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基本介紹

GCC（GNU Compiler Collection，GNU編譯(yi)(yi)器(qi)套件(jian)）是由GNU開發的編程語言譯(yi)(yi)器(qi)。GNU編譯(yi)(yi)器(qi)套件(jian)包括C、C++、Objective-C、 Fortran、Java、Ada和Go語言前端(duan)，也(ye)包括了這些語言的庫（如(ru)libstdc++，libgcj等。）

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

產品設計

GCC的(de)(de)外部接口長得(de)像一(yi)個標準的(de)(de)Unix編(bian)譯(yi)器(qi)。使(shi)用者在(zai)命令列下(xia)鍵入(ru)gcc之程(cheng)序(xu)名，以及(ji)一(yi)些命令參數，以便決定每個輸入(ru)檔案使(shi)用的(de)(de)個別語(yu)言(yan)編(bian)譯(yi)器(qi)，并(bing)為(wei)輸出程(cheng)序(xu)碼(ma)使(shi)用適合此硬(ying)件平臺的(de)(de)組合語(yu)言(yan)編(bian)譯(yi)器(qi)，并(bing)且(qie)選擇性地執行(xing)連接器(qi)以制造可(ke)執行(xing)的(de)(de)程(cheng)序(xu)。

每個語(yu)言(yan)編(bian)譯(yi)器(qi)都(dou)是獨立程(cheng)序(xu)，此(ci)(ci)程(cheng)序(xu)可(ke)處理輸入(ru)的(de)(de)(de)原(yuan)始碼(ma)(ma)，并輸出組合語(yu)言(yan)碼(ma)(ma)。全部的(de)(de)(de)語(yu)言(yan)編(bian)譯(yi)器(qi)都(dou)擁有共通的(de)(de)(de)中介架構(gou)：一個前端解析符合此(ci)(ci)語(yu)言(yan)的(de)(de)(de)原(yuan)始碼(ma)(ma)，并產生一抽象(xiang)語(yu)法樹，以(yi)(yi)及一翻譯(yi)此(ci)(ci)語(yu)法樹成為GCC的(de)(de)(de)暫存器(qi)轉換(huan)語(yu)言(yan)〈RTL〉的(de)(de)(de)后端。編(bian)譯(yi)器(qi)最(zui)佳化與靜(jing)態(tai)程(cheng)序(xu)碼(ma)(ma)解析技術（例如FORTIFY_SOURCE，一個試(shi)圖發現緩沖區溢位〈buffer overflow〉的(de)(de)(de)編(bian)譯(yi)器(qi)）在此(ci)(ci)階段應用于程(cheng)序(xu)碼(ma)(ma)上(shang)。最(zui)后，適(shi)用于此(ci)(ci)硬件架構(gou)的(de)(de)(de)組合語(yu)言(yan)程(cheng)序(xu)碼(ma)(ma)以(yi)(yi)Jack Davidson與Chris Fraser發明的(de)(de)(de)算(suan)法產出。

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(duan)的功(gong)能在于產生一個可(ke)讓后端(duan)處理之語法樹。此語法解(jie)析器是手寫之遞(di)歸語法解(jie)析器。

直到2004年(nian)，程序的語(yu)法(fa)樹結構尚無法(fa)與欲產出的處理器架構脫鉤(gou)。而語(yu)法(fa)樹的規則有(you)時在不同的語(yu)言(yan)前端也(ye)不一樣，有(you)些前端會提供它們特別的語(yu)法(fa)樹規則。

在2005年，兩種與(yu)(yu)語(yu)(yu)(yu)(yu)言(yan)(yan)脫鉤的(de)(de)(de)新型態語(yu)(yu)(yu)(yu)法樹(shu)納入GCC中。它們稱為GENERIC與(yu)(yu)GIMPLE。語(yu)(yu)(yu)(yu)法解(jie)析(xi)變成(cheng)(cheng)產生與(yu)(yu)語(yu)(yu)(yu)(yu)言(yan)(yan)相關的(de)(de)(de)暫時語(yu)(yu)(yu)(yu)法樹(shu)，再將它們轉成(cheng)(cheng)GENERIC。之(zhi)后再使(shi)用(yong)"gimplifier"技術降(jiang)低GENERIC的(de)(de)(de)復雜(za)結構，成(cheng)(cheng)為一較簡單(dan)的(de)(de)(de)靜(jing)態唯(wei)一形(xing)(xing)式(shi)（Static Single Assignment form，SSA）基礎的(de)(de)(de)GIMPLE形(xing)(xing)式(shi)。此形(xing)(xing)式(shi)是一個與(yu)(yu)語(yu)(yu)(yu)(yu)言(yan)(yan)和(he)處(chu)理器架構脫鉤的(de)(de)(de)全域最佳化通用(yong)語(yu)(yu)(yu)(yu)言(yan)(yan)，適用(yong)于大多數(shu)的(de)(de)(de)現代編程語(yu)(yu)(yu)(yu)言(yan)(yan)。

中介接口

一般編譯(yi)器(qi)(qi)作者會將(jiang)語法樹的最(zui)佳(jia)化放(fang)在(zai)前(qian)端(duan)，但其(qi)實此步驟并不看語言的種類(lei)而有(you)不同，且不需要用到語法解(jie)析(xi)器(qi)(qi)。因此GCC作者們(men)將(jiang)此步驟歸(gui)入通稱為中介階段的部分里(li)。此類(lei)的最(zui)佳(jia)化包括消解(jie)死碼、消解(jie)重(zhong)復運算與全域數值(zhi)重(zhong)編碼等(deng)。許(xu)多(duo)最(zui)佳(jia)化技巧(qiao)也正在(zai)實作中。

后端接口

GCC后端(duan)(duan)的(de)(de)(de)行為(wei)因(yin)不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)前處理器(qi)宏(hong)和特定架構的(de)(de)(de)功能而不(bu)同(tong)，例(li)如(ru)不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)字符(fu)尺寸、呼叫方式與大小尾序等。后端(duan)(duan)接口的(de)(de)(de)前半部利用這(zhe)些訊息決定其RTL的(de)(de)(de)生成形(xing)式，因(yin)此雖(sui)然GCC的(de)(de)(de)RTL理論上(shang)不(bu)受處理器(qi)影響，但在此階段(duan)其抽象指(zhi)令已被轉換成目標架構的(de)(de)(de)格式。

GCC的(de)最(zui)佳(jia)化(hua)技(ji)巧(qiao)依其(qi)釋出(chu)版本(ben)而有很大不(bu)同，但都包(bao)含(han)了(le)標準(zhun)的(de)最(zui)佳(jia)化(hua)算法，例如(ru)循環最(zui)佳(jia)化(hua)、執行緒跳躍、共通程序(xu)子(zi)句消減(jian)、指令排(pai)程等(deng)等(deng)。而RTL的(de)最(zui)佳(jia)化(hua)由(you)于可用的(de)情形(xing)較(jiao)(jiao)少，且缺乏較(jiao)(jiao)高(gao)階的(de)資訊，因此(ci)相比(bi)較(jiao)(jiao)起來，增加(jia)的(de)GIMPLE語法樹(shu)形(xing)式，便顯得比(bi)較(jiao)(jiao)不(bu)重(zhong)要。

后端經由一次重(zhong)讀取步(bu)驟后，利用描述目標處(chu)(chu)理器(qi)的(de)(de)(de)指(zhi)令集時所取得(de)的(de)(de)(de)信(xin)息，將抽象暫存器(qi)替換成處(chu)(chu)理器(qi)的(de)(de)(de)真實暫存器(qi)。此階段非常復雜，因為(wei)它必須關注所有(you)GCC可移植(zhi)平臺的(de)(de)(de)處(chu)(chu)理器(qi)指(zhi)令集的(de)(de)(de)規格與技術(shu)細(xi)節。

后(hou)端的(de)最后(hou)步驟相(xiang)當公式化，僅(jin)僅(jin)將(jiang)前(qian)一階段得到的(de)匯編語言(yan)代碼藉由簡(jian)單的(de)子(zi)例(li)程(cheng)轉換其暫存器與內(nei)存位(wei)置(zhi)成相(xiang)對應(ying)的(de)機(ji)器碼。

特色功能

以2006年5月24日釋出(chu)的4.1.1版(ban)為準，本(ben)編譯器版(ban)本(ben)可處理下列語言：

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(qian)版(ban)本納入的(de)CHILL前(qian)端由于(yu)缺乏維護而(er)被廢棄。

Fortran前端在4.0版(ban)之前是G77，此前端僅支援Fortran77。在本(ben)(ben)版(ban)本(ben)(ben)中(zhong)，G77被廢棄而(er)采用(yong)更新的GFortran，因(yin)為此前端支援Fortran95。

下(xia)列前端依然存在：

Modula-2

Modula-3

Pascal

PL/I

D語言

Mercury

VHDL