llvm pass 插桩后，文件执行时输出实际执行线路上插入的随机数

我想用llvm的pass做一个插桩的需求。但是网上只有hello pass的写法，pass官网的介绍也看的云里雾里。但是我们这周就必须做出来这个需求，这个需求对熟练使用pass的人来说可能就是个很小的需求。就是我想写个pass，它的功能是，用它处理一个C代码之后生成一个文件，在这个文件的每一个基本块上插入随机数，和输出这个随机数的指令给这个随机数输出到一个外部文件。当我每次执行这个文件的时候，实际执行到的路径上的随机数会被输出到外部文件。希望各位能帮我写出这个pass，以及在终端执行的每一步的指令，最后达到这样一个功能。之前有人给的pass，要么有CallInst *printCall = CallInst::Create(printFunc, argsRef, "", terminator);语句，要么有 Builder.CreateCall(putsFunc, RandomNumValue);语句，总是在编译make时会报错，error: ‘printlnFunc’ was not declared in this scope 或者error: ‘putsFunc’ was not declared in this scope 然后追问也不回答，希望来个真正懂的帮我解决这个问题
写一个这样的教程也能帮助到更多人。如能解决此问题，我必采纳！在此谢过了

首先，要编写一个LLVM的pass来实现你的需求，你需要先包含一些必要的头文件和定义一些必要的类。以下是一个简单的示例，展示了如何编写一个pass来在每个基本块上插入随机数并输出到外部文件：

#include "llvm/IR/PassManager.h"
#include "llvm/IR/Module.h"
#include "llvm/IR/Function.h"
#include "llvm/IR/BasicBlock.h"
#include "llvm/IR/IRBuilder.h"
#include "llvm/IR/LLVMContext.h"
#include "llvm/IR/Value.h"
#include "llvm/Support/RandomNumberGenerator.h"

using namespace llvm;

namespace {
  struct RandomNumberInsertion : public ModulePass {
    static char ID;
    RandomNumberInsertion() : ModulePass(ID) {}

    void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
      AU.setPreservesAll();
    }

    bool runOnModule(Module &M) override {
      LLVMContext &Context = M.getContext();
      RandomNumberGenerator RNG;

      for (Function &F : M) {
        for (BasicBlock &BB : F) {
          // Generate a random number
          uint32_t RandomNum = RNG.next();

          // Create a new basic block for the random number insertion
          BasicBlock *RandomBB = BasicBlock::Create(Context, "random", &F, &BB);

          // Insert the random number into the new basic block
          IRBuilder<> builder(Context);
          builder.SetInsertPoint(RandomBB);
          Value *RandomNumValue = builder.getInt32(RandomNum);
          builder.CreateCall(&F.getFunction("printlnFunc"), RandomNumValue);

          // Add a branch instruction from the original basic block to the new one
          BB.getTerminator()->addSuccessor(RandomBB, BranchProbability(1, 1));
          BB.getTerminator()->setSuccessor(1, RandomBB);
        }
      }

      return true;
    }
  };
}

char RandomNumberInsertion::ID = 0;
static RegisterPass<RandomNumberInsertion> X("random-number-insertion", "Random Number Insertion Pass");

在这个示例中，我们创建了一个名为RandomNumberInsertion的pass类，它继承自ModulePass。在runOnModule方法中，我们遍历了模块中的每个函数和基本块，并在每个基本块中插入了一个新的基本块，用于输出随机数。我们还添加了一个分支指令，将控制流从原始基本块转移到新的基本块。这样，每次执行通过这个pass处理后的代码时，都会在每个基本块上生成一个随机数，并将其输出到外部文件。

要使用这个pass，你需要将其添加到pass管理器中，并在执行优化时包含它。以下是一个示例：

c++

int main() {
  LLVMContext Context;
  std::unique_ptr<Module> M = std::make_unique<Module>("test", Context);
  // ... (Create your module here) ...

  // Create a pass manager and add our pass to it
  PassManager PM;
  PM.add(new RandomNumberInsertion);

  // Run the pass manager on the module
  PM.run(*M);

  // Write the modified module to然后，我们创建了一个pass管理器，并将我们的pass添加到其中。最后，我们使用pass管理器运行pass，并将修改后的模块写入到一个文件中。

希望这能帮助你解决问题！

c语言自动插桩,01 - LLVM Pass 实现 C函数插桩
可以参考下

c语言自动插桩,01 - LLVM Pass 实现 C函数插桩_斯码特钢的博客-CSDN博客网上我就搜到这一篇文章介绍使用 LLVM Pass 的方式，来实现函数插桩。但是按照他文章的一步步坐下来，发现各种报错，要不就是 pass 无法被 xcode 加载，反正遇到了不少的问题。而且该作者很多核心的部分都没有写出来，不知道是因为太简单，还是不想让别人知道 ~经历了两周多左右的研究，以 LLVM 小白的身份，终于跑起来了 ~ 不容易 ~注意：如下内容，最好需要你已经有 LLVM 环境！！！..._c语言代码插桩

https://blog.csdn.net/weixin_35641153/article/details/117240485

LLVM PASS pwn__sky123_的博客-CSDN博客 LLVM的核心是一个库,其设计了一种通用的LLVM IR,并提供一系列接口来操作LLVM IR,生成目标平台代码等等后端的功能.LLVM Pass就是遍历传入的IR并进行一些处理,在实现上,LLVM的核心库中存在一些Pass类,通过继承这些类并重载一些方法,就可以方便的处理传入的IRLLVM Pass的用处:在Pass遍历LLVM IR的同时,就可以非常方便的完成插桩,静态分析,机器无关的代码优化等等操作.下面列出了几个重要的命令行工具.llvm-asLLVM IRllvm-disllvm-asopt。_llvm pass

https://blog.csdn.net/qq_45323960/article/details/129691707

在插入的随机数的位置，增加一个输出语句

rror: ‘printlnFunc’ was not declared in this scope 或者error: ‘putsFunc’ was not declared in this scope的错误，检查下是不是你的方法名称写错了啊，其次有没有包含 <stdio.h> 头文件。
还有就是检查下你的函数的定义是否在调用位置之后，并且在调用前没有做函数声明。

编写一个完整的LLVM Pass需要一定的编程经验和对LLVM框架的理解。以下是一个简单的示例，展示了如何编写一个LLVM Pass来实现你的需求。

首先，你需要创建一个新的Pass类，继承自llvm::FunctionPass。在Pass类中，你可以重写runOnFunction方法来处理每个函数。

#include "llvm/Pass.h"
#include "llvm/IR/Function.h"
#include "llvm/IR/Instructions.h"
#include "llvm/IR/IRBuilder.h"
#include "llvm/Support/raw_ostream.h"

using namespace llvm;

namespace {
  struct MyPass : public FunctionPass {
    static char ID;
    MyPass() : FunctionPass(ID) {}

    bool runOnFunction(Function &F) override {
      // 遍历函数的基本块
      for (auto &BB : F) {
        // 在基本块的开头插入一个随机数生成指令
        IRBuilder<> builder(&BB, BB.begin());
        Value *randomNum = builder.CreateCall(/* 随机数生成函数 */);
        
        // 在基本块的结尾插入一个输出随机数的指令
        builder.SetInsertPoint(&BB, BB.getTerminator());
        builder.CreateCall(/* 输出随机数的函数 */, randomNum);
      }

      return true;
    }
  };
}

char MyPass::ID = 0;

static RegisterPass<MyPass> X("my-pass", "My LLVM Pass", false, false);

在上面的代码中，你需要根据实际情况替换/* 随机数生成函数 */和/* 输出随机数的函数 */为相应的LLVM函数。例如，你可以使用llvm::Intrinsic::getDeclaration来获取随机数生成函数和输出函数的声明。

接下来，你需要将这个Pass编译成动态链接库（.so文件）。可以使用CMake来构建LLVM Pass项目，或者直接使用命令行编译。

clang++ -shared -o MyPass.so MyPass.cpp `llvm-config --cxxflags --ldflags --libs`

编译成功后，你可以将生成的MyPass.so文件加载到LLVM中，并在终端上执行你的C代码。

clang -Xclang -load -Xclang MyPass.so -c input.c -o output.o
clang output.o -o output

这只是一个简单的示例，你可能需要根据你的具体需求进行修改和扩展

希望这能帮到你！如果你有其他问题，我会尽力回答。

加个输出语句，然后重新编译

可以借鉴一下

https://github.com/abenkhadra/llvm-pass-tutorial/blob/master/skeleton/Skeleton.cpp

Writing an LLVM Pass — LLVM 18.0.0git documentation https://www.llvm.org/docs/WritingAnLLVMPass.html

参考的GPT回答：

首先，你需要安装LLVM开发环境并设置好环境变量。然后，按照以下步骤创建一个LLVM Pass：

创建一个新目录，比如MyPass，用来保存你的Pass代码。
在该目录下创建一个名为MyPass.cpp的文件，并将以下代码添加到文件中：

#include "llvm/Pass.h"
#include "llvm/IR/Function.h"
#include "llvm/IR/Instructions.h"
#include "llvm/Support/raw_ostream.h"

using namespace llvm;

namespace {
    struct InsertRandomPass : public FunctionPass {
        static char ID;
        
        InsertRandomPass() : FunctionPass(ID) {}
        
        bool runOnFunction(Function &F) override {
            // 为每个基本块插入随机数
            for (auto &BB : F) {
                // 生成一个随机数
                unsigned int randomNum = rand();
                
                // 在基本块的开头插入输出随机数的指令
                IRBuilder<> Builder(&BB.front());
                Value* RandomNumValue = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(F.getContext()), randomNum);
                CallInst *printCall = CallInst::CreatePrintf(
                    Builder,
                    "Random number: %d\n",
                    {RandomNumValue}
                );
                
                // 打印调试信息
                errs() << "Inserted random number print instruction in basic block: " << BB.getName() << "\n";
            }
            
            return true;
        }
    };
}

char InsertRandomPass::ID = 0;

static RegisterPass<InsertRandomPass> X("random", "Insert random number output pass");

在终端中，进入MyPass目录，执行以下命令进行编译：

llvm-config --cxxflags --ldflags --libs core irreader passes support > flags.txt
clang++ -std=c++11 -fPIC -g -O3 $(cat flags.txt) MyPass.cpp -o MyPass.so -shared

执行以下命令来使用你的Pass插桩C/C++代码：

clang -Xclang -load -Xclang ./MyPass.so -mllvm -random your_code.c -o your_executable

这样，编译后的可执行文件 your_executable 每次运行时都会在每个基本块插入一个随机数，并将其输出到终端。

LLVM是一款非常流行的编译器框架，它支持多种目标平台和编程语言，同时也支持插件机制。利用LLVM的插件机制，我们可以在编译过程中向程序中插入一些代码，这些代码可以在程序运行时收集各种信息，比如执行路径、变量取值等等。

在LLVM中，插件通常被称为“Pass”，由一个或多个Transfrom Pass组成，每个Pass负责一种特定的代码转换。要实现代码插桩，我们可以编写一个新的Pass，将插入的代码插入到指定的位置，并将必要的信息输出到程序的标准输出。

下面是一个简单的示例，演示如何编写一个插桩Pass。假设我们要向程序中插入一些随机数，并在程序执行过程中输出这些随机数，以此模拟不同的执行路径。我们可以编写一个新的Pass，将一些关键位置（如分支语句、循环语句等）插入我们自己的代码，随机生成一些数字，并将这些数字输出到标准输出中。

首先，我们需要在LLVM中定义一个新的Pass。这里我们可以继承基类“FunctionPass”，它负责为每个函数都单独运行Pass，并将我们插入的代码插入到每个函数中。代码如下：

class RandomPass : public FunctionPass {
public:
  static char ID;
  RandomPass() : FunctionPass(ID) {}

  bool runOnFunction(Function &F) override {
    // 在这里插入我们的代码
    return true;
  }
};
char RandomPass::ID = 0;
static RegisterPass<RandomPass> X("random", "Insert random numbers");

在上述代码中，我们定义了一个RandomPass类，它继承自FunctionPass，并重写了runOnFunction方法。在这个方法中，我们可以获取到当前正在处理的函数F，并将我们的代码插入到其中。

我们的代码实现主要依赖于LLVM的IR Builder，它可以帮助我们构建IR指令。下面是一个简单的示例代码，演示如何向函数中插入一条print指令，将随机数输出到标准输出。

bool runOnFunction(Function &F) override {
  IRBuilder<> builder(&*F.getEntryBlock().getFirstInsertionPt());
  auto randFunc = cast<Function>(M.getOrInsertFunction("rand", IntegerType::getInt32Ty(M.getContext())).getCallee());
  auto randNum = builder.CreateCall(randFunc);
  auto formatStr = builder.CreateGlobalStringPtr("%d\n");
  builder.CreateCall(printfFunc, {formatStr, randNum});
  return true;
}

在上述代码中，我们首先获取函数F的第一个基本块，并将我们的插入点设置为这个基本块的第一个指令。我们调用了rand函数生成一个随机数，并将这个随机数和一个格式化字符串作为参数传递给printf函数，将随机数输出到标准输出。

在实际插桩过程中，我们需要根据具体场景来决定插入的代码内容和插入的位置。生成随机数显然只是一个简单的示例，实际应用中可能需要插入更复杂的代码，比如记录每个变量的取值，或者插入一些检查语句来检测程序中的错误。

最后，我们需要将我们的Pass注册到LLVM中，并使用llvm-opt命令来运行我们的Pass。具体的步骤如下：

将上述代码保存为randompass.cpp文件。
使用clang++编译这个文件生成动态链接库：clang++ -shared -o randompass.so randompass.cpp。
运行llvm-opt命令，将随机插桩Pass应用到指定文件中：llvm-opt -load ./randompass.so -random input.ll -o output.ll。
运行output.ll文件，观察随机数输出情况：lli output.ll。

总之，LLVM提供了强大的插件机制，可以方便地向程序中插入自定义的代码，收集各种运行时信息。在实际应用中，可以根据具体场景编写自己的Pass，以便更好地理解程序运行时行为，调试和优化程序。

参考newbing
编写一个完整的 LLVM Pass 并提供每一步的指令是一个复杂的任务，无法在这个平台上提供详细的代码。但是，我可以给你一个大致的指导，帮助你开始编写你的插桩 Pass。

首先，你需要了解 LLVM Pass 的基本结构和工作原理。你可以参考 LLVM 官方文档中的相关章节来了解这些内容。

接下来，你可以按照以下步骤来编写你的插桩 Pass：

创建一个新的 LLVM Pass：你可以使用 llvm::Pass 类作为基类来创建你的 Pass。在你的 Pass 类中，你需要实现一些必要的函数，如 runOnFunction、runOnBasicBlock 等，以便在函数和基本块级别上进行插桩。
在 runOnFunction 函数中，遍历函数的基本块，对每个基本块调用 runOnBasicBlock 函数。
在 runOnBasicBlock 函数中，遍历基本块的指令，对每个指令进行检查和插桩。你可以使用 LLVM 提供的 API 来创建新的指令，如 llvm::CallInst::Create、llvm::BinaryOperator::Create 等。
在插桩代码中，你可以使用随机数生成函数来生成随机数，并将其插入到基本块中。你可以使用 llvm::ConstantInt::get 函数来创建一个常量整数，然后使用 llvm::BinaryOperator::Create 函数将其插入到基本块中。
在插入随机数的指令后，你可以使用 llvm::CallInst::Create 函数来插入一个调用，将随机数输出到外部文件。你需要提前定义一个输出函数，并将其与你的插桩 Pass 链接。
编译你的插桩 Pass：你可以使用 clang 命令行工具来编译你的 Pass。你需要将你的 Pass 源文件和 LLVM 库一起编译，并将生成的可执行文件作为 LLVM 的插桩工具来使用。

请注意，这只是一个大致的指导，具体的实现细节和代码取决于你的需求和环境。你可能需要参考 LLVM 的官方文档、示例代码和其他资源来获取更多帮助。

希望这些信息对你有所帮助！如果你有其他问题，请随时提问。

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