原文：Swift's mysterious Builtin module
当你在Playground中cmd+click某个量，比如Int的时候，你可能会看到下面的代码：
/// A 64-bit signed integer value type
public struct Int : SignedIntegerType, Comparable, Equatable, {
public var value: Builtin.Int64
...
}
或者当你阅读Swift标准库源代码的时候，你可能会看到许多形如Builtin.*的方法，就像下面这些：
Builtin.Int1Builtin.RawPointerBuiltin.NativeObjectBuiltin.allocRaw(size._builtinWordValue,Builtin.alignof(Memory.self)))
那些反复出现的Builtin可能会让你感到困惑：那TM是什么玩意？
Clang, Swift Compiler, SIL, IR, LLVM
要弄明白Builtin是什么，先要明白Objective-C和Swift编译器是怎样工作的。
上图显示了Objective-C代码的编译过程：Objective-C代码经过Clang处理后，生成LLVM Intermediate Representation (IR)，再经过LLVM处理，最后生成机器码。
可以把LLVM IR想象成某种高级的汇编语言，这种汇编语言和CPU架构（如i386或ARM）无关。任何一个编译器，只要能生成LLVM IR，就可以用LLVM生成和特定的CPU架构兼容的机器码。
明白了这点，我们再来看Swift编译器是如何工作的：
Swift代码首先被编译成SIL (Swift Intermediate Represention)，然后再被编译成LLVM IR进入LLVM编译器，最后生成机器码。而SIL无非就是LLVM IR的一层Swift外壳（swifty wrapper），我们有很多理由需要SIL：比如确保变量在使用之前被初始化、检测不可执行的代码（unreachable code），优化代码等。如果你想知道SIL具体干了些啥，可以去看看这个视频。
我们再来看看LLVM IR，对于下面的代码：
let a = 5
let b = 6
let c = a + b
我们可以用这个命令
swiftc -emit-ir addswift.swift
将这三条语句编译成LLVM IR代码（以//^开头的语句为注释）：
...
//^ store 5 in a
store i64 5, i64* getelementptr inbounds (%Si* @_Tv8addswift1aSi, i32 0, i32 0), align 8
//^ store 6 in b
store i64 6, i64* getelementptr inbounds (%Si* @_Tv8addswift1bSi, i32 0, i32 0), align 8
//^ load a to virtual register %5
%5 = load i64* getelementptr inbounds (%Si* @_Tv8addswift1aSi, i32 0, i32 0), align 8
//^ load b to virtual register %6
%6 = load i64* getelementptr inbounds (%Si* @_Tv8addswift1bSi, i32 0, i32 0), align 8
//^ call llvm's signed addition with overflow on %5 and %6
//^ returns two values: sum and a flag if overflowed
%7 = call { i64, i1 } @llvm.sadd.with.overflow.i64(i64 %5, i64 %6)
//^ extract first value to %8
%8 = extractvalue { i64, i1 } %7, 0
//^ extract second value to %9
%9 = extractvalue { i64, i1 } %7, 1
//^ if overflowed jump to trap otherwise jump to label 10
br i1 %9, label %11, label %10
; <label>:10; preds = %once_done
//^ store result in c
store i64 %8, i64* getelementptr inbounds (%Si* @_Tv8addswift1cSi, i32 0, i32 0), align 8
ret i32 0
我知道你觉得上面的代码就像一坨屎，不过还是请注意：
-
i64是定义在LLVM中的一个类型，代表64位整数。 -
llvm.sadd.with.overflow.i64是个方法，这个方法将两个i64整数相加并返回两个值：一个表示相加的和，另一个标识操作是否成功。
Builtin模块
回到Swift，我们知道在Swift中，Int实际上一个struct，而+是一个针对Int重载的全局方法（global function）。严格说来，Int和+不是Swift语言的一部分，它们是Swift标准库的一部分。既然不是原生态，是不是就意味着操作Int或+的时候会有额外的负担，导致Swift跑得慢？当然不是，因为我们有Builtin。
Builtin将LLVM IR的类型和方法直接暴露给Swift标准库，所以我们在操作Int和+的时候，没有额外的运行时负担。
以Int为例，Int在标准库中是一个struct，定义了一个属性value，类型是Builtin.Int64。我们可以用unsafeBitCast将value属性在Int和Builtin.Int64之间相互转换。Int还重载了init方法，使得我们可以从Builtin.Int64直接构造一个Int。这些都是高效的操作，不会导致性能损失。
那+呢？这可是一个方法，调用方法通常都会有一些性能损失。我们来看看+是如何定义的：
@_transparent
public func +(lhs: Int, rhs: Int) -> Int {
let (result, error) = Builtin.sadd_with_overflow_Int64(
lhs._value, rhs._value, true._value)
// return overflowChecked((Int(result), Bool(error)))
Builtin.condfail(error)
return Int(result)
}
-
@_transparent表示这个函数应该是个内联的(inline)。 -
Builtin.sadd_with_overflow_Int64就是llvm.sadd.with.overflow.i64。 - 相加的和被转换成
Int类型，然后返回。
因为这是一个inline方法，我们有理由相信编译器会内联展开方法调用并生成高效的LLVM IR代码。
我可以使用Builtin吗？
Builtin模块只有在标准库内部才可以访问，一般的Swift程序是没有办法调用Builtin中的方法的。但是我们有办法绕过这一限制，举个例子：
import Swift // Import swift stdlib
let result = Builtin.sadd_with_overflow_Int64(5.value, 6.value,
true._getBuiltinLogicValue())
print(Int(result.0))
let result2 = Builtin.sadd_with_overflow_Int64(
unsafeBitCast(5, Builtin.Int64),
unsafeBitCast(6, Builtin.Int64),
true._getBuiltinLogicValue())
print(unsafeBitCast(result2.0, Int.self))
只需要指定-parse-stdlib，上面的代码就可以编译。
swiftc -parse-stdlib add.swift && ./add
