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GCC强大背后

作者: wwang  来源: 博客园  发布时间: 2010-11-28 21:25  阅读: 1103 次  推荐: 0   原文链接   [收藏]  
摘要:经常浏览博客园的同学应该会觉得本文有标题党之嫌,这个标题的句式来自于MiloYip大牛的大作《C++强大背后》,在此,向Milo兄致意。

  GCC,全称GNU Compiler Collection,是一套GNU开发的编译器环境,它的创始人便是大名鼎鼎的Richard.M.Stallman。最初GCC刚开始开发时,它还叫做GNU C Compiler,随着开发的深入,GCC很快得到了扩展,不仅可以支持C语言,还可以处理C++,Pascal,Object-C,Java以及Ada等其他语言。目前,GCC不仅是GNU的官方编译器,也成为编译和创建其他操作系统的编译器,包括BSD家族以及MAC OS X等。另外,GCC也是跨平台交叉编译的首选,它不仅支持Intel的x86系列,同时也支持MIPS,ARM,PowerPC,SPARC等等处理器。可以这么说,即使GCC不是世界上效率最高的编译器,它也一定是世界上最全面的编译器。

  1. GCC简介

  我们先回到一个常识性的问题,什么是编译器呢?简单地说,编译器可以看作是一个语言翻译器。就像把中文翻译成英语一样,编译器可以把高级语言翻译成计算机能够执行的机器语言。这样看来,GCC可以算得上是一个精通多国语言的高级翻译官了。
  最简单的GCC使用指令如下所示:
gcc  hello.c  -o  hello
  GCC接受hello.c作为输入,最后产生目标可执行代码hello。这个简单的流程实际上经历了很多步骤,如下图所示:
  虽然我们只用了一条命令就完成了编译,但实际上gcc命令依次呼叫了cpp,gcc自己,gas以及ld来进行完整的编译流程,最后生成最终的可执行文件hello。
  下面我们看一下分解动作:
cpp  hello.c  >  hello.i
gcc  -S  hello.i
as  hello.s  -o  hello.o
ld  -dynamic-linker  /lib/ld-linux.so.2  /usr/lib/crt1.o  /usr/lib/crti.o  /usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.4.5/crtbegin.o -L/usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.4.5 hello.o  -lgcc  -lgcc_eh  -lc  /usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.4.5/crtend.o  /usr/lib/crtn.o  -o  hello
  看完这些步骤有没有晕头转向的感觉呢?对于普通的用户来说,还是让GCC帮我们做这些事情比较好。
  对于如何学习使用GCC,可以参考GCC官方的手册,如果大家觉得官方的手册太罗嗦,我这里推荐一本GCC的入门书籍《An Introduction to GCC》,这本书详尽的介绍了GCC的使用方法,内容浅显易懂,很适合初学者。

  2. GCC强大的背后

  学过编译原理这门课程的同学对下面这副图应该很熟悉,这是经典的编译流程。

  GCC作为经典的编译器,自然也是遵循这个教科书流程(实际GCC的处理更复杂点,但本质上是一样的)。我们先简化一下上面这幅图,以中间代码为分界,前面的词法分析、语法分析、语义分析我们把它称之为前端处理,后面的优化和目标代码生成我们称之为后端处理。

  试想一下,是否可以为不同的高级语言单独写一个前端,然后为不同的处理器架构单独写一个后端呢?

  GCC基本上也是这么实现的,不过不要误会,并没有一个统一的gcc执行程序能够处理如此多的前端和后端,每个语言的编译器都是一个独立的程序(如C语言的编译器是gcc,C++的编译器是g++),而不同的后端也要对应不同的可执行程序。你可以下载单独的一份GCC源代码,通过不同的configure来编译自己需要的编译器。

  而且,编译器的实现也比上图要复杂的多,前端的主要功能是产生一个可供后端处理的语法树,而语法树结构实际上很难与处理器架构脱钩,这些都是编译器应用中需要解决的问题。

  GCC强大的真正原因是什么?是因为它支持了众多的前端和后端吗?这些都不过是一个表象而已。GCC是一款真正自由的编译器,我们可以随时把代码拿过来修改以实现自己需要的功能。如果你的硬件平台增加了一些指令,而普通的编译器并不能产生这些指令怎么办?在GCC后端添加这些指令吧。如果你觉得C语言用的不太顺手,想给它添加一些功能怎么办?修改GCC的前端吧。因为有了GCC,我们才拥有这些自由,以及迅速实现自己想法的能力,而这些才是GCC强大背后的基础。

  2010年1月份的时候,Google的Go语言前端被允许进入GCC编译器家族,GCC更加强大了。

  3. GCC的多样性

  GCC因为其灵活性被应用到了很多领域和系统,从PC上的开发到嵌入式开发,都可以见到GCC的影子。

  3.1   PC开发

  我们先看看PC。MAC自从投入Intel的怀抱,是否也可以看作是一种PC呢?

  Linux

  Linux系统应该是GCC的主战场,但也是最没必要去说的一个系统,除了GCC,难道我们还有更好的选择吗?Linux内核、Apache服务器、MySQL数据库,等等一系列伟大的作品都是通过GCC来构建的,GCC可以说是GNU/Linux系统的基石。

  MAC OS X

  MAC OS X也是GCC的重度用户,其应用程序开发环境Cocoa就是使用的GCC,所以在MAC OS X下开发也是离不开GCC的。

  Windows

  现在在Windows下开发C/C++程序一般都是用微软的编译器,当年的Borland已经成为传说。但是如果你不想付钱的话,也可以考虑Windows下的GCC。
  在Windows下体验GCC最常用的有两种方式:一是在Cygwin下使用GCC,另外一种是使用MinGW。
  Cygwin是一个自由软件的集合,最初由Cygnus Solutions开发,目的是在Windows系统上运行类Unix的软件。通过Cygwin编译的程序可以在Windows上运行,但必须使用cygwin.dll。
  MinGW(Minimalist GNU for Windows),是将GNU开发工具移植到Windows平台的产物,包括一系列头文件、库和可执行文件,用MinGW开发的程序不需要额外的第三方DLL就可以直接在Windows上运行。Nokia的图形开发包QT在Windows下就是调用MinGW来编译的。

  DOS

  在DOS系统下也是可以用GCC的,国内的DOS开发者可能更熟悉Turbo C或者Open Watcom,GCC的DOS版本DJGPP其实也是32位DOS程序开发的主流环境之一。最初DJGPP的发起人DJ Delorie曾经询问过Richard Stallman,FSF是否考虑过把GCC移植到MS-DOS下,当时Richard的回答是GCC太庞大,而MS-DOS只不过是个16位的操作系统,所以官方并没有考虑这件事。DJ Delorie并没有因此而退缩,最终给我们带来了这个优秀的开发平台。DJGPP刚开始开发时叫做djgcc,在引入了C++之后改为现在这个名字(DJ's GNU Programming Platform)。

  3.2   嵌入式开发

  对于嵌入式开发领域来说,因为开发板的能力限制,是无法运行编译环境的,这样就需要在PC上通过交叉编译来生成目标可执行程序,GCC的高度灵活性在嵌入式开发上发挥了极大的作用。

  Android

  看看当今最火的移动平台Android,就是完全用GCC来构建的,请注意,这里指的不是Android应用程序,Android下的应用程序是运行在Dalvik虚拟机上的Java程序。

  iOS

  Apple的iOS应用程序开发也是用Cocoa来进行,这怎么会离开GCC呢?

  MeeGo/Symbian

  在Apple和Google的冲击下,Nokia似乎已经日薄西山了,但对于中国国情来说,真的是这样吗?iPhone高高在上,拥有者只会是少数,Google退出中国之后,Android Market很难在国内有所作为,再加上Nokia手机一贯皮实的口碑,现在的Symbian以及将来的MeeGo的保有量应该不会低。Nokia已经把Symbian和MeeGo的开发环境统一到QT上了,这里依然是GCC的一亩三分田。
  GCC是强大的,但它并不是一个人在战斗,在它的背后站着GNU工具链,包括make,GCC,Binutils,GDB等一系列工具,这些工具之间是相辅相成的,只有把它们组合起来使用才能发挥其最大的威力。
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标签:GCC

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