编译器(GNU & GCC & clang & llvm)

你的名字 2022-06-09 14:15 262阅读 0赞

转载自：http://blog.csdn.net/itianyi/article/details/43057279

前言：

很多时候，出现一些类似GNU,GCC,CLANG,LLVM等与编译器有关的名词的时候，都不太清楚它到底是干嘛的,理解这些东西后，

对于xcode中很多配置型的需求修改起来都会得心应手，因此有必要了解透彻他们直接的关系与区别。

1，GNU

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先看看wiki百科上的官方说明：

“GNU ，名称来自Gnu's Not Unix"的缩写，一个 [类UNIX][UNIX] 的 [操作系统][Link 1] ，由 [GNU计划][GNU] 推动，目标在于创建一个完全兼容于 [UNIX][UNIX 1] 的 [自由软件][Link 2] 环境。”

由于当时UNIX系统是商业软件，是收费的，而且有一部分源码是没有开放的，所以在 1983年， [理查德·斯托曼][Link 3] 提出 [GNU计划][GNU] ，希望发展出一套完整的开放源代码操作系统来取代Unix，计划中的操作系统，名为GNU。

因此，GNU的出现的目的就是为了取代UNIX系统。

但是操作系统是包括很多软件的，除了操作系统内核之外，还要有编辑器，编译器， shell等等一些软件来支持。

1989年， GNU项目中的其他部份，如编辑器、编译器、shell等都已经完成，独缺操作系统核心。1990年，自由软件基金会开始正式发展 [Hurd][] ，作为GNU项目中的操作系统。

注意：linux并不是GNU计划的一部分。linux只是使用了许多GNU计划软件(包括GCC编译器，文本编译器等)。

1991年，Linux出现，所有GNU项目中，运行于用户空间的软件，都可以在Linux上使用。许多开发者转向于Linux，Linux成为常见的GNU计划软件运行平台。 [理查德·斯托曼][Link 3] 主张，Linux操作系统使用了许多GNU计划软件，应正名为GNU/Linux，但没有得到Linux社区的一致认同，形成 [GNU/Linux命名争议][GNU_Linux] 。

1992年，Linux与其他GNU软件结合，完全自由的操作系统正式诞生。许多程序员参与了Linux的开发与修改，也经常将Linux当成开发GNU计划软件的平台。该操作系统往往被称为“ [GNU/Linux][GNU_Linux 1] ”或简称 [Linux][] 。但Linux本身不属于GNU计划的一部份，GNU计划自己的内核 [Hurd][Hurd 1] 依然在开发中， 但直到2013年为止，都还没有稳定版本发布。

GNU工程十几年以来已经成为一个对软件开发主要的影响力量，创造了无数的重要的工具，例如：强健的 [编译器][Link 4] ，有力的文本编辑器，甚至一个全功能的操作系统。这个工程是从1984年 [麻省理工学院][Link 5] 的程序员理查德·斯托曼的想法得来的，他想要创建一个自由的、和UNIX类似的操作环境。从那时开始，许多程序员聚集起来开始开发一个自由的、高质量、易理解的软件。

GNU计划采用了部分当时已经可自由使用的软件，例如 [TeX][] 排版系统和 [X Window][] 视窗系统等。不过GNU计划也开发了大批其他的自由软件，这些软件也被移植到其他操作系统平台上，例如 [Microsoft Windows][] 、 [BSD][] 家族、 [Solaris][] 及 [Mac OS][] 。

许多UNIX系统上也安装了GNU软件，因为GNU软件的质量比之前UNIX的软件还要好。

所以，GNU计划中的许多软件目前在所有的操作系统中都应用广泛(Unix，mac，linux，windows，bsd...)，最出名的就是GCC了

总结：

GNU计划本来是为了开发一个自由系统来取代UNIX的，但是由于开发的内核hurd一直不怎么样，这个系统至今都没出稳定版本，然而GNU计划中开发的其他一些自由软件，比如GCC编译器，却非常的好，在移植到各大操作系统上一直广泛使用至今。

注意一点：

文中说的自由软件，千万别与免费软件混淆了，自由是说你可以自由的使用，当然前提是获得了源码才能自由的使用。

比如，你在一个应用里面使用了gcc计划的软件，你卖自己的应用多少钱你自己定。免费的软件不一定是开源的。

2，GCC

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先看看wiki百科上的官方说明：

“ GCC （ GNU Compiler Collection ， GNU编译器套装 ），是一套由 [GNU][GNU 1] 开发的 [编程语言][Link 6] [编译器][Link 4] 。它是一套以 [GPL][] 及 [LGPL][] 许可证所发布的 [自由软件][Link 2] ，也是 [GNU项目][GNU] 的关键部分，亦是自由的 [类Unix][Unix] 及苹果电脑 [Mac OS X][]   [操作系统][Link 7] 的标准编译器。GCC（特别是其中的C语言编译器）也常被认为是跨平台编译器的事实标准。

GCC原名为GNU C语言编译器（GNU C Compiler），因为它原本只能处理[C语言][C]。GCC很快地扩展，变得可处理[C++][C 1]。之后也变得可处理[Fortran][]、[Pascal][]、[Objective-C][]、[Java][]、[Ada][]，以及[Go][]与其他语言。

原本用C开发，后来因为 [LLVM][] 、 [Clang][] 的崛起，令GCC更快将开发语言转换为C++。许多C的爱好者在对C++一知半解的情况下主观认定C++的性能一定会输给C，但是Taylor给出了不同的意见，并表明C++不但性能不输给C，而且能设计出更好，更容易维护的程序  ”

由于GCC已成为GNU系统的官方编译器（包括[GNU/Linux][Linux]家族），它也成为编译与创建其他操作系统的主要编译器，包括[BSD][]家族、[Mac OS X][]、[NeXTSTEP][]与[BeOS][]。

GCC通常是跨平台软件的编译器首选。有别于一般局限于特定系统与运行环境的编译器，GCC在所有平台上都使用同一个前端处理程序，产生一样的中介码，因此此中介码在各个其他平台上使用GCC编译，有很大的机会可得到正确无误的输出程序。

总结：

mac之前的cocoa框架便是用GCC编译的，所以ios与mac os都是默认使用的GCC编译器(现在是clang与llvm，下面会有介绍）

android的系统层因为是linux内核，自然也是GCC编译的，但是android的app因为是运行在Dalvik虚拟机 ， 所以用的不是GCC。

windows的应用，大部分都是使用的vs系列的编译器，毕竟是windows自家的编译器，用到GCC的不多。

3，Clang

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先看看wiki百科上的官方说明：  [http://zh.wikipedia.org/wiki/Clang][Clang]

“  Clang  是一个 [C][] 、 [C++][C 1] 、 [Objective-C][] 和 [Objective-C++][Objective-C 1] 编程语言的 [编译器][Link 8] 前端。它采用了 [底层虚拟机][LLVM] （LLVM）作为其后端。

它的目标是提供一个 [GNU编译器套装][GNU 2] （GCC）的替代品。  Clang项目包括Clang前端和Clang静态分析器等。

这个软件项目在2005年由[苹果电脑][Link 9]发起，是[LLVM][]编译器工具集的前端（front-end），目的是输出代码对应的抽象语法树（Abstract Syntax Tree, AST），并将代码编译成LLVM Bitcode。接着在后端（back-end）使用LLVM编译成平台相关的[机器语言][Link 10] 。Clang支持C、C++、Objective C。

Clang本身性能优异，其生成的AST所耗用掉的内存仅仅是GCC的20%左右。FreeBSD 10将Clang/LLVM作为默认编译器.

测试证明Clang编译Objective-C代码时速度为GCC的3倍 ，还能针对用户发生的编译错误准确地给出建议 。

总结：

GCC目前作为跨平台编译器来说它的兼容性无异是最强的，兼容最强肯定是以牺牲一定的性能为基础的，苹果为了提高性能，因此专门针对mac系统开发了专用的编译器clang与llvm，clang用于编译器前段，llvm用于后端。

3，LLVM

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先看看wiki百科上的官方说明： [http://zh.wikipedia.org/wiki/LLVM][LLVM]

“  LLVM ， 它是一个 [编译器][Link 8] 的基础建设，以 [C++][C 1] 写成。它是为了任意一种编程语言写成的程序，利用 [虚拟技术][Link 11] ，创造出 [编译时期][Link 8] ， [链结时期][Link 12] ， [运行时期][Link 13] 以及“闲置时期”的优化。

在Xcode4之后，苹果将Xcode的默认编译器变成了LLVM，为什么呢？

LLVM历史

Apple（包括中后期的NeXT） 一直使用GCC作为官方的编译器。GCC作为开源世界的编译器标准一直做得不错，但Apple对编译工具会提出更高的要求。

一方面，是Apple对Objective-C语言（甚至后来对C语言）新增很多特性，但GCC开发者并不买Apple的帐——不给实现，因此索性后来两者分成两条分支分别开发，这也造成Apple的编译器版本远落后于GCC的官方版本。另一方面，GCC的代码耦合度太高，不好独立，而且越是后期的版本，代码质量越差，但Apple想做的很多功能（比如更好的IDE支持）需要模块化的方式来调用GCC，但GCC一直不给做，从根本上限制了LLVM-GCC的开发。 所以，这种不和让Apple一直在寻找一个高效的、模块化的、协议更放松的开源替代品，于是Apple请来了编译器高材生Chris Lattner， LLVM就这样产生了。

Clang历史

Apple吸收Chris Lattner的目的要比改进GCC代码优化宏大得多——GCC系统庞大而笨重，而Apple大量使用的Objective-C在GCC中优先级很低。此外GCC作为一个纯粹的编译系统，与IDE配合得很差。加之许可证方面的要求，Apple无法使用LLVM 继续改进GCC的代码质量。于是，Apple决定从零开始写 C、C++、Objective-C语言的前端 Clang，完全替代掉GCC。

正像名字所写的那样，Clang只支持C，C++和Objective-C三种C家族语言。[2007年开始开发][2007]，C编译器最早完成，而由于Objective-C相对简单，只是C语言的一个简单扩展，很多情况下甚至可以等价地改写为C语言对Objective-C运行库的函数调用，因此在2009年时，已经完全可以用于生产环境。C++的支持也热火朝天地进行着。

更详细的原因：

Xcode编译器介绍:  [http://www.cnblogs.com/ydhliphonedev/archive/2012/08/29/2661726.html][http_www.cnblogs.com_ydhliphonedev_archive_2012_08_29_2661726.html]

总结：

因为GCC的编译器已经慢慢无法满足苹果的需求，因此，苹果开发了Clang与LLVM来完全取代GCC，Xcode4之后，苹果的默认编译器已经是LLVM了。Clang作为编译器前端，LLVM作为编译器后端。

在Xcode6.0中查看默认编译器： ![Image 1][]

4，编译器相关知识

问题：苹果以clang作为编译器前端，llvm作为编译器后端，那么编译器的前后端到底是什么东西呢？

我们先回到一个常识性的问题，什么是编译器呢？简单地说，编译器可以看作是一个语言翻译器。就像把中文翻译成英语一样，编译器可以把高级语言翻译成计算机能够执行的机器语言。这样看来，GCC可以算得上是一个精通多国语言的高级翻译官了。

最简单的GCC使用指令如下所示：

> gcc  hello.c  -o  hello

GCC接受hello.c作为输入，最后产生目标可执行代码hello。这个简单的流程实际上经历了很多步骤，如下图所示：

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虽然我们只用了一条命令就完成了编译，但实际上gcc命令依次呼叫了cpp，gcc自己，gas以及ld来进行完整的编译流程，最后生成最终的可执行文件hello。

学过编译原理这门课程的同学对下面这副图应该很熟悉，这是经典的编译流程。

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下面以GCC编译器为例，GCC作为经典的编译器，自然也是遵循这个教科书流程（实际GCC的处理更复杂点，但本质上是一样的）。我们先简化一下上面这幅图，以中间代码为分界，前面的词法分析、语法分析、语义分析我们把它称之为前端处理，后面的优化和目标代码生成我们称之为后端处理。

试想一下，是否可以为不同的高级语言单独写一个前端，然后为不同的处理器架构单独写一个后端呢？

![Image 1][]

GCC基本上也是这么实现的，不过不要误会，并没有一个统一的gcc执行程序能够处理如此多的前端和后端，每个语言的编译器都是一个独立的程序（如C语言的编译器是gcc，C++的编译器是g++），而不同的后端也要对应不同的可执行程序。你可以下载单独的一份GCC源代码，通过不同的configure来生成自己需要的编译器。

而且，编译器的实现也比上图要复杂的多，前端的主要功能是产生一个可供后端处理的语法树，而语法树结构实际上很难与处理器架构脱钩，这些都是编译器应用中需要解决的问题。

GCC强大的真正原因是什么？是因为它支持了众多的前端和后端吗？这些都不过是一个表象而已。GCC是一款真正自由的编译器，我们可以随时把代码拿过来修改以实现自己需要的功能。如果你的硬件平台增加了一些指令，而普通的编译器并不能产生这些指令怎么办？在GCC后端添加这些指令吧。如果你觉得C语言用的不太顺手，想给它添加一些功能怎么办？修改GCC的前端吧。因为有了GCC，我们才拥有这些自由，以及迅速实现自己想法的能力，而这些才是GCC强大背后的基础。

更详细的关于GCC： [http://blog.csdn.net/itianyi/article/details/43054199][http_blog.csdn.net_itianyi_article_details_43054199]

这篇文章也不错

http://www.cnblogs.com/ydhliphonedev/archive/2012/08/29/2661726.html

[Image 1]: 
[UNIX]: http://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%A1%9EUNIX
[Link 1]: http://zh.wikipedia.org/wiki/%E4%BD%9C%E6%A5%AD%E7%B3%BB%E7%B5%B1
[GNU]: http://zh.wikipedia.org/wiki/GNU%E8%A8%88%E5%8A%83
[UNIX 1]: http://zh.wikipedia.org/wiki/UNIX
[Link 2]: http://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%87%AA%E7%94%B1%E8%BB%9F%E9%AB%94
[Link 3]: http://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%90%86%E6%9F%A5%E5%BE%B7%C2%B7%E6%96%AF%E6%89%98%E6%9B%BC
[Hurd]: http://zh.wikipedia.org/wiki/Hurd
[GNU_Linux]: http://zh.wikipedia.org/wiki/GNU/Linux%E5%91%BD%E5%90%8D%E7%88%AD%E8%AD%B0
[GNU_Linux 1]: http://zh.wikipedia.org/wiki/GNU/Linux
[Linux]: http://zh.wikipedia.org/wiki/Linux
[Hurd 1]: http://zh.wikipedia.org/wiki/Hurd%E5%86%85%E6%A0%B8
[Link 4]: http://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%BC%96%E8%AF%91%E5%99%A8
[Link 5]: http://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%BA%BB%E7%9C%81%E7%90%86%E5%B7%A5%E5%AD%A6%E9%99%A2
[TeX]: http://zh.wikipedia.org/wiki/TeX
[X Window]: http://zh.wikipedia.org/wiki/X_Window
[Microsoft Windows]: http://zh.wikipedia.org/wiki/Microsoft_Windows
[BSD]: http://zh.wikipedia.org/wiki/BSD
[Solaris]: http://zh.wikipedia.org/wiki/Solaris
[Mac OS]: http://zh.wikipedia.org/wiki/Mac_OS
[GNU 1]: http://zh.wikipedia.org/wiki/GNU
[Link 6]: http://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%B7%A8%E7%A8%8B%E8%AA%9E%E8%A8%80
[GPL]: http://zh.wikipedia.org/wiki/GPL
[LGPL]: http://zh.wikipedia.org/wiki/LGPL
[Unix]: http://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%B1%BBUnix
[Mac OS X]: http://zh.wikipedia.org/wiki/Mac_OS_X
[Link 7]: http://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%93%8D%E4%BD%9C%E7%B3%BB%E7%B5%B1
[C]: http://zh.wikipedia.org/wiki/C%E8%AA%9E%E8%A8%80
[C 1]: http://zh.wikipedia.org/wiki/C%2B%2B
[Fortran]: http://zh.wikipedia.org/wiki/Fortran
[Pascal]: http://zh.wikipedia.org/wiki/Pascal_%28%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E8%AA%9E%E8%A8%80%29
[Objective-C]: http://zh.wikipedia.org/wiki/Objective-C
[Java]: http://zh.wikipedia.org/wiki/Java
[Ada]: http://zh.wikipedia.org/wiki/Ada
[Go]: http://zh.wikipedia.org/wiki/Go
[LLVM]: http://zh.wikipedia.org/wiki/LLVM
[Clang]: http://zh.wikipedia.org/wiki/Clang
[NeXTSTEP]: http://zh.wikipedia.org/wiki/NeXTSTEP
[BeOS]: http://zh.wikipedia.org/wiki/BeOS
[Objective-C 1]: http://zh.wikipedia.org/wiki/Objective-C%2B%2B
[Link 8]: http://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%B7%A8%E8%AD%AF%E5%99%A8
[GNU 2]: http://zh.wikipedia.org/wiki/GCC
[Link 9]: http://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%98%8B%E6%9E%9C%E9%9B%BB%E8%85%A6
[Link 10]: http://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%A9%9F%E5%99%A8%E8%AA%9E%E8%A8%80
[Link 11]: http://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%99%9B%E6%93%AC%E6%8A%80%E8%A1%93
[Link 12]: http://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%93%BE%E6%8E%A5%E5%99%A8
[Link 13]: http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%9F%B7%E8%A1%8C%E6%99%82%E6%9C%9F
[2007]: http://lists.cs.uiuc.edu/pipermail/cfe-dev/2007-July/000000.html
[http_www.cnblogs.com_ydhliphonedev_archive_2012_08_29_2661726.html]: http://www.cnblogs.com/ydhliphonedev/archive/2012/08/29/2661726.html
[http_blog.csdn.net_itianyi_article_details_43054199]: http://blog.csdn.net/itianyi/article/details/43054199