GCC,LLVM,Clang编译器对比

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通宵敲代码|  楼主 | 2018-1-14 22:50 | 显示全部楼层 |阅读模式
在XCode中,我们经常会看到这些编译选项(如下图),有些人可能会有些茫然,本文将对GCC4.2、LLVM GCC 4.2、LLVM compliler 2.0三个编译选项进行一个详细的介绍。

GCC
    GCC(GNU Compiler Collection,GNU编译器套装),是一套由 GNU 开发的编程语言编译器。它是一套以 GPLLGPL 许可证所发行的自由软件,也是 GNU计划的关键部分,亦是自由的类Unix及苹果电脑 Mac OS X 操作系统的标准编译器。
GCC 原名为 GNU C 语言编译器,因为它原本只能处理 C语言。GCC 很快地扩展,变得可处理 C++。之后也变得可处理 Fortran、Pascal、Objective-C、Java, 以及 Ada与其他语言。

LLVM
     LLVM 是 Low Level Virtual Machine 的简称,这个库提供了与编译器相关的支持,能够进行程序语言的编译期优化、链接优化、在线编译优化、代码生成。简而言之,可以作为多种语言编译器的后台来使用。如果这样还比较抽象的话,介绍下 Clang 就知道了:Clang 是一个 C++ 编写、基于 LLVM、发布于 LLVM BSD 许可证下的 C/C++/Objective C/Objective C++ 编译器,其目标(之一)就是超越 GCC。

LLVM历史
    Apple(包括中后期的NeXT) 一直使用GCC作为官方的编译器。GCC作为开源世界的编译器标准一直做得不错,但Apple对编译工具会提出更高的要求。
    一方面,是Apple对Objective-C语言(甚至后来对C语言)新增很多特性,但GCC开发者并不买Apple的帐——不给实现,因此索性后来两者分成两条分支分别开发,这也造成Apple的编译器版本远落后于GCC的官方版本。另一方面,GCC的代码耦合度太高,不好独立,而且越是后期的版本,代码质量越差,但Apple想做的很多功能(比如更好的IDE支持)需要模块化的方式来调用GCC,但GCC一直不给做。甚至最近,《GCC运行环境豁免条款 (英文版)》从根本上限制了LLVM-GCC的开发。 所以,这种不和让Apple一直在寻找一个高效的、模块化的、协议更放松的开源替代品,于是Apple请来了编译器高材生Chris Lattner(2000年,本科毕业的Chris Lattner像中国多数大学生一样,按部就班地考了GRE,最终前往UIUC(伊利诺伊大学厄巴纳香槟分校),开始了艰苦读计算机硕士和博士的生涯。在这阶段,他不仅周游美国各大景点,更是努力学习科学文化知识,翻烂了“龙书”(《Compilers: Principles, Techniques, and Tools》),成了GPA牛人【注:最终学分积4.0满分】,以及不断地研究探索关于编译器的未知领域,发表了一篇又一篇的论文,是中国传统观念里的“三好学生”。他的[url=http://www.programmer.com.cn/9436/%E6%B3%A8%EF%BC%9ALLVM:%20An%20Infrastructure%20for%20Multi-Stage%20Optimization%EF%BC%8C%20http://llvm.org/pubs/2002-12-LattnerMSThesis.html]硕士毕业论文提出了一套完整的在编译时、链接时、运行时甚至是在闲置时优化程序的编译思想[/url],直接奠定了LLVM的基础。LLVM在他念博士时更加成熟,使用GCC作为前端来对用户程序进行语义分析产生IF(Intermidiate Format),然后LLVM使用分析结果完成代码优化和生成。这项研究让他在2005年毕业时,成为小有名气的编译器专家,他也因此早早地被Apple相中,成为其编译器项目的骨干)。
    刚进入Apple,Chris Lattner就大展身手:首先在OpenGL小组做代码优化,把LLVM运行时的编译架在OpenGL栈上,这样OpenGL栈能够产出更高效率的图形代码。如果显卡足够高级,这些代码会直接扔入GPU执行。但对于一些不支持全部OpenGL特性的显卡(比如当时的Intel GMA卡),LLVM则能够把这些指令优化成高效的CPU指令,使程序依然能够正常运行。这个强大的OpenGL实现被用在了后来发布的Mac OS X 10.5上。同时,LLVM的链接优化被直接加入到Apple的代码链接器上,而LLVM-GCC也被同步到使用GCC4代码。

Clang历史
    Apple吸收Chris Lattner的目的要比改进GCC代码优化宏大得多——GCC系统庞大而笨重,而Apple大量使用的Objective-C在GCC中优先级很低。此外GCC作为一个纯粹的编译系统,与IDE配合得很差。加之许可证方面的要求,Apple无法使用LLVM 继续改进GCC的代码质量。于是,Apple决定从零开始写 C、C++、Objective-C语言的前端 Clang,完全替代掉GCC。
    正像名字所写的那样,Clang只支持C,C++和Objective-C三种C家族语言。2007年开始开发,C编译器最早完成,而由于Objective-C相对简单,只是C语言的一个简单扩展,很多情况下甚至可以等价地改写为C语言对Objective-C运行库的函数调用,因此在2009年时,已经完全可以用于生产环境。C++的支持也热火朝天地进行着。

    下面这张图将显示GCC、LLVM-GCC、LLVM Compiler这三个编译选项的不同点:

对比   
    作为一种新的编译器,我们来看Clang和GCC各有什么优缺点:
    Clang特性
  • 快:通过编译 OS X 上几乎包含了所有 C 头文件的 carbon.h 的测试,包括预处理 (Preprocess),语法 (lex),解析 (parse),语义分析 (Semantic Analysis),抽象语法树生成 (Abstract Syntax Tree) 的时间,Clang 是 Apple GCC 4.0 的 2.5x 快。(2007-7-25)
  • 内存占用小:Clang 内存占用是源码的 130%,Apple GCC 则超过 10x。
  • 诊断信息可读性强:我不会排版,推荐去网站观看。其中错误的语法不但有源码提示,还会在错误的调用和相关上下文的下方有~~~~~和^的提示,相比之下 GCC 的提示很天书。
  • GCC 兼容性。
  • 设计清晰简单,容易理解,易于扩展增强。与代码基础古老的 GCC 相比,学习曲线平缓。
  • 基于库的模块化设计,易于 IDE 集成及其他用途的重用。由于历史原因,GCC 是一个单一的可执行程序编译器,其内部完成了从预处理到最后代码生成的全部过程,中间诸多信息都无法被其他程序重用。Clang 将编译过程分成彼此分离的几个阶段,AST 信息可序列化。通过库的支持,程序能够获取到 AST 级别的信息,将大大增强对于代码的操控能力。对于 IDE 而言,代码补全、重构是重要的功能,然而如果没有底层的支持,只使用 tags 分析或是正则表达式匹配是很难达成的。
     当然,GCC 也有其优势:
要选择哪个
  那么三个编译选项,要选择哪一个呢?目前不推荐使用老的GCC4.2,因为苹果不会维持它了,而且LLVM-GCC看起来会更好。在项目中途改编译选项可是一个大变动,所以,如果你要改,当然需要经过慎重完整的测试。
    对新的项目而言,LLVM-GCC看起來应该是个安全的选择,苹果公司认为它够稳定够成熟,所以才把它当做Xcode 4的预设选项(你或许不会把稳定成熟这两个字眼跟Xcode 4本身画上等号),而且,既然选项使用的是GCC parser,向后兼容性应该没问题。
    我说LLVM-GCC是个安全的选项,但我并不是指Clang/LLVM比较不安全,只是成熟度还沒那么高效了,我将一些以前的代码拿到Xcode 4上,使用LLVM 2.0编译器重新编译,到目前为止还沒发现任何问题。

参考文档:



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活跃的老崔| | 2022-6-27 09:02 | 显示全部楼层
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