XCode編譯器介紹

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

在XCode中,我們經常會看到這些編譯選項(如下圖),有些人可能會有些茫然,本文將對GCC4.2、LLVM GCC 4.2、LLVM compliler 2.0三個編譯選項進行一個詳細的介紹。

2011-03-20-002

 

GCC

    GCC(GNU Compiler Collection,GNU編譯器套裝),是一套由 GNU 開發的編程語言編譯器。它是一套以 GPL及 LGPL 許可證所發行的自由軟件,也是 GNU計劃的關鍵部分,亦是自由的類Unix及蘋果電腦 Mac OS X 操作系統的標準編譯器。


GNU編譯器套裝

GCC 原名爲 GNU C 語言編譯器,因爲它原本只能處理 C語言。GCC 很快地擴展,變得可處理 C++。之後也變得可處理 Fortran、Pascal、Objective-C、Java, 以及 Ada與其他語言。

 

LLVM

     LLVM 是 Low Level Virtual Machine 的簡稱,這個庫提供了與編譯器相關的支持,能夠進行程序語言的編譯期優化、鏈接優化、在線編譯優化、代碼生成。簡而言之,可以作爲多種語言編譯器的後臺來使用。如果這樣還比較抽象的話,介紹下 Clang 就知道了:Clang 是一個 C++ 編寫、基於 LLVM、發佈於 LLVM BSD 許可證下的 C/C++/Objective C/Objective C++ 編譯器,其目標(之一)就是超越 GCC。

 

LLVM歷史

    Apple(包括中後期的NeXT) 一直使用GCC作爲官方的編譯器。GCC作爲開源世界的編譯器標準一直做得不錯,但Apple對編譯工具會提出更高的要求。

    一方面,是Apple對Objective-C語言(甚至後來對C語言)新增很多特性,但GCC開發者並不買Apple的帳——不給實現,因此索性後來兩者分成兩條分支分別開發,這也造成Apple的編譯器版本遠落後於GCC的官方版本。另一方面,GCC的代碼耦合度太高,不好獨立,而且越是後期的版本,代碼質量越差,但Apple想做的很多功能(比如更好的IDE支持)需要模塊化的方式來調用GCC,但GCC一直不給做。甚至最近,《GCC運行環境豁免條款 (英文版)》從根本上限制了LLVM-GCC的開發。 所以,這種不和讓Apple一直在尋找一個高效的、模塊化的、協議更放鬆的開源替代品,於是Apple請來了編譯器高材生Chris Lattner(2000年,本科畢業的Chris Lattner像中國多數大學生一樣,按部就班地考了GRE,最終前往UIUC(伊利諾伊大學厄巴納香檳分校),開始了艱苦讀計算機碩士和博士的生涯。在這階段,他不僅周遊美國各大景點,更是努力學習科學文化知識,翻爛了“龍書”(《Compilers: Principles, Techniques, and Tools》),成了GPA牛人【注:最終學分積4.0滿分】,以及不斷地研究探索關於編譯器的未知領域,發表了一篇又一篇的論文,是中國傳統觀念裏的“三好學生”。他的碩士畢業論文提出了一套完整的在編譯時、鏈接時、運行時甚至是在閒置時優化程序的編譯思想,直接奠定了LLVM的基礎。LLVM在他念博士時更加成熟,使用GCC作爲前端來對用戶程序進行語義分析產生IF(Intermidiate Format),然後LLVM使用分析結果完成代碼優化和生成。這項研究讓他在2005年畢業時,成爲小有名氣的編譯器專家,他也因此早早地被Apple相中,成爲其編譯器項目的骨幹)。

    剛進入Apple,Chris Lattner就大展身手:首先在OpenGL小組做代碼優化,把LLVM運行時的編譯架在OpenGL棧上,這樣OpenGL棧能夠產出更高效率的圖形代碼。如果顯卡足夠高級,這些代碼會直接扔入GPU執行。但對於一些不支持全部OpenGL特性的顯卡(比如當時的Intel GMA卡),LLVM則能夠把這些指令優化成高效的CPU指令,使程序依然能夠正常運行。這個強大的OpenGL實現被用在了後來發佈的Mac OS X 10.5上。同時,LLVM的鏈接優化被直接加入到Apple的代碼鏈接器上,而LLVM-GCC也被同步到使用GCC4代碼。

 

Clang歷史

    Apple吸收Chris Lattner的目的要比改進GCC代碼優化宏大得多——GCC系統龐大而笨重,而Apple大量使用的Objective-C在GCC中優先級很低。此外GCC作爲一個純粹的編譯系統,與IDE配合得很差。加之許可證方面的要求,Apple無法使用LLVM 繼續改進GCC的代碼質量。於是,Apple決定從零開始寫 C、C++、Objective-C語言的前端 Clang,完全替代掉GCC。

    正像名字所寫的那樣,Clang只支持C,C++和Objective-C三種C家族語言。2007年開始開發,C編譯器最早完成,而由於Objective-C相對簡單,只是C語言的一個簡單擴展,很多情況下甚至可以等價地改寫爲C語言對Objective-C運行庫的函數調用,因此在2009年時,已經完全可以用於生產環境。C++的支持也熱火朝天地進行着。

 

    下面這張圖將顯示GCC、LLVM-GCC、LLVM Compiler這三個編譯選項的不同點:

CompilerOptions

 

對比    

    作爲一種新的編譯器,我們來看Clang和GCC各有什麼優缺點:

 

    Clang特性

  1. 快:通過編譯 OS X 上幾乎包含了所有 C 頭文件的 carbon.h 的測試,包括預處理 (Preprocess),語法 (lex),解析 (parse),語義分析 (Semantic Analysis),抽象語法樹生成 (Abstract Syntax Tree) 的時間,Clang 是 Apple GCC 4.0 的 2.5x 快。(2007-7-25)
  1. 內存佔用小:Clang 內存佔用是源碼的 130%,Apple GCC 則超過 10x。
  2. 診斷信息可讀性強:我不會排版,推薦去網站觀看。其中錯誤的語法不但有源碼提示,還會在錯誤的調用和相關上下文的下方有~~~~~和^的提示,相比之下 GCC 的提示很天書。
  3. GCC 兼容性。
  4. 設計清晰簡單,容易理解,易於擴展增強。與代碼基礎古老的 GCC 相比,學習曲線平緩。
  5. 基於庫的模塊化設計,易於 IDE 集成及其他用途的重用。由於歷史原因,GCC 是一個單一的可執行程序編譯器,其內部完成了從預處理到最後代碼生成的全部過程,中間諸多信息都無法被其他程序重用。Clang 將編譯過程分成彼此分離的幾個階段,AST 信息可序列化。通過庫的支持,程序能夠獲取到 AST 級別的信息,將大大增強對於代碼的操控能力。對於 IDE 而言,代碼補全、重構是重要的功能,然而如果沒有底層的支持,只使用 tags 分析或是正則表達式匹配是很難達成的。

     當然,GCC 也有其優勢:

要選擇哪個

     那麼三個編譯選項,要選擇哪一個呢?目前不推薦使用老的GCC4.2,因爲蘋果不會維持它了,而且LLVM-GCC看起來會更好。在項目中途改編譯選項可是一個大變動,所以,如果你要改,當然需要經過慎重完整的測試。

    對新的項目而言,LLVM-GCC看起來應該是個安全的選擇,蘋果公司認爲它夠穩定夠成熟,所以才把它當做Xcode 4的預設選項(你或許不會把穩定成熟這兩個字眼跟Xcode 4本身畫上等號),而且,既然選項使用的是GCC parser,向後兼容性應該沒問題。 
    我說LLVM-GCC是個安全的選項,但我並不是指Clang/LLVM比較不安全,只是成熟度還沒那麼高效了,我將一些以前的代碼拿到Xcode 4上,使用LLVM 2.0編譯器重新編譯,到目前爲止還沒發現任何問題。

 

參考文檔:

http://baike.baidu.com/view/4848.htm

http://hi.baidu.com/zhanghuikl/blog/item/71e8a6018172df0f728da53e.html

http://www.programmer.com.cn/9436/

 

by sschu

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