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基本介紹

GCC（GNU Compiler Collection，GNU編譯(yi)器(qi)套件(jian)）是由(you)GNU開發的(de)編程語言(yan)譯(yi)器(qi)。GNU編譯(yi)器(qi)套件(jian)包括C、C++、Objective-C、 Fortran、Java、Ada和Go語言(yan)前(qian)端，也(ye)包括了這些語言(yan)的(de)庫（如libstdc++，libgcj等。）

GCC的(de)(de)初衷是為GNU操(cao)作系(xi)統(tong)專門(men)編寫的(de)(de)一款編譯器。GNU系(xi)統(tong)是徹底的(de)(de)自由軟件。此處，“自由”的(de)(de)含義是它尊重用戶的(de)(de)自由。

產品設計

GCC的外部接口長得像一(yi)個(ge)(ge)標準的Unix編(bian)(bian)譯(yi)器(qi)。使(shi)用(yong)者(zhe)在命令列下鍵入(ru)(ru)gcc之程(cheng)序(xu)名，以(yi)及一(yi)些命令參數，以(yi)便決定每個(ge)(ge)輸入(ru)(ru)檔案(an)使(shi)用(yong)的個(ge)(ge)別(bie)語言編(bian)(bian)譯(yi)器(qi)，并為輸出程(cheng)序(xu)碼使(shi)用(yong)適合(he)此硬件平臺的組合(he)語言編(bian)(bian)譯(yi)器(qi)，并且選擇性地執行連接器(qi)以(yi)制造可執行的程(cheng)序(xu)。

每個(ge)語言(yan)編譯器(qi)(qi)(qi)都是獨(du)立程序(xu)，此程序(xu)可處理輸入的(de)原始碼(ma)，并(bing)(bing)輸出組(zu)合語言(yan)碼(ma)。全部的(de)語言(yan)編譯器(qi)(qi)(qi)都擁有共通(tong)的(de)中介架(jia)構(gou)：一個(ge)前端解(jie)析符合此語言(yan)的(de)原始碼(ma)，并(bing)(bing)產生一抽(chou)象語法樹(shu)，以及一翻譯此語法樹(shu)成為(wei)GCC的(de)暫存器(qi)(qi)(qi)轉換語言(yan)〈RTL〉的(de)后端。編譯器(qi)(qi)(qi)最佳化與(yu)靜(jing)態程序(xu)碼(ma)解(jie)析技術(shu)（例如(ru)FORTIFY_SOURCE，一個(ge)試圖發現緩沖(chong)區溢位〈buffer overflow〉的(de)編譯器(qi)(qi)(qi)）在(zai)此階段應用于程序(xu)碼(ma)上。最后，適用于此硬件架(jia)構(gou)的(de)組(zu)合語言(yan)程序(xu)碼(ma)以Jack Davidson與(yu)Chris Fraser發明的(de)算法產出。

幾乎全部(bu)的GCC都由(you)C寫成，除了(le)Ada前端大部(bu)分以Ada寫成。

前端接口

前端(duan)的功能在(zai)于產(chan)生一個可(ke)讓(rang)后端(duan)處理(li)之語法樹。此語法解析器是手寫之遞(di)歸語法解析器。

直到2004年(nian)，程序的語(yu)(yu)法樹(shu)結(jie)構尚無(wu)法與欲產(chan)出(chu)的處理器(qi)架構脫鉤。而語(yu)(yu)法樹(shu)的規(gui)則有時在不同的語(yu)(yu)言前(qian)端也不一樣，有些前(qian)端會提供它們特別的語(yu)(yu)法樹(shu)規(gui)則。

在2005年，兩種與(yu)語(yu)言(yan)脫(tuo)鉤的(de)新型態(tai)語(yu)法樹(shu)(shu)納入(ru)GCC中。它(ta)們稱為(wei)GENERIC與(yu)GIMPLE。語(yu)法解析變成產(chan)生與(yu)語(yu)言(yan)相關的(de)暫時語(yu)法樹(shu)(shu)，再將(jiang)它(ta)們轉成GENERIC。之后(hou)再使用(yong)"gimplifier"技術降低GENERIC的(de)復雜結構，成為(wei)一(yi)(yi)較簡單的(de)靜態(tai)唯一(yi)(yi)形(xing)式（Static Single Assignment form，SSA）基礎的(de)GIMPLE形(xing)式。此形(xing)式是一(yi)(yi)個與(yu)語(yu)言(yan)和處理器(qi)架構脫(tuo)鉤的(de)全(quan)域最佳化通(tong)用(yong)語(yu)言(yan)，適用(yong)于大多數的(de)現(xian)代編(bian)程語(yu)言(yan)。

中介接口

一般編(bian)譯器作者會將(jiang)語法樹的(de)最(zui)佳(jia)化(hua)放在前端(duan)，但(dan)其(qi)實(shi)此步驟(zou)(zou)并不看語言(yan)的(de)種類(lei)而有不同，且(qie)不需要用到語法解(jie)析器。因(yin)此GCC作者們將(jiang)此步驟(zou)(zou)歸入通(tong)稱為中介階段的(de)部分(fen)里。此類(lei)的(de)最(zui)佳(jia)化(hua)包(bao)括消(xiao)解(jie)死(si)碼、消(xiao)解(jie)重復運(yun)算與全(quan)域數值重編(bian)碼等。許多最(zui)佳(jia)化(hua)技巧也(ye)正在實(shi)作中。

后端接口

GCC后端的(de)(de)行為因不(bu)(bu)(bu)同的(de)(de)前處理(li)器宏(hong)和特定架構的(de)(de)功能而(er)不(bu)(bu)(bu)同，例如不(bu)(bu)(bu)同的(de)(de)字符尺(chi)寸、呼叫方式與大(da)小尾序等。后端接口的(de)(de)前半部利用這些(xie)訊息(xi)決(jue)定其RTL的(de)(de)生成形(xing)式，因此雖然GCC的(de)(de)RTL理(li)論上不(bu)(bu)(bu)受處理(li)器影響，但在(zai)此階段其抽象指令(ling)已被轉(zhuan)換成目(mu)標架構的(de)(de)格式。

GCC的最(zui)佳(jia)(jia)化(hua)技巧依其釋出版本而有很大不同，但都包含了(le)標準的最(zui)佳(jia)(jia)化(hua)算(suan)法(fa)(fa)，例如循環最(zui)佳(jia)(jia)化(hua)、執行緒跳(tiao)躍、共通程(cheng)序子句(ju)消減、指令排程(cheng)等等。而RTL的最(zui)佳(jia)(jia)化(hua)由于可用的情(qing)形較少，且缺乏較高階(jie)的資訊，因此相(xiang)比較起來，增加的GIMPLE語法(fa)(fa)樹形式，便(bian)顯得比較不重要。

后端經由一次重讀取步驟(zou)后，利(li)用(yong)描述目標(biao)處(chu)理器(qi)的(de)指令(ling)集時所(suo)取得的(de)信息(xi)，將抽象暫存器(qi)替換成處(chu)理器(qi)的(de)真實暫存器(qi)。此階段非常(chang)復雜(za)，因為它必須關注所(suo)有GCC可移植平臺的(de)處(chu)理器(qi)指令(ling)集的(de)規格(ge)與(yu)技術(shu)細節。

后端的最后步(bu)驟相當公式(shi)化，僅僅將前一(yi)階段(duan)得到的匯編語(yu)言代碼(ma)藉由簡(jian)單的子(zi)例(li)程轉換(huan)其暫存器(qi)與內存位置成相對(dui)應(ying)的機(ji)器(qi)碼(ma)。

特色功能

以2006年5月24日釋出的4.1.1版(ban)為準(zhun)，本編譯器(qi)版(ban)本可(ke)處理下列語言：

Ada〈GNAT〉

C〈GCC〉

C++（G++）

Fortran〈Fortran77:G77,Fortran90:GFORTRAN〉

Java〈編(bian)譯器：GCJ；解(jie)釋器：GIJ〉

Objective-C〈GOBJC〉

Objective-C++

先前版本(ben)納入(ru)的(de)CHILL前端由于缺(que)乏維護而(er)被廢(fei)棄。

Fortran前(qian)端在4.0版之前(qian)是G77，此(ci)前(qian)端僅支援Fortran77。在本版本中，G77被廢棄(qi)而(er)采用更新的GFortran，因為此(ci)前(qian)端支援Fortran95。

下列(lie)前端依然(ran)存在(zai)：

Modula-2

Modula-3

Pascal

PL/I

D語言

Mercury

VHDL