编译器的大致构成传统的编译器通常分为三部分，前端（frontEnd）、优化器（Optimizer）和后端（backEnd）。在编译过程中，前端主要负责词法和语法分析，将源代码转化为抽象语法树；优化器在前端的基础上对得到的中间代码进行优化，使代码更加高效；优化的中间代码被转换为相应平台的机器代码。GCCGCC（GNUCompilerCollection，GNUCompilerSuite），是由GNU开发的一套程序语言编译器。GCC以前被称为GNUC编译器，因为它最初只能处理C语言。GCC迅速发展以处理C++、Fortran、Pascal、Objective-C、Java和Ada等语言。LLVMLLVM（LowLevelVirtualMachine，底层虚拟机）提供编译器相关的支持，可以进行编译时优化，链接优化，在线编译优化，以及编程语言的代码生成。总之，可以作为各种编译器的后台。Apple一直使用GCC作为官方编译器。GCC作为一个开源的编译器，一直做的不错，但是Apple会对编译工具提出更高的要求。主要原因有以下几点：第一，苹果给Objective-C语言增加了很多特性（包括后来给C语言），但是GCC开发者不买苹果的帐——他们没有实现，所以干脆后来实现了二。分为两个分支，分别开发，这也导致苹果的编译器版本远远落后于GCC的正式版。第二，GCC的代码耦合度太高，很难独立，而且越晚的版本，代码质量越差，但是苹果要做的很多功能（比如更好的IDE支持）都需要在里面调用GCC的一种模块化方式，但是GCC没有给它。编译大师ChrisLattner出生于2000年，和中国大多数大学生一样，本科毕业的ChrisLattner一步步通过GRE考试，最终来到UIUC（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）开始了他的人生。努力攻读计算机科学硕士和博士学位。职业。这一阶段，他不仅走遍了美国各大景点，还变身了《Compilers: Principles, Techniques, and Tools》，成为了GPA满分（4.0）的大师，并不断研究和探索编译器的未知领域，发表了一篇又一篇论文，在他的硕士论文中，他提出了一整套在编译时、链接时、运行时甚至空闲时优化程序的编译思想，直接为LLVM奠定了基础。LLVM在他读博士的时候比较成熟，以GCC为前端对用户程序进行语义分析生成IF（IntermidiateFormat），然后LLVM利用分析结果完成代码优化和生成。这项研究使他在2005年毕业时成为业界知名的编译器专家。因此，他很早就被苹果盯上了，并最终成为其编译器项目的骨干。一进入苹果，ChrisLattner就大显身手：首先，他在OpenGL团队做了代码优化，将LLVM运行时编译放在了OpenGL栈上，让OpenGL栈可以产生更高效的图形代码。如果显卡够先进，这些代码直接扔进GPU执行。但是对于一些不支持所有OpenGL特性的显卡（比如当时的IntelGMA卡），LLVM可以将这些指令优化为高效的CPU指令，让程序依然可以正常运行。这个强大的OpenGL实现被用于后来的MacOSX10.5版本中。同时将LLVM的链接优化直接加入Apple的代码链接器，LLVM-GCC也同步使用GCC4.0代码。LLVM2.0——ClangApple吸纳ChrisLattner的目的比改进GCC代码更雄心勃勃——苹果打算从头开始编写C、C++、Objective-C语言的前端Clang，完全取代GCC。Clang是LLVM的前端，可以用来编译C、C++、ObjectiveC等语言。Clang是一个高效易用的编译前端，以LLVM为后端，与IDE结合得很好。Clang只支持三种语言：C、C++和Objective-C。2007年开始开发，最先完成C编译器。由于Objective-C只是C语言的简单扩展，所以比较简单。在很多情况下，它甚至可以等效地重写为从C语言到Objective-C运行时库的函数调用。2009年，全面具备投产条件。后来也支持C++。GCC和Clang比Clang更快的特点：通过在OSX上编译包含几乎所有C头文件的carbon.h，包括预处理（Preprocess）、语法（lex）、解析（parse）、语义分析（SemanticAnalysis）），抽象语法树（AbstractSyntaxTree）的生成时间，Clang比GCC快2倍以上。内存占用小：Clang的内存占用是源代码的130%，AppleGCC的是10倍以上。诊断信息可读性强：不仅有语法错误的源码提示，还有~~~~~和^在错误调用及相关上下文下方的提示。和GCC的提示比起来，就很莫名其妙了。良好的兼容性：Clang从一开始就是作为API设计的，允许它被源代码分析工具和IDE集成。GCC是作为单个静态编译器构建的，这使得API和集成到其他工具中变得非常困难。Clang有静态分析，GCC没有。Clang使用BSD许可证，GCC使用GPL许可证。GCC优势支持JAVA/ADA/FORTRANGCC支持更多平台GCC更流行，应用广泛，支持全面GCC基于C，无需C++编译器即可编译GCC、LLVM、Clang如何选择？旧的GCC4.2目前已被弃用，因为Apple将不再维护它，而LLVM-GCC看起来会更好。项目中途更改编译选项属于大改动，需谨慎。对于新项目，LLVM-GCC似乎是一个安全的选择。Apple认为它足够稳定和成熟，因此它是Xcode4的默认选项。另外，由于选项使用的是GCC解析器，因此向后兼容应该没问题。LLVM-GCC是一个安全的选择，但并不意味着Clang/LLVM不那么安全，只是成熟度没那么高效。总结——重温LLVM回顾GCC的历史，虽然取得了巨大的成功，但开发GCC的初衷只是提供一个免费的开源编译器，仅此而已。但是后来随着GCC支持的语言越来越多，GCC架构的问题也逐渐暴露出来。但是GCC究竟有什么问题呢？LLVM的优点也是GCC的缺点。传统编译器工作时，前端负责解析源代码，检查语法错误，并将其翻译成抽象语法树（AbstractSyntaxTree）。优化器优化这个中间代码，试图使代码更高效。后端负责将优化器优化后的中间代码转换为目标机器的代码。在这个过程中，后端会最大限度地利用目标机器的特殊指令来提高代码的性能。其实不仅是静态语言，动态语言也符合上述模型，比如Java。JVM也使用上述模型将Java代码翻译成Java字节码。这种模式的好处在于，当我们要支持多种语言时，只需要添加多个前端即可。当需要支持多台目标机时，只需添加多个后端即可。对于中间优化器，我们可以使用通用中间代码。这种三级结构还有另一个优点。开发前端的人只??需要知道如何将源代码转换成优化器可以理解的中间代码即可。他不需要知道优化器的工作原理，也不需要了解目标机器的知识。这大大降低了编译器开发的难度，让更多的开发者参与进来。虽然这种三段式编译器有很多优点，并且写在教科书上，但这种结构在实践中一直没有得到完美的实现。比较好的应该是Java和.NET虚拟机。虚拟机可以把目标语言翻译成字节码，所以理论上我们可以把任何语言翻译成字节码，然后输入到虚拟机中运行。但是这种动态语言模型不太适合C语言，所以强行将C语言翻译成字节码并实现垃圾回收机制的效率很低。GCC也让三阶段的方法变得更好，实现了很多前端，支持很多语言。但上述编译器的致命缺陷是它们是一个完整的可执行文件，没有为其他语言的开发者提供代码复用接口。尽管GCC是开源的，但很难重用源代码。LLVM最初的定位是一个比较底层的虚拟机。它的出现正是为了解决编译器代码重用的问题。LLVM一上来就站在比较高的角度，制定了中间代码表示语言LLVMIR。LLVMIR充分考虑了各种应用场景，比如在IDE中调用LLVM进行实时代码语法检查，编译优化静态和动态语言等。从上图我们发现LLVM和GCC没有本质区别在三级架构中。LLVM与其他编译器最大的区别在于它不仅是一个CompilerCollection，还是一个LibrariesCollection。比如我要为X语言写一个优化器，我自己实现PassX算法来处理X语言和其他语言最大的区别。LLVM优化器提供的PassA和PassB算法提供了X语言和其他语言通用的优化算法。然后我可以在链接的时候选择X优化器在LLVM提供的算法中进行链接。LLVM不仅仅是一个编译器，还是一个SDK。AppleLLVMcompiler4.2是真正的LLVM编译器，前端使用Clang，基于最新的LLVM3.2编译。LLVMGCC4.2Compiler核心依然是LLVM，但是前端使用了GCC4.2编译器。从LLVM下载页面可以看出，LLVM从1.0到2.5都是使用GCC作为前端，直到2.6才提供Clang前端。如果您下载LLVM的代码，它是一个IR到ARM/机器代码的编译器。比如bin/opt是IR的优化器，bin/llc是IR->ASM的翻译，bin/llvm-mc是汇编器。如果您从http://llvm.org下载Clang，那么您将拥有C->IR的翻译和完整的编译器驱动程序。GDB是GNU的调试器。只要编译器支持DWARF格式，就可以用GDB调试。
