基本介紹

GCC（GNU Compiler Collection，GNU編譯器套件）是由GNU開發(fā)的編程語(yǔ)言譯器。GNU編譯器套件包括C、C++、Objective-C、 Fortran、Java、Ada和Go語(yǔ)言前端，也包括了這些語(yǔ)言的庫(kù)（如libstdc++，libgcj等。）

GCC的初衷是為GNU操作系統(tǒng)專門編寫的一款編譯器。GNU系統(tǒng)是徹底的自由軟件。此處，“自由”的含義是它尊重用戶的自由。

產(chǎn)品設(shè)計(jì)

GCC的外部接口長(zhǎng)得像一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的Unix編譯器。使用者在命令列下鍵入gcc之程序名，以及一些命令參數(shù)，以便決定每個(gè)輸入檔案使用的個(gè)別語(yǔ)言編譯器，并為輸出程序碼使用適合此硬件平臺(tái)的組合語(yǔ)言編譯器，并且選擇性地執(zhí)行連接器以制造可執(zhí)行的程序。

每個(gè)語(yǔ)言編譯器都是獨(dú)立程序，此程序可處理輸入的原始碼，并輸出組合語(yǔ)言碼。全部的語(yǔ)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(yǔ)言的原始碼，并產(chǎn)生一抽象語(yǔ)法樹，以及一翻譯此語(yǔ)法樹成為GCC的暫存器轉(zhuǎn)換語(yǔ)言〈RTL〉的后端。編譯器最佳化與靜態(tài)程序碼解析技術(shù)（例如FORTIFY_SOURCE，一個(gè)試圖發(fā)現(xiàn)緩沖區(qū)溢位〈buffer overflow〉的編譯器）在此階段應(yīng)用于程序碼上。最后，適用于此硬件架構(gòu)的組合語(yǔ)言程序碼以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。

前端接口

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

直到2004年，程序的語(yǔ)法樹結(jié)構(gòu)尚無(wú)法與欲產(chǎn)出的處理器架構(gòu)脫鉤。而語(yǔ)法樹的規(guī)則有時(shí)在不同的語(yǔ)言前端也不一樣，有些前端會(huì)提供它們特別的語(yǔ)法樹規(guī)則。

在2005年，兩種與語(yǔ)言脫鉤的新型態(tài)語(yǔ)法樹納入GCC中。它們稱為GENERIC與GIMPLE。語(yǔ)法解析變成產(chǎn)生與語(yǔ)言相關(guān)的暫時(shí)語(yǔ)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(jiǎn)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(yǔ)言和處理器架構(gòu)脫鉤的全域最佳化通用語(yǔ)言，適用于大多數(shù)的現(xiàn)代編程語(yǔ)言。

中介接口

一般編譯器作者會(huì)將語(yǔ)法樹的最佳化放在前端，但其實(shí)此步驟并不看語(yǔ)言的種類而有不同，且不需要用到語(yǔ)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。此類的最佳化包括消解死碼、消解重復(fù)運(yùn)算與全域數(shù)值重編碼等。許多最佳化技巧也正在實(shí)作中。

后端接口

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、呼叫方式與大小尾序等。后端接口的前半部利用這些訊息決定其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的最佳化技巧依其釋出版本而有很大不同，但都包含了標(biāo)準(zhǔn)的最佳化算法，例如循環(huán)最佳化、執(zhí)行緒跳躍、共通程序子句消減、指令排程等等。而RTL的最佳化由于可用的情形較少，且缺乏較高階的資訊，因此相比較起來(lái)，增加的GIMPLE語(yǔ)法樹形式，便顯得比較不重要。

后端經(jīng)由一次重讀取步驟后，利用描述目標(biāo)處理器的指令集時(shí)所取得的信息，將抽象暫存器替換成處理器的真實(shí)暫存器。此階段非常復(fù)雜，因?yàn)樗仨氷P(guān)注所有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(yǔ)言代碼藉由簡(jiǎn)單的子例程轉(zhuǎn)換其暫存器與內(nèi)存位置成相對(duì)應(yīng)的機(jī)器碼。

特色功能

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(yǔ)言：

Ada〈GNAT〉

C〈GCC〉

C++（G++）

Fortran〈Fortran77:G77,Fortran90: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，此前端僅支援Fortran77。在本版本中，G77被廢棄而采用更新的GFortran，因?yàn)榇饲岸酥г瓼ortran95。

下列前端依然存在：

Modula-2

Modula-3

Pascal

PL/I

D語(yǔ)言

Mercury

VHDL