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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(bian)譯器(qi)套(tao)件）是由GNU開發的(de)(de)編(bian)程語言譯器(qi)。GNU編(bian)譯器(qi)套(tao)件包(bao)括C、C++、Objective-C、 Fortran、Java、Ada和Go語言前端，也包(bao)括了這些(xie)語言的(de)(de)庫（如libstdc++，libgcj等。）

GCC的初衷是(shi)為(wei)GNU操作(zuo)系(xi)統專門編寫(xie)的一(yi)款編譯器(qi)。GNU系(xi)統是(shi)徹底的自(zi)由軟件。此(ci)處，“自(zi)由”的含義是(shi)它(ta)尊(zun)重用戶的自(zi)由。

產品設計

GCC的(de)(de)外部接口長得像一(yi)個標準的(de)(de)Unix編(bian)譯(yi)器。使(shi)用者在命(ming)令列下(xia)鍵入gcc之程(cheng)(cheng)序名(ming)，以及一(yi)些命(ming)令參數，以便決定每個輸入檔案使(shi)用的(de)(de)個別(bie)語言編(bian)譯(yi)器，并為(wei)輸出程(cheng)(cheng)序碼使(shi)用適合此硬(ying)件平臺的(de)(de)組合語言編(bian)譯(yi)器，并且選(xuan)擇性(xing)地執行(xing)(xing)連接器以制造可執行(xing)(xing)的(de)(de)程(cheng)(cheng)序。

每個(ge)語(yu)言(yan)(yan)編(bian)譯(yi)(yi)器(qi)(qi)都是獨立(li)程(cheng)序(xu)，此程(cheng)序(xu)可處理輸入的(de)原(yuan)始碼(ma)，并(bing)輸出(chu)組合(he)(he)語(yu)言(yan)(yan)碼(ma)。全部的(de)語(yu)言(yan)(yan)編(bian)譯(yi)(yi)器(qi)(qi)都擁有共通的(de)中介架(jia)構(gou)：一(yi)個(ge)前端解(jie)析符合(he)(he)此語(yu)言(yan)(yan)的(de)原(yuan)始碼(ma)，并(bing)產生一(yi)抽象語(yu)法樹，以及一(yi)翻譯(yi)(yi)此語(yu)法樹成為GCC的(de)暫存器(qi)(qi)轉換語(yu)言(yan)(yan)〈RTL〉的(de)后(hou)端。編(bian)譯(yi)(yi)器(qi)(qi)最佳化(hua)與靜態程(cheng)序(xu)碼(ma)解(jie)析技術（例(li)如FORTIFY_SOURCE，一(yi)個(ge)試(shi)圖發(fa)現(xian)緩沖區溢(yi)位〈buffer overflow〉的(de)編(bian)譯(yi)(yi)器(qi)(qi)）在此階段應用于程(cheng)序(xu)碼(ma)上。最后(hou)，適用于此硬件架(jia)構(gou)的(de)組合(he)(he)語(yu)言(yan)(yan)程(cheng)序(xu)碼(ma)以Jack Davidson與Chris Fraser發(fa)明的(de)算法產出(chu)。

幾乎全部的GCC都由C寫成，除了Ada前端大(da)部分以Ada寫成。

前端接口

前端的(de)功能在于產(chan)生一(yi)個可讓后端處(chu)理之(zhi)語(yu)法(fa)樹。此(ci)語(yu)法(fa)解(jie)析(xi)器(qi)是手寫之(zhi)遞歸語(yu)法(fa)解(jie)析(xi)器(qi)。

直到2004年，程序(xu)的(de)(de)語(yu)法(fa)(fa)樹(shu)結(jie)構尚(shang)無法(fa)(fa)與欲(yu)產出的(de)(de)處(chu)理(li)器(qi)架(jia)構脫鉤。而語(yu)法(fa)(fa)樹(shu)的(de)(de)規(gui)則有時在不同的(de)(de)語(yu)言前端也不一樣(yang)，有些前端會提供它們(men)特別的(de)(de)語(yu)法(fa)(fa)樹(shu)規(gui)則。

在2005年，兩種與(yu)語(yu)(yu)言脫鉤的(de)新型態語(yu)(yu)法(fa)樹(shu)納入GCC中。它們稱為(wei)GENERIC與(yu)GIMPLE。語(yu)(yu)法(fa)解析(xi)變成產(chan)生與(yu)語(yu)(yu)言相關的(de)暫時語(yu)(yu)法(fa)樹(shu)，再將它們轉成GENERIC。之后再使用(yong)"gimplifier"技(ji)術降(jiang)低(di)GENERIC的(de)復雜結構，成為(wei)一(yi)較簡(jian)單的(de)靜態唯一(yi)形(xing)式(shi)（Static Single Assignment form，SSA）基礎的(de)GIMPLE形(xing)式(shi)。此形(xing)式(shi)是(shi)一(yi)個與(yu)語(yu)(yu)言和處理(li)器架構脫鉤的(de)全域最(zui)佳化通用(yong)語(yu)(yu)言，適用(yong)于大多數的(de)現代編程語(yu)(yu)言。

中介接口

一般編(bian)(bian)譯器(qi)作(zuo)者(zhe)會(hui)將語(yu)法(fa)樹的(de)最(zui)佳(jia)化放在前端，但(dan)其實此步驟并不看語(yu)言的(de)種類而有不同，且不需要用(yong)到語(yu)法(fa)解(jie)(jie)析器(qi)。因此GCC作(zuo)者(zhe)們將此步驟歸入通(tong)稱為中介階段(duan)的(de)部(bu)分里。此類的(de)最(zui)佳(jia)化包(bao)括消解(jie)(jie)死(si)碼(ma)、消解(jie)(jie)重(zhong)復運算與(yu)全域數值(zhi)重(zhong)編(bian)(bian)碼(ma)等。許多最(zui)佳(jia)化技巧也正(zheng)在實作(zuo)中。

后端接口

GCC后端的行為(wei)因不同(tong)(tong)的前(qian)處(chu)(chu)理器宏(hong)和特定架(jia)構的功能而不同(tong)(tong)，例如不同(tong)(tong)的字符尺寸、呼叫方式(shi)(shi)與大小尾序等。后端接口的前(qian)半部利(li)用這些訊息(xi)決定其RTL的生成(cheng)形式(shi)(shi)，因此(ci)雖然GCC的RTL理論(lun)上不受處(chu)(chu)理器影響，但在此(ci)階段其抽象指(zhi)令(ling)已被(bei)轉(zhuan)換成(cheng)目(mu)標(biao)架(jia)構的格式(shi)(shi)。

GCC的(de)(de)(de)(de)最(zui)(zui)(zui)佳(jia)化技巧依其釋出版本而有(you)很大不同，但都包(bao)含了標準(zhun)的(de)(de)(de)(de)最(zui)(zui)(zui)佳(jia)化算(suan)法(fa)(fa)，例如(ru)循環最(zui)(zui)(zui)佳(jia)化、執(zhi)行緒跳躍、共通程序子(zi)句消減、指令排程等(deng)等(deng)。而RTL的(de)(de)(de)(de)最(zui)(zui)(zui)佳(jia)化由于可用的(de)(de)(de)(de)情形較少，且(qie)缺乏較高階的(de)(de)(de)(de)資訊，因此(ci)相比較起來，增加的(de)(de)(de)(de)GIMPLE語法(fa)(fa)樹形式，便顯得比較不重要。

后端經由(you)一次重讀取(qu)步驟(zou)后，利用描述目標處理器的(de)指(zhi)令(ling)集時所取(qu)得的(de)信(xin)息(xi)，將抽象暫存器替換成處理器的(de)真(zhen)實暫存器。此階段非常復(fu)雜，因(yin)為它必須關注所有GCC可移植平臺的(de)處理器指(zhi)令(ling)集的(de)規格與技術(shu)細節。

后端(duan)的(de)最后步驟(zou)相當公(gong)式化(hua)，僅(jin)僅(jin)將前一階段得到的(de)匯編語(yu)言代碼藉由簡(jian)單的(de)子(zi)例程轉換其暫(zan)存器與內存位置(zhi)成相對應的(de)機器碼。