运行示例代码，可以看到在遇到6/0这个计算时，出现了例外，程序崩溃了：

然后我们使用同一个编译器，并加载我们的插件，再编译运行：

这两次的编译我们没有更改任何源代码，也没有更改编译器及基本的编译参数，仅仅是加载了一个编译插件。可以看到，这次编译出的二进制中，两个函数的执行结果是相同的，而且避免了除零错误导致的崩溃问题。

下一篇，将开始从零建立开发环境，一步步实现这个编译器插件。