Ref://https://ddnews.me/world/nom8hug4.html

GCC

GCC(GNU Compiler Collection,GNU編譯器套裝),是一套由 GNU 開發的編程語言編譯器。它是一套以GPLLGPL許可證所發行的自由軟體,也是 GNU計劃的關鍵部分,亦是自由的類Unix及蘋果電腦 Mac OS X作業系統的標準編譯器。

GCC 原名為 GNU C 語言編譯器,因為它原本只能處理 C語言。GCC 很快地擴展,變得可處理 C++。之後也變得可處理 Fortran、Pascal、Objective-C、Java, 以及 Ada與其他語言。

LLVM

LLVM是 Low Level Virtual Machine 的簡稱,這個庫提供了與編譯器相關的支援,能夠進行程序語言的編譯期優化、連結優化、線上編譯優化、代碼生成。簡而言之,可以作為多種語言編譯器的後台來使用。如果這樣還比較抽象的話,介紹下Clang就知道了:Clang 是一個 C++ 編寫、基於 LLVM、發佈於 LLVM BSD 許可證下的 C/C++/Objective C/Objective C++ 編譯器,其目標(之一)就是超越 GCC。

LLVM曆史

Apple(包括中後期的NeXT) 一直使用GCC作為官方的編譯器。GCC作為開源世界的編譯器標準一直做得不錯,但Apple對編譯工具會提出更高的要求。

一方面,是Apple對Objective-C語言(甚至後來對C語言)新增很多特性,但GCC開發者並不買Apple的帳——不給實現,因此索性後來兩者分成兩條分支分別開發,這也造成Apple的編譯器版本遠落後於GCC的官方版本。另一方面,GCC的代碼耦合度太高,不好獨立,而且越是後期的版本,代碼質量越差,但Apple想做的很多功能(比如更好的IDE支援)需要模組化的方式來調用GCC,但GCC一直不給做。甚至最近,《GCC運行環境豁免條款 (英文版)》從根本上限制了LLVM-GCC的開發。 所以,這種不和讓Apple一直在尋找一個高效的、模組化的、協議更放鬆的開源替代品,於是Apple請來了編譯器高材生Chris Lattner(2000年,本科畢業的Chris Lattner像中國多數大學生一樣,按部就班地考了GRE,最終前往UIUC(伊利諾大學厄巴納香檳分校),開始了艱苦讀計算機碩士和博士的生涯。在這階段,他不僅周遊美國各大景點,更是努力學習科學文化知識,翻爛了“龍書”(《Compilers: Principles, Techniques, and Tools》),成了GPA牛人【註:最終學分積4.0滿分】,以及不斷地研究探索關於編譯器的未知領域,發表了一篇又一篇的論文,是中國傳統觀念裡的“三好學生”。他的碩士畢業論文提出了一套完整的在編譯時、連結時、運行時甚至是在閑置時優化程序的編譯思想,直接奠定了LLVM的基礎。LLVM在他念博士時更加成熟,使用GCC作為前端來對用戶程序進行語義分析產生IF(Intermidiate Format),然後LLVM使用分析結果完成代碼優化和生成。這項研究讓他在2005年畢業時,成為小有名氣的編譯器專家,他也因此早早地被Apple相中,成為其編譯器項目的骨幹)。

剛進入Apple,Chris Lattner就大展身手:首先在OpenGL小組做代碼優化,把LLVM運行時的編譯架在OpenGL棧上,這樣OpenGL棧能夠產出更高效率的圖形代碼。如果顯卡足夠高級,這些代碼會直接扔入GPU執行。但對於一些不支援全部OpenGL特性的顯卡(比如當時的Intel GMA卡),LLVM則能夠把這些指令優化成高效的CPU指令,使程序依然能夠正常運行。這個強大的OpenGL實現被用在了後來發布的Mac OS X 10.5上。同時,LLVM的連結優化被直接加入到Apple的代碼連結器上,而LLVM-GCC也被同步到使用GCC4代碼。

Clang曆史

Apple吸收Chris Lattner的目的要比改進GCC代碼優化宏大得多——GCC系統龐大而笨重,而Apple大量使用的Objective-C在GCC中優先順序很低。此外GCC作為一個純粹的編譯系統,與IDE配合得很差。加之許可證方面的要求,Apple無法使用LLVM 繼續改進GCC的代碼質量。於是,Apple決定從零開始寫 C、C++、Objective-C語言的前端 Clang,完全替代掉GCC。

正像名字所寫的那樣,Clang只支援C,C++和Objective-C三種C家族語言。2007年開始開發,C編譯器最早完成,而由於Objective-C相對簡單,只是C語言的一個簡單擴展,很多情況下甚至可以等價地改寫為C語言對Objective-C運行庫的函數調用,因此在2009年時,已經完全可以用於生產環境。C++的支援也熱火朝天地進行著。

下面這張圖將顯示GCC、LLVM-GCC、LLVM Compiler這三個編譯選項的不同點:

GCC 編譯選項.jpg

對比

作為一種新的編譯器,我們來看Clang和GCC各有什麼優缺點:

Clang特性

快:通過編譯 OS X 上幾乎包含了所有 C 標頭檔的 carbon.h 的測試,包括預處理 (Preprocess),語法 (lex),解析 (parse),語義分析 (Semantic Analysis),抽象語法樹生成 (Abstract Syntax Tree) 的時間,Clang 是 Apple GCC 4.0 的 2.5x 快。

記憶體佔用小:Clang 記憶體佔用是源碼的 130%,Apple GCC 則超過 10x。

診斷資訊可讀性強:其中錯誤的語法不但有源碼提示,還會在錯誤的調用和相關上下文的下方有~~~~~和^的提示,相比之下 GCC 的提示很天書。

GCC 相容性。

設計清晰簡單,容易理解,易於擴展增強。與代碼基礎古老的 GCC 相比,學習曲線平緩。

基於庫的模組化設計,易於 IDE 整合及其他用途的重用。

由於歷史因素,GCC 是一個單一的可執行程序編譯器,其內部完成了從預處理到最後代碼生成的全部過程,中間諸多資訊都無法被其他程序重用。

Clang 將編譯過程分成彼此分離的幾個階段,AST 資訊可序列化。通過庫的支援,程序能夠獲取到 AST 級別的資訊,將大大增強對於代碼的操控能力。

對於 IDE 而言,代碼補全、重構是重要的功能,然而如果沒有底層的支援,只使用 tags 分析或是正則表達式匹配是很難達成的。

當然,GCC 也有其優勢:

支援 JAVA/ADA/FORTRAN

GCC 支援更多平台

GCC 更流行,廣泛使用,支援完備

GCC 基於 C,不需要 C++ 編譯器即可編譯

要選擇哪個

那麼三個編譯選項,要選擇哪一個呢?目前不推薦使用老的GCC4.2,因為蘋果不會維持它了,而且LLVM-GCC看起來會更好。
在項目中途改編譯選項可是一個大變動,所以,如果你要改,當然需要經過慎重完整的測試。

對新的項目而言,LLVM-GCC看起來應該是個安全的選擇,蘋果公司認為它夠穩定夠成熟,所以才把它當做Xcode 4的預設選項(你或許不會把穩定成熟這兩個字眼跟Xcode 4本身畫上等號),而且,既然選項使用的是GCC parser,向後相容性應該沒問題。

創作者介紹
BB

Welkin小窩

BB 發表在 痞客邦 留言(0) 人氣()