Mojo中低水平的IR介绍

Mojo是一种具有广泛现代功能的高级编程语言。Mojo还为程序员提供了访问所有底层原语的机会，以便编写强大而零成本的抽象。
​
这些原语用MLIR实现，MLIR是一种用于编译器设计的可扩展中间表示格式。许多不同的编程语言和编译器将它们的源程序翻译成MLIR，因为Mojo提供了直接访问MLIR特性的途径，这意味着Mojo程序可以享受这些工具带来的好处。
​
更进一步，Mojo独特的零成本抽象与MLIR互操作性的组合意味着Mojo程序可以充分利用任何与MLIR接口的东西。虽然这不是普通的Mojo程序员可能需要做的事情，但当扩展系统以与新数据类型接口或深奥的新加速器功能时，这是一个非常强大的功能。
​
为了说明这些想法，我们将在下面的Mojo中实现一个布尔类型，我们称之为OurBool。我们将广泛使用MLIR，所以让我们从一个简短的入门介绍开始。

What is MLIR?

---

MLIR是一种程序的中间表示，与汇编语言类似，在汇编语言中，一组顺序的指令操作于内存中的值。
​
更重要的是，MLIR是模块化和可扩展的。MLIR由越来越多的“方言”组成。每个方言都定义了操作和优化:例如，math方言提供了数学操作，如正弦和余弦，amdgpu方言提供了特定于AMD处理器的操作，等等。
​
MLIR的每种方言都可以与其他方言互操作。这就是为什么说MLIR可以解锁异构计算:随着更新、更快的处理器和体系结构的开发，新的MLIR方言被实现，以为这些环境生成最佳代码。任何新的MLIR方言都可以无缝翻译为其他方言，因此随着更多的添加，所有现有的MLIR变得更加强大。
​
这意味着我们自己的自定义类型，例如我们将在下面创建的OurBool类型，可以用来为程序员提供一个高级的、类似python的接口。但在“表面之下”，Mojo和MLIR将为未来出现的每个新处理器优化我们的方便、高级类型。
​
关于为什么MLIR是一项革命性的技术还有很多可以写，但让我们回到Mojo和定义OurBool类型。在这个过程中，我们将有机会了解更多关于MLIR的知识。

Defining the OurBool type

---

我们可以使用Mojo的struct关键字来定义一个新类型OurBool:

struct OurBool:
    var value: __mlir_type.i1
1
2

布尔值可以表示0或1，“true”或“false”。为了存储这些信息，OurBool有一个成员，称为value。它的类型直接在MLIR中表示，使用MLIR内置类型i1。事实上，在Mojo中可以使用任何MLIR类型，只要在类型名称前加上__mlir_type即可。
​
正如我们将在下面看到的，用i1表示我们的布尔值将允许我们利用与i1类型接口的所有MLIR操作和优化——它们有很多!
​
定义了OurBool之后，我们现在可以声明这种类型的变量:

fn uninitialized_our_bool():
  var a: OurBool
1
2

Leveraging MLIR

---

当然，我们接下来可能会尝试创建一个OurBool实例。然而，此时尝试这样做会导致错误:

var a = OurBool() # error: 'OurBool' does not implement an '__init__' method
1

与在Python中一样，__init__是一个特殊方法，可以定义它来自定义类型的行为。我们可以实现一个没有参数的__init__方法，并返回一个带有“false”值的OurBool。

struct OurBool:
    var value: __mlir_type.i1

    fn __init__(inout self):
        self.value = __mlir_op.`index.bool.constant`[
            value=__mlir_attr.false,
        ]()
1
2
3
4
5
6
7

为了初始化基础的i1值，我们使用来自其index方言的MLIR操作，称为index. boolean .constant。
​
MLIR的index方言为我们提供了操作内置MLIR类型的操作，例如我们用来存储OurBool值的i1。index. boolean .constant操作接受一个编译时常量true或false作为输入，并在运行时生成一个i1类型的输出。
​
因此，如上所示，除了任何MLIR类型之外，Mojo还通过__mlir_op前缀直接访问任何MLIR操作，通过__mlir_attr前缀直接访问任何属性。MLIR属性用于表示编译时常量。
​
正如你在上面看到的，与MLIR交互的语法并不总是那么漂亮:MLIR属性在方括号之间传递[…]，操作通过后缀(…)的括号执行，它可以接受运行时参数值。然而，大多数Mojo程序员不需要直接访问MLIR，对于少数需要访问的人来说，这种“丑陋”的语法给了他们超能力:他们可以定义易于使用的高级类型，但在内部插入MLIR及其强大的方言系统。
​
我们认为这非常令人兴奋，但让我们回到现实:定义了__init__方法后，我们现在可以创建OurBool类型的实例:

var b = OurBool(