GCC-維基百科

GCC（GNU Compiler Collection，GNU編譯器套裝），是一套由GNU開發(fā)的編程語言編譯器。它是一套以GPL及LGPL許可證所發(fā)行的自由軟件，也是GNU計(jì)劃的關(guān)鍵部分，亦是自由的類Unix及蘋果電腦Mac OS X 操作系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)編譯器。GCC（特別是其中的C語言編譯器）也常被認(rèn)為是跨平臺(tái)編譯器的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。

GCC原名為GNU C語言編譯器（GNU C Compiler），因?yàn)樗局荒芴幚鞢語言。GCC很快地?cái)U(kuò)展，變得可處理C++。之后也變得可處理Fortran、Pascal、Objective-C、Java，以及Ada與其他語言。

目錄 [隱藏]
1 概觀
2 目前支持的語言
2.1 內(nèi)嵌OpenMP支持
3 支持的處理器架構(gòu)
4 結(jié)構(gòu)
4.1 前端界面
4.2 中介界面
4.3 后端界面
5 替GCC程序除錯(cuò)
6 參考書目及注釋
7 參閱
8 更多閱讀
9 外部鏈接

概觀


GCC是由理查德·馬修·斯托曼在1985年開始的。他首先擴(kuò)增一個(gè)舊有的編譯器，使它能編譯C，這個(gè)編譯器一開始是以Pastel語言所寫的。Pastel是一個(gè)不可移植的Pascal語言特殊版，這個(gè)編譯器也只能編譯Pastel語言。為了讓自由軟件有一個(gè)編譯器，后來此編譯器由斯托曼和Len Tower在1987年[1]以C語言重寫[2]并成為GNU專案的編譯器。GCC的建立者由自由軟件基金會(huì)直接管理[3]。

在1997年，一群不滿GCC緩慢且封閉的創(chuàng)作環(huán)境者，組織了一個(gè)名為EGCS《Experimental/Enhanced GNU Compiler System》的專案，此專案匯整了數(shù)項(xiàng)實(shí)驗(yàn)性的分支進(jìn)入某個(gè)GCC專案的分支中。EGCS比起GCC的建構(gòu)環(huán)境更有活力，且EGCS最終也在1999年四月成為GCC的官方版本。

GCC目前由世界各地不同的數(shù)個(gè)程序設(shè)計(jì)師小組維護(hù)。它是移植到中央處理器架構(gòu)以及操作系統(tǒng)最多的編譯器。

由于GCC已成為GNU系統(tǒng)的官方編譯器（包括GNU/Linux家族），它也成為編譯與建立其他操作系統(tǒng)的主要編譯器，包括BSD家族、Mac OS X、NeXTSTEP與BeOS。

GCC通常是跨平臺(tái)軟件的編譯器首選。有別于一般局限于特定系統(tǒng)與運(yùn)行環(huán)境的編譯器，GCC在所有平臺(tái)上都使用同一個(gè)前端處理程序，產(chǎn)生一樣的中介碼，因此此中介碼在各個(gè)其他平臺(tái)上使用GCC編譯，有很大的機(jī)會(huì)可得到正確無誤的輸出程序。

目前支持的語言


以2006年5月24日釋出的4.1.1版為準(zhǔn)，本編譯器版本可處理下列語言：

Ada 《GNAT》
C 《GCC》
C++（G++）
Fortran 《Fortran 77: G77，F(xiàn)ortran 90: GFORTRAN》
Java 《編譯器：GCJ；解釋器：GIJ》
Objective-C 《GOBJC》
Objective-C++

先前版本納入的CHILL前端由于缺乏維護(hù)而被廢棄。

Fortran前端在4.0版之前是G77，此前端僅支持Fortran 77。在本版本中，G77被廢棄而采用更新的GFortran，因?yàn)榇饲岸酥С諪ortran 95。

下列前端依然存在：

Modula-2
Modula-3
Pascal
PL/I
D語言
Mercury
VHDL

[編輯] 內(nèi)嵌OpenMP支持
OpenMP是一種跨語言的對(duì)稱多處理器（SMP）多線程并行程序的編程工具，也非常適合當(dāng)今越來越流行的單CPU多核硬件環(huán)境，因此從gcc4.2開始，OpenMP成為其內(nèi)嵌支持的并行編程規(guī)范，可以直接編譯內(nèi)嵌OpenMP語句的C/C++/Fortran95的源代碼。gcc4.2之前如果想在C/C++/Fortran中嵌入OpenMP語句的話，需要額外安裝庫和預(yù)處理器才能識(shí)別和正確處理這些語句。

gcc 4.2.0開始支持OpenMP v2.5
gcc 4.4.0開始支持OpenMP v2.5及v3.0
參見GNU的GOMP計(jì)劃

支持的處理器架構(gòu)


GCC目前支持下列處理器架構(gòu)（以4.1版為準(zhǔn)）：

Alpha
ARM
Atmel AVR
Blackfin
H8/300
IA-32（x86）與x86-64
IA-64例如：Itanium
MorphoSys家族
Motorola 68000
Motorola 88000
MIPS
PA-RISC
PDP-11
PowerPC
System/370，System/390
SuperH
HC12
SPARC
VAX
Renesas R8C／M16C／M32C家族

較不知名的處理器架構(gòu)也在官方釋出版本中支持：

A29K
ARC
C4x
CRIS
D30V
DSP16xx
FR-30
FR-V
Intel i960
IP2000
M32R
68HC11
MCORE
MMIX
MN10200
MN10300
NS32K
ROMP
Stormy16
V850
Xtensa

由FSF個(gè)別維護(hù)的GCC處理器架構(gòu)：

D10V
MicroBlaze
PDP-10
MSP430
Z8000

當(dāng)GCC需要移植到一個(gè)新平臺(tái)上，通常使用此平臺(tái)固有的語言來撰寫其初始階段。

結(jié)構(gòu)


GCC的外部界面長得像一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的Unix編譯器。用戶在命令行下鍵入gcc之程序名，以及一些命令參數(shù)，以便決定每個(gè)輸入文件使用的個(gè)別語言編譯器，并為輸出代碼使用適合此硬件平臺(tái)的匯編語言編譯器，并且選擇性地運(yùn)行鏈接器以制造可運(yùn)行的程序。

每個(gè)語言編譯器都是獨(dú)立程序，此程序可處理輸入的源代碼，并輸出匯編語言碼。全部的語言編譯器都擁有共通的中介架構(gòu)：一個(gè)前端解析符合此語言的源代碼，并產(chǎn)生一抽象語法樹，以及一翻譯此語法樹成為GCC的寄存器轉(zhuǎn)換語言《RTL》的后端。編譯器優(yōu)化與靜態(tài)代碼解析技術(shù)（例如FORTIFY_SOURCE[1]，一個(gè)試圖發(fā)現(xiàn)緩存溢出《buffer overflow》的編譯器）在此階段應(yīng)用于代碼上。最后，適用于此硬件架構(gòu)的匯編語言代碼以Jack Davidson與Chris Fraser發(fā)明的算法產(chǎn)出。

幾乎全部的GCC都由C寫成，除了Ada前端大部分以Ada寫成。

前端界面


前端的功能在于產(chǎn)生一個(gè)可讓后端處理之語法樹。此語法解析器是手寫之遞歸語法解析器。

直到最近，程序的語法樹結(jié)構(gòu)尚無法與欲產(chǎn)出的處理器架構(gòu)脫鉤。而語法樹的規(guī)則有時(shí)在不同的語言前端也不一樣，有些前端會(huì)提供它們特別的語法樹規(guī)則。

在2005年，兩種與語言脫鉤的新型態(tài)語法樹納入GCC中。它們稱為GENERIC與GIMPLE。語法解析變成產(chǎn)生與語言相關(guān)的暫時(shí)語法樹，再將它們轉(zhuǎn)成GENERIC。之后再使用gimplifier技術(shù)降低GENERIC的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，成為一較簡單的靜態(tài)唯一形式（Static Single Assignment form，SSA）基礎(chǔ)的GIMPLE形式。此形式是一個(gè)與語言和處理器架構(gòu)脫鉤的全局優(yōu)化通用語言，適用于大多數(shù)的現(xiàn)代函數(shù)編程語言。

中介界面


一般編譯器作者會(huì)將語法樹的優(yōu)化放在前端，但其實(shí)此步驟并不看語言的種類而有不同，且不需要用到語法解析器。因此GCC作者們將此步驟歸入通稱為中介階段的部分里。此類的優(yōu)化包括消解死碼、消解重復(fù)計(jì)算與全局?jǐn)?shù)值重編碼等。許多優(yōu)化技巧也正在實(shí)現(xiàn)中。

后端界面


GCC后端的行為因不同的前處理器宏和特定架構(gòu)的功能而不同，例如不同的字符尺寸、調(diào)用方式與大小尾序等。后端界面的前半部利用這些消息決定其RTL的生成形式，因此雖然GCC的RTL理論上不受處理器影響，但在此階段其抽象指令已被轉(zhuǎn)換成目標(biāo)架構(gòu)的格式。

GCC的優(yōu)化技巧依其釋出版本而有很大不同，但都包含了標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)化算法，例如循環(huán)優(yōu)化、線程跳躍、共通程序子句消減、指令調(diào)度等等。而RTL的優(yōu)化由于可用的情形較少，且缺乏較高級(jí)的信息，因此比較起近來增加的GIMPLE語法樹形式[2]，便顯得比較不重要。

后端經(jīng)由一重讀取步驟后，利用描述目標(biāo)處理器的指令集時(shí)所取得的信息，將抽象寄存器替換成處理器的真實(shí)寄存器。此階段非常復(fù)雜，因?yàn)樗仨氷P(guān)照所有GCC可移植平臺(tái)的處理器指令集的規(guī)格與技術(shù)細(xì)節(jié)。

后端的最后步驟相當(dāng)公式化，僅僅將前一階段得到的匯編語言碼借由簡單的副函數(shù)轉(zhuǎn)換其寄存器與存儲(chǔ)器位置成相對(duì)應(yīng)的機(jī)器代碼。

替GCC程序除錯(cuò)


為GCC除錯(cuò)的首選工具當(dāng)然是GNU除錯(cuò)器。其他特殊用途的除錯(cuò)工具是Valgrind，用以發(fā)現(xiàn)存儲(chǔ)器泄漏 (Memory leak)。而GNU測量器（gprof）可以得知程序中某些函數(shù)花費(fèi)多少時(shí)間，以及其調(diào)用頻率；此功能需要用戶在編譯時(shí)選定測量《profiling》選項(xiàng)。