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Gcc

Gcc（GNU Compiler Collection，GNU編譯器套件）是由GNU開發的編程語言編譯器，包括了C、C++、Objective-C、Fortran、Java、Ada和Go語言前端，也包括了這些語言的庫（如libstdc++，libgcj等）。GCC的初衷是為GNU操作系統專門編寫一款編譯器，現已被大多數類Unix操作系統（如Linux、BSD、Mac OS X等）采納為標準的編譯器，甚至在微軟的Windows上也可以使用GCC。

外文名稱： GNU Compiler Collection

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基本介紹

GCC（GNU Compiler Collection，GNU編譯(yi)器套(tao)件）是由GNU開發的(de)編程語(yu)言(yan)譯(yi)器。GNU編譯(yi)器套(tao)件包括(kuo)C、C++、Objective-C、 Fortran、Java、Ada和Go語(yu)言(yan)前端，也包括(kuo)了這些語(yu)言(yan)的(de)庫（如libstdc++，libgcj等(deng)。）

GCC的(de)初(chu)衷是為(wei)GNU操作系統專門編(bian)寫的(de)一(yi)款編(bian)譯器。GNU系統是徹底的(de)自(zi)由軟件。此處(chu)，“自(zi)由”的(de)含義是它尊重用戶的(de)自(zi)由。

產品設計

GCC的外部接口長得像一個標準的Unix編譯(yi)(yi)器。使用者在命(ming)(ming)令(ling)列下鍵入gcc之程序名，以(yi)(yi)(yi)及一些命(ming)(ming)令(ling)參數(shu)，以(yi)(yi)(yi)便決(jue)定每個輸入檔案使用的個別語言編譯(yi)(yi)器，并為輸出程序碼(ma)使用適合此硬(ying)件平臺(tai)的組合語言編譯(yi)(yi)器，并且選擇性地(di)執(zhi)行(xing)連(lian)接器以(yi)(yi)(yi)制造可執(zhi)行(xing)的程序。

每(mei)個語(yu)(yu)(yu)言(yan)(yan)編(bian)(bian)譯(yi)(yi)器(qi)都是獨(du)立程(cheng)序，此(ci)(ci)程(cheng)序可處理輸入(ru)的(de)(de)原始碼(ma)，并(bing)輸出(chu)組合語(yu)(yu)(yu)言(yan)(yan)碼(ma)。全部的(de)(de)語(yu)(yu)(yu)言(yan)(yan)編(bian)(bian)譯(yi)(yi)器(qi)都擁(yong)有共(gong)通的(de)(de)中介架構：一個前端解析符合此(ci)(ci)語(yu)(yu)(yu)言(yan)(yan)的(de)(de)原始碼(ma)，并(bing)產生一抽象語(yu)(yu)(yu)法(fa)樹，以及(ji)一翻譯(yi)(yi)此(ci)(ci)語(yu)(yu)(yu)法(fa)樹成為(wei)GCC的(de)(de)暫存器(qi)轉換語(yu)(yu)(yu)言(yan)(yan)〈RTL〉的(de)(de)后端。編(bian)(bian)譯(yi)(yi)器(qi)最(zui)佳化與(yu)靜(jing)態程(cheng)序碼(ma)解析技術（例如FORTIFY_SOURCE，一個試(shi)圖發(fa)現(xian)緩沖(chong)區(qu)溢位〈buffer overflow〉的(de)(de)編(bian)(bian)譯(yi)(yi)器(qi)）在(zai)此(ci)(ci)階段應用于程(cheng)序碼(ma)上。最(zui)后，適用于此(ci)(ci)硬(ying)件架構的(de)(de)組合語(yu)(yu)(yu)言(yan)(yan)程(cheng)序碼(ma)以Jack Davidson與(yu)Chris Fraser發(fa)明(ming)的(de)(de)算法(fa)產出(chu)。

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(yu)產生一個(ge)可讓后端處理(li)之語法樹。此語法解析器是(shi)手(shou)寫之遞歸語法解析器。

直到2004年，程序的(de)語(yu)(yu)法樹結構尚無法與欲產出的(de)處理(li)器(qi)架(jia)構脫(tuo)鉤。而(er)語(yu)(yu)法樹的(de)規則有時在不同的(de)語(yu)(yu)言前(qian)端(duan)(duan)也不一樣(yang)，有些前(qian)端(duan)(duan)會(hui)提(ti)供它們特別的(de)語(yu)(yu)法樹規則。

在2005年(nian)，兩種與(yu)語(yu)(yu)言脫鉤的新型(xing)態(tai)語(yu)(yu)法樹納入(ru)GCC中。它(ta)們稱為GENERIC與(yu)GIMPLE。語(yu)(yu)法解析(xi)變成(cheng)產(chan)生(sheng)與(yu)語(yu)(yu)言相關(guan)的暫時語(yu)(yu)法樹，再將(jiang)它(ta)們轉成(cheng)GENERIC。之(zhi)后再使用"gimplifier"技(ji)術降低GENERIC的復雜結構，成(cheng)為一較簡單的靜態(tai)唯一形式（Static Single Assignment form，SSA）基礎的GIMPLE形式。此形式是一個(ge)與(yu)語(yu)(yu)言和(he)處理(li)器架構脫鉤的全域最(zui)佳化通用語(yu)(yu)言，適用于大多數(shu)的現代編程語(yu)(yu)言。

中介接口

一般(ban)編(bian)(bian)譯器(qi)作(zuo)(zuo)者(zhe)會將(jiang)語法(fa)樹的(de)(de)最佳(jia)化(hua)放在(zai)前端(duan)，但其實此步驟(zou)并不(bu)看語言的(de)(de)種類(lei)而有(you)不(bu)同，且不(bu)需要用到語法(fa)解析器(qi)。因(yin)此GCC作(zuo)(zuo)者(zhe)們將(jiang)此步驟(zou)歸入通(tong)稱(cheng)為中介(jie)階(jie)段(duan)的(de)(de)部分里。此類(lei)的(de)(de)最佳(jia)化(hua)包括(kuo)消解死碼(ma)、消解重(zhong)復運(yun)算與全域數值重(zhong)編(bian)(bian)碼(ma)等。許多最佳(jia)化(hua)技巧也正在(zai)實作(zuo)(zuo)中。

后端接口

GCC后端的(de)(de)行(xing)為因(yin)不(bu)同的(de)(de)前(qian)處(chu)理器宏和(he)特定架(jia)構的(de)(de)功能而不(bu)同，例如不(bu)同的(de)(de)字符尺寸、呼叫方式與大小尾序等。后端接口的(de)(de)前(qian)半部(bu)利用這些訊息決定其(qi)RTL的(de)(de)生成形式，因(yin)此雖然GCC的(de)(de)RTL理論上不(bu)受(shou)處(chu)理器影響(xiang)，但在此階段其(qi)抽(chou)象(xiang)指(zhi)令已被轉換成目標架(jia)構的(de)(de)格式。

GCC的(de)(de)最(zui)佳(jia)(jia)化(hua)(hua)(hua)(hua)技(ji)巧依其(qi)釋出(chu)版本(ben)而有很大不(bu)同，但都包(bao)含了標準(zhun)的(de)(de)最(zui)佳(jia)(jia)化(hua)(hua)(hua)(hua)算法，例如循環最(zui)佳(jia)(jia)化(hua)(hua)(hua)(hua)、執(zhi)行緒跳躍、共通程序(xu)子(zi)句消(xiao)減、指令排程等等。而RTL的(de)(de)最(zui)佳(jia)(jia)化(hua)(hua)(hua)(hua)由(you)于可用的(de)(de)情形(xing)較(jiao)少，且缺(que)乏較(jiao)高階的(de)(de)資訊，因此相(xiang)比(bi)較(jiao)起來，增加(jia)的(de)(de)GIMPLE語法樹形(xing)式(shi)，便顯(xian)得比(bi)較(jiao)不(bu)重要。

后端經由(you)一次重(zhong)讀取(qu)步驟后，利用(yong)描述目標(biao)處(chu)(chu)理(li)器的指(zhi)令(ling)集時所取(qu)得的信息，將抽象暫存(cun)器替換成處(chu)(chu)理(li)器的真實暫存(cun)器。此(ci)階段(duan)非常復雜，因為它必(bi)須(xu)關注所有GCC可移植平臺的處(chu)(chu)理(li)器指(zhi)令(ling)集的規格與技術細節。

后端(duan)的(de)(de)最后步驟相當公式化，僅僅將前一階段得到(dao)的(de)(de)匯編(bian)語言代碼(ma)藉由簡單(dan)的(de)(de)子例程轉換其暫存(cun)器與內存(cun)位置成相對應(ying)的(de)(de)機器碼(ma)。