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基本介紹

GCC（GNU Compiler Collection，GNU編(bian)譯器(qi)套(tao)件）是(shi)由GNU開發的(de)編(bian)程語言(yan)(yan)譯器(qi)。GNU編(bian)譯器(qi)套(tao)件包括(kuo)C、C++、Objective-C、 Fortran、Java、Ada和Go語言(yan)(yan)前(qian)端，也包括(kuo)了這些語言(yan)(yan)的(de)庫（如(ru)libstdc++，libgcj等。）

GCC的(de)初衷(zhong)是為GNU操作系統專門編寫的(de)一款編譯器。GNU系統是徹底的(de)自由(you)軟件。此處，“自由(you)”的(de)含義是它尊重(zhong)用戶的(de)自由(you)。

產品設計

GCC的(de)外(wai)部接(jie)口長得像一個(ge)標準的(de)Unix編譯器(qi)。使(shi)用(yong)者(zhe)在命令(ling)列下鍵入gcc之程(cheng)序(xu)名(ming)，以及一些(xie)命令(ling)參數，以便(bian)決定每個(ge)輸入檔案使(shi)用(yong)的(de)個(ge)別(bie)語(yu)言編譯器(qi)，并(bing)為輸出程(cheng)序(xu)碼使(shi)用(yong)適合此硬件平臺(tai)的(de)組合語(yu)言編譯器(qi)，并(bing)且選(xuan)擇性地執(zhi)(zhi)行連(lian)接(jie)器(qi)以制造可(ke)執(zhi)(zhi)行的(de)程(cheng)序(xu)。

每(mei)個語(yu)言編譯器(qi)都是獨(du)立程序(xu)，此(ci)(ci)(ci)程序(xu)可(ke)處理輸入(ru)的(de)原始碼(ma)(ma)，并輸出組合(he)語(yu)言碼(ma)(ma)。全(quan)部(bu)的(de)語(yu)言編譯器(qi)都擁有共通的(de)中介(jie)架構：一個前端(duan)(duan)解(jie)析(xi)(xi)符合(he)此(ci)(ci)(ci)語(yu)言的(de)原始碼(ma)(ma)，并產(chan)生一抽象語(yu)法(fa)樹，以(yi)及一翻譯此(ci)(ci)(ci)語(yu)法(fa)樹成為GCC的(de)暫存器(qi)轉(zhuan)換語(yu)言〈RTL〉的(de)后(hou)端(duan)(duan)。編譯器(qi)最(zui)(zui)佳化與靜態(tai)程序(xu)碼(ma)(ma)解(jie)析(xi)(xi)技(ji)術（例如FORTIFY_SOURCE，一個試圖(tu)發現緩沖區溢位(wei)〈buffer overflow〉的(de)編譯器(qi)）在此(ci)(ci)(ci)階段應用(yong)于程序(xu)碼(ma)(ma)上。最(zui)(zui)后(hou)，適用(yong)于此(ci)(ci)(ci)硬件(jian)架構的(de)組合(he)語(yu)言程序(xu)碼(ma)(ma)以(yi)Jack Davidson與Chris Fraser發明的(de)算(suan)法(fa)產(chan)出。

幾乎(hu)全部的GCC都由(you)C寫成(cheng)，除了Ada前端(duan)大部分(fen)以Ada寫成(cheng)。

前端接口

前(qian)端的功能(neng)在于產生一個可讓后端處(chu)理(li)之語法樹(shu)。此語法解(jie)析(xi)器(qi)是手寫之遞歸語法解(jie)析(xi)器(qi)。

直到2004年，程序的(de)(de)(de)語(yu)(yu)(yu)法樹(shu)(shu)結構尚無法與欲產出的(de)(de)(de)處理器架構脫鉤。而語(yu)(yu)(yu)法樹(shu)(shu)的(de)(de)(de)規則有時在不同的(de)(de)(de)語(yu)(yu)(yu)言前端也不一樣(yang)，有些(xie)前端會提供它們特別的(de)(de)(de)語(yu)(yu)(yu)法樹(shu)(shu)規則。

在2005年，兩種與(yu)語(yu)(yu)言(yan)脫鉤的(de)(de)新型態語(yu)(yu)法樹(shu)(shu)納(na)入GCC中(zhong)。它們稱為(wei)GENERIC與(yu)GIMPLE。語(yu)(yu)法解析變成(cheng)產生與(yu)語(yu)(yu)言(yan)相關的(de)(de)暫時(shi)語(yu)(yu)法樹(shu)(shu)，再將它們轉成(cheng)GENERIC。之后再使(shi)用(yong)"gimplifier"技術降(jiang)低GENERIC的(de)(de)復雜結(jie)構，成(cheng)為(wei)一(yi)較簡單的(de)(de)靜態唯(wei)一(yi)形式（Static Single Assignment form，SSA）基(ji)礎的(de)(de)GIMPLE形式。此形式是一(yi)個與(yu)語(yu)(yu)言(yan)和處理器(qi)架構脫鉤的(de)(de)全域最佳化(hua)通用(yong)語(yu)(yu)言(yan)，適用(yong)于大(da)多(duo)數(shu)的(de)(de)現代編程語(yu)(yu)言(yan)。

中介接口

一般編譯器作(zuo)者(zhe)(zhe)會(hui)將(jiang)語法樹的最佳化(hua)放在前端，但其(qi)實此步驟(zou)并不(bu)看語言(yan)的種(zhong)類而有不(bu)同，且不(bu)需要用到語法解析器。因(yin)此GCC作(zuo)者(zhe)(zhe)們將(jiang)此步驟(zou)歸入通稱(cheng)為中(zhong)(zhong)介階段的部分(fen)里。此類的最佳化(hua)包(bao)括(kuo)消(xiao)解死碼、消(xiao)解重(zhong)復運(yun)算與(yu)全域數(shu)值(zhi)重(zhong)編碼等。許多最佳化(hua)技巧也正在實作(zuo)中(zhong)(zhong)。

后端接口

GCC后端(duan)的行為因不(bu)同(tong)的前處理(li)器宏和特定(ding)架構的功能(neng)而不(bu)同(tong)，例如(ru)不(bu)同(tong)的字(zi)符尺(chi)寸、呼叫方式與(yu)大小尾序等。后端(duan)接口的前半部利(li)用這些訊息決定(ding)其RTL的生成(cheng)形式，因此(ci)雖然GCC的RTL理(li)論上不(bu)受(shou)處理(li)器影響，但在此(ci)階段其抽象指(zhi)令(ling)已被轉換成(cheng)目標架構的格式。

GCC的(de)最(zui)佳化(hua)技巧(qiao)依其釋出版本而(er)有很大不同，但都包含(han)了(le)標準(zhun)的(de)最(zui)佳化(hua)算法，例(li)如(ru)循環最(zui)佳化(hua)、執(zhi)行緒跳躍、共通程(cheng)(cheng)序子句消減(jian)、指(zhi)令排程(cheng)(cheng)等(deng)等(deng)。而(er)RTL的(de)最(zui)佳化(hua)由于可(ke)用的(de)情形較少，且缺乏較高階的(de)資訊(xun)，因(yin)此(ci)相(xiang)比較起來，增加的(de)GIMPLE語法樹形式，便顯得比較不重要。

后端經由一次重讀取步驟后，利用描述目標處理(li)器(qi)的(de)指(zhi)(zhi)令集時所取得的(de)信(xin)息，將(jiang)抽(chou)象(xiang)暫存(cun)器(qi)替換成處理(li)器(qi)的(de)真實(shi)暫存(cun)器(qi)。此階(jie)段(duan)非常(chang)復雜，因為它必須關注所有GCC可移植平臺的(de)處理(li)器(qi)指(zhi)(zhi)令集的(de)規格與技術細(xi)節。

后(hou)端的(de)(de)最后(hou)步驟相當公(gong)式化，僅(jin)僅(jin)將前一階段得到的(de)(de)匯(hui)編(bian)語(yu)言(yan)代碼藉由(you)簡(jian)單的(de)(de)子例程轉換其暫存(cun)器與內存(cun)位置成相對應的(de)(de)機(ji)器碼。

特色功能

以(yi)2006年5月24日(ri)釋(shi)出的4.1.1版(ban)為準(zhun)，本編(bian)譯器版(ban)本可(ke)處理(li)下(xia)列語言：

Ada〈GNAT〉

C〈GCC〉

C++（G++）

Fortran〈Fortran77:G77,Fortran90:GFORTRAN〉

Java〈編譯器：GCJ；解(jie)釋(shi)器：GIJ〉

Objective-C〈GOBJC〉

Objective-C++

先前版本納(na)入的(de)CHILL前端由于缺乏(fa)維護而被廢棄(qi)。

Fortran前端在(zai)4.0版之前是G77，此前端僅支(zhi)援(yuan)Fortran77。在(zai)本版本中，G77被廢棄而采(cai)用更新的GFortran，因為此前端支(zhi)援(yuan)Fortran95。

下列前端依然存在：

Modula-2

Modula-3

Pascal

PL/I

D語言

Mercury

VHDL