Seminar Clang und LLVM Tooling entwickeln

Die Schulung behandelt den Aufbau von Clang-basierten Werkzeugen für Analyse, Migration und Automatisierung in C-, C++- und Objective-C-Codebasen. Im Mittelpunkt stehen reproduzierbare Arbeitsweisen mit AST-Matchern, Traversal-Klassen, Diagnosen, Fix-it-Hints und testbaren Tooling-Komponenten.

Die Inhalte sind auf Entwicklungsteams ausgelegt, die bestehende Codebasen systematisch prüfen, Modernisierungen vorbereiten oder eigene Compiler-nahe Werkzeuge in Build-Pipelines integrieren. Alle Übungen arbeiten mit kleinen, kontrollierten Beispielprojekten und werden schrittweise zu einem wiederverwendbaren Analysewerkzeug ausgebaut.

Kapitel 1: Frontend-Struktur und AST-Modell

Inhaltsverzeichnis

• Clang-Treiber, Frontend-Aktionen und Übersetzungseinheiten
• AST-Knoten, Source Locations und Typinformationen
• Diagnosen und reproduzierbare Compiler-Aufrufe

Schritt 1: Compiler-Aufruf zerlegen

Der Compiler-Aufruf wird in Vorverarbeitung, Parsing, semantische Analyse und Codegenerierung gegliedert. Für Tooling-Aufgaben wird festgelegt, welche Phase benötigt wird und welche Informationen über Compile Commands verfügbar sein müssen.

Schritt 2: AST gezielt untersuchen

Eine Übersetzungseinheit wird analysiert, indem Deklarationen, Statements, Typen und Quellpositionen systematisch ausgelesen werden. Der Fokus liegt auf stabilen Zugriffsmustern, damit Werkzeuge auch bei größeren Codebasen nachvollziehbar arbeiten.

Schritt 3: Diagnosen einordnen

Eigene Prüfungen werden mit klaren Diagnosemeldungen, Kategorien und Quellbereichen versehen. Dadurch entsteht eine Grundlage für automatisierte Berichte und optionale Korrekturvorschläge.

Kapitel 2: LibTooling, Matcher und Refactoring

Inhaltsverzeichnis

• AST-Matcher entwerfen
• Callbacks und Traversal-Logik implementieren
• Fix-it-Hints und Rewrite-Regeln absichern

Schritt 1: Matcher formulieren

Suchmuster werden vom einfachen Funktionsaufruf bis zu verschachtelten Klassen- und Template-Strukturen aufgebaut. Jede Regel wird so formuliert, dass falsche Treffer systematisch reduziert werden.

Schritt 2: Analyseaktion implementieren

Die Treffer werden in Callback-Komponenten verarbeitet. Dabei werden Kontextdaten, Symbolnamen, Typen und Quellpositionen gesammelt und in ein einheitliches Ergebnisformat überführt.

Schritt 3: Refactoring kontrollieren

Quellcode-Änderungen werden über Rewriter-Mechanismen vorbereitet und anhand von Testfällen geprüft. Besondere Aufmerksamkeit gilt Makros, Include-Grenzen und Formatierungsfolgen.

Kapitel 3: Tool-Integration und Qualitätssicherung

Inhaltsverzeichnis

• Compile Database und Build-Integration
• clang-tidy-artige Checks strukturieren
• Tests, CI und Wartbarkeit

Schritt 1: Projektintegration vorbereiten

Das Werkzeug wird mit einer Compile Database verbunden. Unterschiedliche Zielplattformen, Include-Pfade und Konfigurationsvarianten werden berücksichtigt.

Schritt 2: Regeln paketieren

Analyse- und Refactoring-Regeln werden modularisiert. Konfiguration, Schweregrade und Ausschlusslisten werden so aufgebaut, dass Teams Regeln getrennt aktivieren können.

Schritt 3: Ausführung automatisieren

Tests prüfen Treffer, Nicht-Treffer und Korrekturvorschläge. Für CI-Szenarien werden Exit-Codes, maschinenlesbare Ausgaben und inkrementelle Ausführung berücksichtigt.