GCC

​ GCC，全称为GNU Compiler Collection（GNU编译器套装），是自由软件基金会（Free Software Foundation, FSF）的GNU项目下的一个核心组件。它是一个开源的、跨平台的编译器系统，支持多种编程语言，包括但不限于C、C++、Objective-C、Objective-C++、Fortran、Ada、Go、D和Rust等。GCC不仅能够编译源代码，在命令行中，你可以使用gcc来编译C代码，使用g++来编译C++代码，还能够进行预处理、汇编和链接，最终生成可执行文件或库文件。

​ 官方网站: https://gcc.gnu.org/

​ 主要特点

  • 跨平台：GCC可以在多种硬件架构和操作系统上运行，包括但不限于x86、ARM、MIPS、PowerPC以及各种Unix-like系统（如Linux、BSD、Solaris）和Windows（通过MinGW或Cygwin）。
  • 多语言支持：GCC不仅仅是一个C编译器，它通过不同的前端支持多种编程语言，每种语言都有专门的编译器前端处理语法解析和语义分析，然后共同使用后端进行代码生成和优化。
  • 高度优化：GCC提供了多种级别的优化选项，从基本的代码优化到高级的机器特定优化，旨在提高生成代码的执行效率。
  • 标准遵循：GCC支持最新的C/C++标准（如C11、C++11、C++14、C++17、C++20等），同时也支持老版本的标准，确保代码的兼容性。
  • 开源自由：作为自由软件，GCC遵循GPL（GNU General Public License）许可协议，用户可以自由地使用、修改和分发GCC。

​ 使用GCC的基本步骤

  1. 预处理 (gcc -E): 这个阶段会处理源代码中的预处理指令，如#include、#define等。
  2. 编译 (gcc -c): 将预处理后的源代码转换为汇编代码。
  3. 汇编 (gcc -S): 将汇编代码转换为目标代码（机器代码）。
  4. 链接 (gcc): 将一个或多个目标文件和所需的库链接起来，生成可执行文件。

llvm+clang

​ Clang官方网站：http://clang.llvm.org/get_started.html

​ LLVM（Low Level Virtual Machine，LLVM官方网站：http://llvm.org/）是一个开源的编译器框架项目，它不仅是一个虚拟机，更是一个现代化的、模块化且可重用的编译器基础设施。自2000年起源于伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的一个研究项目以来，LLVM已发展成为支持多语言、跨平台的编译技术的基石。以下是关于LLVM的详细介绍：

​ 核心特性与设计哲学

  1. 中间表示（Intermediate Representation, IR）：LLVM的核心是其高度优化的、基于静态单赋值（Static Single Assignment, SSA）形式的中间表示。这种IR使得编译器能够以一种语言无关的方式表示代码，便于进行高级优化。
  2. 模块化设计：LLVM采用高度模块化的设计，将编译器分为前端、优化器、后端等多个独立的部分。这样的设计允许编译器组件复用，支持多种语言的编译，并且易于添加新的语言前端或目标架构后端。
  3. 优化器：LLVM包含了一个强大的优化器，能够在编译时、链接时、运行时甚至是程序空闲时对代码进行优化。这些优化包括但不限于死代码消除、循环优化、向量化、内联函数展开等。
  4. 可移植性和跨平台：由于其设计上的灵活性，LLVM能够生成针对多种CPU架构的机器代码，包括x86、ARM、MIPS、PowerPC等，从而支持在不同操作系统和硬件平台上运行。
  5. 开源和社区驱动：作为开源软件，LLVM遵循Apache 2.0许可证，拥有活跃的开发者社区，这促进了技术的快速发展和广泛的应用。

​ 主要组成部分

  • 前端（Frontend）：负责将源代码转换为LLVM IR，如Clang是C、C++、Objective-C等语言的前端。
  • 优化器（Optimizer）：对IR进行一系列的分析和转换，以提高代码的执行效率。
  • 后端（Backend）：将优化后的IR转换为目标机器代码，包括汇编代码生成器和链接器支持。
  • 库和工具：除了核心编译器组件，LLVM项目还包括了一系列库和工具，如LLD（LLVM链接器）、Polly（自适应优化）、Sanitizer工具集（用于内存错误检测等）以及Clang工具套件（如Clang Static Analyzer）。

TCC

​ Tiny C Compiler（TCC，官方网站：http://bellard.org/tcc/），也被称为Small C Compiler（SCC），是由Fabrice Bellard开发的一款小型、快速的C语言编译器。TCC以其小巧的体积、快速的编译速度和直接执行编译结果的能力而著称。以下是关于Tiny C Compiler的详细介绍：

​ 特性

  • 轻量级与快速：TCC的设计目标是小巧和快速。它的可执行文件体积远小于GCC等传统编译器，且编译速度极快，适合快速编译和测试C语言代码片段。
  • 直接执行模式：一个独特的特点是TCC可以在没有链接步骤的情况下直接执行C程序。它通过内存映射技术将编译后的代码直接加载到内存中执行，这对于快速原型设计和学习C语言非常有用。
  • 跨平台：TCC支持多种操作系统，包括Linux、Windows、Mac OS X等，同时也支持多种处理器架构，如x86、ARM、MIPS等。
  • 静态与动态链接：尽管TCC擅长直接执行代码，但它也支持传统的编译链路流程，能够生成可执行文件、共享库或目标文件，并支持与其他库的链接。
  • 基本的C99支持：TCC实现了大部分C99标准，包括一些C11特性，但并不完全符合最新的C语言标准。它支持指针算术、结构体、联合、枚举、标准库函数等。
  • 内置JIT编译器：TCC还可以作为一个简单的即时（Just-In-Time）编译器使用，这在某些特定应用场景下非常有用，比如动态生成和执行代码。
  • 可嵌入性：因为其小体积和简单接口，TCC很容易被嵌入到其他应用程序中，作为脚本语言的编译器或者用于实时代码生成和执行。

​ 限制

​ 尽管TCC提供了很多便利和高效的功能，但它也有一些局限性：

  • 优化程度有限：相比大型编译器如GCC或Clang，TCC的代码优化程度较低，可能产生的可执行文件较大或运行效率稍逊。
  • 标准支持不完全：虽然支持C99的大部分特性，但对于最新的C语言标准（如C17、C2x）的支持不够全面。
  • 调试信息有限：生成的调试信息不如GCC或Clang丰富，对于复杂项目的调试可能不太友好。

​ TCC因其快速编译和直接执行的特性，非常适合于快速原型开发、教学演示、嵌入式系统开发以及需要即时编译能力的场合。它也是那些追求最小化工具链体积和快速迭代开发环境的理想选择。

msvc

​ MSVC（Microsoft Visual C++ Compiler）是微软公司为Windows平台开发的一个C++编译器系列，它是Visual Studio集成开发环境的一部分。MSVC不仅支持C++，也支持C语言的编译。以下是关于MSVC系列的详细介绍：

  • MSVC与Visual Studio的关系：MSVC作为Visual Studio的核心组件之一，负责C和C++代码的编译工作。虽然随Visual Studio一同发布，但它有自己的版本控制系统，与Visual Studio的版本并不完全对应。
  • ABI兼容性：MSVC的主要版本号表示ABI（应用二进制接口）兼容性，意味着使用相同主要版本号的MSVC编译的代码可以在不同项目间链接，只要这些项目也是用相同主版本号的MSVC编译的。这一特性有助于保持二进制的兼容性，减少依赖问题。

​ 功能特性

  • 标准支持：MSVC持续更新以支持最新的C++标准，包括C++11、C++14、C++17、C++20等，尽管支持程度和具体实现细节可能晚于GCC或Clang。
  • 优化与诊断：提供多种级别的代码优化，包括针对性能和大小的优化选项。同时，它还具有丰富的警告和错误诊断功能，帮助开发者提高代码质量。
  • 链接器与库：与MSVC编译器配套的还有link.exe链接器，它负责将编译生成的对象文件链接成可执行文件或动态链接库。MSVC也提供了丰富的库支持，包括CRT（C运行时库）、STL（标准模板库）等。

​ 开发与集成

  • 集成开发环境：MSVC深度集成于Visual Studio，提供图形界面进行项目管理、代码编写、编译配置、调试等功能。
  • 命令行工具：除了图形界面外，MSVC也提供了命令行工具（如cl.exe），允许开发者通过脚本或终端直接编译代码，适用于自动化构建和持续集成环境。
  • 第三方工具和IDE兼容：尽管MSVC主要与Visual Studio一起使用，它也可以与其它IDE（如Qt Creator）集成，只需正确配置工具链即可。

Digital Mars

​ Digital Mars是一个历史悠久的编译器套件，专注于提供C和C++的编译解决方案。这个编译器由编程语言设计师沃德·布洛克（Walter Bright）开发，以其小巧、快速和高效的特点著称。以下是有关Digital Mars的详细介绍：

​ 主要特点

  • 轻量级与便捷性：Digital Mars C/C++编译器（通常称为DMC）以压缩包形式提供，无需安装，解压即用，非常适合追求简洁高效开发环境的用户。与大型IDE相比，它的体积小，启动和编译速度快。
  • 跨平台能力：虽然Digital Mars编译器最知名的是其在Windows平台上的表现，但实际上它也支持Linux和MacOS等操作系统，为跨平台开发提供了便利。
  • 标准支持：DMC支持C89标准和部分C++标准，尽管在某些高级特性和最新标准的支持上可能不如GCC或Clang等其他主流编译器全面。
  • 优化技术：DMC包含强大的优化技术，如先进的寄存器分配和指令调度，有助于生成高效运行的代码。
  • 设计特色：在C++方面，Digital Mars引入了“Design by Contract”概念，这是一种通过编译时检查来增强软件可靠性的方法。
  • 配套工具与库：除了编译器外，Digital Mars还提供了包括标准库函数、反汇编程序、资源编译器等在内的完整开发工具链，以及HTML文档支持，便于开发者查阅和学习。

​ 应用场景

​ 使用 Digital Mars 的 C++ 编译器 dmc 来编译源代码

  • 快速原型开发：由于其轻便快捷的特性，DMC适合快速创建和测试C/C++代码原型。

  • 教育与学习：开源的性质和简洁的结构使其成为学习C/C++语言及编译原理的良好工具。

  • 特定平台开发：对于需要在Windows平台上进行低级别系统编程或者维护遗留代码的开发者来说，DMC仍然是一个不错的选择。