1、編譯器家族 GCC 內(nèi)部探密 探索 GCC 前端的GNU編譯器家族GCC內(nèi)部探密：探索GCC前端的內(nèi)部結(jié)構(gòu)2010年06月03日星期四下午09：28GNU編譯器家族GCC內(nèi)部探密：探索GCC前端的內(nèi)部結(jié)構(gòu)screen.width*0.7)this.resized=true；this.width=screen.width*0.7；this.alt=Click here to open new windownCTRL+Mouse wheel to zoom in/out；onmouseover=if(this.width screen.width*0.7)this.resized=true；thi

2、s.width=screen.width*0.7；this.style.cursor=hand；this.alt=Click here to open new windownCTRL+Mouse wheel to zoom in/out；onclick=if(！this.resized)return true；elsewindow.open(onmousewheel=return imgzoom(this)；alt=/screen.width*0.7)this.resized=true；this.width=screen.width*0.7；this.alt=Click here to ope

3、n new windownCTRL+Mouse wheel to zoom in/out；onmouseover=if(this.width screen.width*0.7)this.resized=true；this.width=screen.width*0.7；this.style.cursor=hand；this.alt=Click here to open new windownCTRL+Mouse wheel to zoom in/out；onclick=if(！this.resized)return true；elsewindow.open(onmousewheel=return

4、 imgzoom(this)；alt=/screen.width*0.7)this.resized=true；this.width=screen.width*0.7；this.alt=Click here to open new windownCTRL+Mouse wheel to zoom in/out；onmouseover=if(this.width screen.width*0.7)this.resized=true；this.width=screen.width*0.7；this.style.cursor=hand；this.alt=Click here to open new wi

5、ndownCTRL+Mouse wheel to zoom in/out；onclick=if(！this.resized)return true；elsewindow.open(onmousewheel=return imgzoom(this)；alt=/screen.width*0.7)this.resized=true；this.width=screen.width*0.7；this.alt=Click here to open new windownCTRL+Mouse wheel to zoom in/out；onmouseover=if(this.width screen.widt

6、h*0.7)this.resized=true；this.width=screen.width*0.7；this.style.cursor=hand；this.alt=Click here to open new windownCTRL+Mouse wheel to zoom in/out；onclick=if(！this.resized)return true；elsewindow.open(onmousewheel=return imgzoom(this)；alt=/screen.width*0.7)this.resized=true；this.width=screen.width*0.7

7、；this.alt=Click here to open new windownCTRL+Mouse wheel to zoom in/out；onmouseover=if(this.width screen.width*0.7)this.resized=true；this.width=screen.width*0.7；this.style.cursor=hand；this.alt=Click here to open new windownCTRL+Mouse wheel to zoom in/out；onclick=if(！this.resized)return true；elsewind

8、ow.open(onmousewheel=return imgzoom(this)；alt=/未顯示需要javascript的文檔選項(xiàng)screen.width*0.7)this.resized=true；this.width=screen.width*0.7；this.alt=Click here to open new windownCTRL+Mouse wheel to zoom in/out；onmouseover=if(this.width screen.width*0.7)this.resized=true；this.width=screen.width*0.7；this.style

9、.cursor=hand；this.alt=Click here to open new windownCTRL+Mouse wheel to zoom in/out；onclick=if(！this.resized)return true；elsewindow.open(onmousewheel=return imgzoom(this)；alt=/趙蔚),Linux和自由軟件技術(shù)獨(dú)立顧問2003年7月10日我們?cè)诒疚闹姓f明GCC源碼包中的例子編程語言Treelang的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。主要目的在于輯此說明所謂GCC前端的編程方法。限于篇幅，本文只能略略講一下GCC前端的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的框架部分。本文中所涉

10、及到的源程序均位于GCC源碼包中的gcc/目錄和gcc/treelang/目錄下。本文的代碼分析基于GCC CVS中的最新(2003年六月)的開發(fā)版本。GNU編譯器家族GCC介紹作為自由軟件的旗艦項(xiàng)目，Richard Stallman在十多年前剛開始寫作GCC的時(shí)候，還只是把它當(dāng)作僅僅一個(gè)C程序語言的編譯器；GCC的意思也只是GNU CCompiler而已。經(jīng)過了這么多年的發(fā)展，GCC已經(jīng)不僅僅能支持C語言；它現(xiàn)在還支持Ada語言，C+語言，Java語言，Objective C語言，Pascal語言，COBOL語言，以及支持函數(shù)式編程和邏輯編程的Mercury語言，等等。而GCC也不再單只是G

11、NU C語言編譯器的意思了，而是變成了GNU Compiler Collection也即是GNU編譯器家族的意思了。另一方面，說到GCC對(duì)于各種硬件平臺(tái)的支持，概括起來就是一句話：無所不在。幾乎所有有點(diǎn)實(shí)際用途的硬件平臺(tái)，甚至包括有些不那么有實(shí)際用途的硬件平臺(tái)，比如Don Knuth設(shè)計(jì)的MMIX計(jì)算機(jī)，GCC都提供了完善的支持。我們?cè)谶@篇文章中要弄清楚的就是GCC是如何做到能夠支持這么多種程序語言的。所謂的GCC的程序語言前端到底是怎么回事。如果我們要設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)自己的編程語言的話，應(yīng)該從何入手?；卮疬@些問題的第一步，就是分析清楚GCC源碼包中，為了說明GCC的程序語言前端的編寫方法，而寫作的T

12、reelang編程語言在GCC中的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。如果把我們自己的程序語言的實(shí)現(xiàn)建立于GCC之上，也立刻使得我們的程序語言的實(shí)現(xiàn)版本可以運(yùn)行在幾乎所有有用的硬件平臺(tái)之上。這對(duì)于程序語言的作者來說，也是一個(gè)確實(shí)的有極大誘惑力的好處。screen.width*0.7)this.resized=true；this.width=screen.width*0.7；this.alt=Click here to open new windownCTRL+Mouse wheel to zoom in/out；onmouseover=if(this.width screen.width*0.7)this.resize

13、d=true；this.width=screen.width*0.7；this.style.cursor=hand；this.alt=Click here to open new windownCTRL+Mouse wheel to zoom in/out；onclick=if(！this.resized)return true；elsewindow.open(onmousewheel=return imgzoom(this)；alt=/screen.width*0.7)this.resized=true；this.width=screen.width*0.7；this.alt=Click h

14、ere to open new windownCTRL+Mouse wheel to zoom in/out；onmouseover=if(this.width screen.width*0.7)this.resized=true；this.width=screen.width*0.7；this.style.cursor=hand；this.alt=Click here to open new windownCTRL+Mouse wheel to zoom in/out；onclick=if(！this.resized)return true；elsewindow.open(onmousewh

15、eel=return imgzoom(this)；alt=/screen.width*0.7)this.resized=true；this.width=screen.width*0.7；this.alt=Click here to open new windownCTRL+Mouse wheel to zoom in/out；onmouseover=if(this.width screen.width*0.7)this.resized=true；this.width=screen.width*0.7；this.style.cursor=hand；this.alt=Click here to o

16、pen new windownCTRL+Mouse wheel to zoom in/out；onclick=if(！this.resized)return true；elsewindow.open(onmousewheel=return imgzoom(this)；alt=/screen.width*0.7)this.resized=true；this.width=screen.width*0.7；this.alt=Click here to open new windownCTRL+Mouse wheel to zoom in/out；onmouseover=if(this.width s

17、creen.width*0.7)this.resized=true；this.width=screen.width*0.7；this.style.cursor=hand；this.alt=Click here to open new windownCTRL+Mouse wheel to zoom in/out；onclick=if(！this.resized)return true；elsewindow.open(onmousewheel=return imgzoom(this)；alt=/回頁首關(guān)于代碼分析在這一小節(jié)里面我們著重說明兩個(gè)問題：第一、為什么要閱讀源代碼；第二、代碼分析應(yīng)該怎么寫

18、。閱讀源代碼對(duì)提高自己的編程水平是非常有幫助的。這個(gè)幫助至少體現(xiàn)在兩個(gè)方面。第一個(gè)方面是學(xué)會(huì)大型軟件項(xiàng)目設(shè)計(jì)的模式。這樣的模式是真實(shí)可靠的第一手資料，這樣學(xué)來的模式要比從書本上，用日常語言陳述的模式，更能深入到你的腦海中去。而且它的真實(shí)性和可靠性都是有保證的。并且這樣的模式還非常的具體。我曾經(jīng)看到計(jì)算機(jī)系的同學(xué)推薦去讀亞歷山大的建筑學(xué)方面的經(jīng)典著作；個(gè)人以為這是走的太遠(yuǎn)了。與其去讀建筑學(xué)的書，不如去分析一下成功的自由軟件項(xiàng)目的源代碼。具體的用代碼說明的模式，無論如何要比虛無飄渺的美學(xué)概念，或者模棱兩可的工程紀(jì)律，都要更加容易學(xué)習(xí)吧?閱讀源代碼的第二個(gè)好處，是增加自己的自信心。就象學(xué)習(xí)英語，要和

19、別人談話，要看看別人的文章，不能只是看教科書上的簡(jiǎn)單的例子。教科書上的例子限于篇幅，不可能做到像真實(shí)、完整的英文小說那樣，把一個(gè)完整的設(shè)計(jì)呈現(xiàn)在你的面前。只有當(dāng)你硬著頭皮，拋開字典，把一本英文小說生生啃下來之后，你才能有把握說：我的確能做到。類似的，只有當(dāng)我們看過大型軟件項(xiàng)目的源代碼，作過修改，摸爬滾打之后，我們才能有把握的說：我也能寫出來。上面說了閱讀源代碼至少有這么兩個(gè)好處。那么在閱讀源代碼的時(shí)候，我們必然要做代碼分析筆記。這個(gè)代碼分析筆記如何寫，這就是我們關(guān)心的一個(gè)問題了。在這里，我提出一些我自己的也許不太成熟的看法，也請(qǐng)讀者朋友們不吝指教。我總覺得，與其作一行一行的代碼注釋，說明每一行

20、代碼的作用；不如設(shè)計(jì)一個(gè)故事，把代碼的框架說清楚。這也是我前面提到的，所謂模式一說。因?yàn)殚喿x源代碼，最關(guān)鍵的是要了解大型軟件項(xiàng)目設(shè)計(jì)的模式，而不是要把每一次讀者分析每一行代碼細(xì)節(jié)的樂趣從此剝奪掉。另一方面，代碼分析的寫作風(fēng)格，可以是參考手冊(cè)似的；也可以是航海日志似的。我個(gè)人覺得參考手冊(cè)似的代碼分析是比較乏味的，讀起來乏味，寫起來也不免乏味，雖然它可能更有用。對(duì)于一個(gè)急著要快點(diǎn)結(jié)束加班工作的軟件工程師來說，也許參考手冊(cè)更加實(shí)用。但是對(duì)于一個(gè)想要了解這一份成功的軟件背后的工作奧秘的探索者來說，一個(gè)航海日志似的代碼分析，也許讀起來更有味道，更能讓一個(gè)程序員在鍵盤與屏幕之間，體會(huì)到那地理大發(fā)現(xiàn)的激動(dòng)與

21、樂趣。本文后面的代碼分析，就是希望能寫成這樣的風(fēng)格?？墒亲髡吖P力有限，如有不足之處，還請(qǐng)讀者朋友們不吝指教。screen.width*0.7)this.resized=true；this.width=screen.width*0.7；this.alt=Click here to open new windownCTRL+Mouse wheel to zoom in/out；onmouseover=if(this.width screen.width*0.7)this.resized=true；this.width=screen.width*0.7；this.style.cursor=hand；

22、this.alt=Click here to open new windownCTRL+Mouse wheel to zoom in/out；onclick=if(！this.resized)return true；elsewindow.open(onmousewheel=return imgzoom(this)；alt=/screen.width*0.7)this.resized=true；this.width=screen.width*0.7；this.alt=Click here to open new windownCTRL+Mouse wheel to zoom in/out；onm

23、ouseover=if(this.width screen.width*0.7)this.resized=true；this.width=screen.width*0.7；this.style.cursor=hand；this.alt=Click here to open new windownCTRL+Mouse wheel to zoom in/out；onclick=if(！this.resized)return true；elsewindow.open(onmousewheel=return imgzoom(this)；alt=/screen.width*0.7)this.resize

24、d=true；this.width=screen.width*0.7；this.alt=Click here to open new windownCTRL+Mouse wheel to zoom in/out；onmouseover=if(this.width screen.width*0.7)this.resized=true；this.width=screen.width*0.7；this.style.cursor=hand；this.alt=Click here to open new windownCTRL+Mouse wheel to zoom in/out；onclick=if(

25、！this.resized)return true；elsewindow.open(onmousewheel=return imgzoom(this)；alt=/screen.width*0.7)this.resized=true；this.width=screen.width*0.7；this.alt=Click here to open new windownCTRL+Mouse wheel to zoom in/out；onmouseover=if(this.width screen.width*0.7)this.resized=true；this.width=screen.width*

26、0.7；this.style.cursor=hand；this.alt=Click here to open new windownCTRL+Mouse wheel to zoom in/out；onclick=if(！this.resized)return true；elsewindow.open(onmousewheel=return imgzoom(this)；alt=/回頁首Treelang的代碼框架讀者朋友們?cè)陂喿x這一部分代碼分析的時(shí)候，手邊最好能準(zhǔn)備上一份GCC 3.3的源代碼。這個(gè)源代碼可以從GCC的站點(diǎn)上獲得。本文作者力圖做到把整個(gè)情況像說故事一樣娓娓道來，但是讀者朋友們?nèi)绻?/p>

27、適當(dāng)?shù)臅r(shí)候能夠查閱一下源代碼，可能更能把問題了解的清楚透徹。這個(gè)treelang語言的實(shí)現(xiàn)，主要有兩個(gè)C語言文件，把整個(gè)代碼框架分成兩個(gè)部分。第一部分以tree1.c為主，帶上parse.y這個(gè)YACC源程序，組成了和GCC前端的接口；第二部分以treetree.c為主，組成了和GCC后端的接口。這里首先說明一下tree1.c這個(gè)文件。它和上級(jí)目錄中的GCC框架文件toplev.c交互作用，實(shí)現(xiàn)tree1這個(gè)執(zhí)行程序的主體部分。這個(gè)tree1就相當(dāng)于GCC的C語言前端中的cc1執(zhí)行程序，該程序是C語言編譯器前端的主體。我們首先試圖說明從toplev.c到tree1.c的路徑。這樣我們就注意到t

28、oplev.c中這個(gè)引人注目的lang_hooks變量。當(dāng)然，接下來就注意到在toplev.c同一目錄下的langhooks.c這個(gè)文件。我們希望在其中發(fā)現(xiàn)一點(diǎn)有趣的東西。這一共是三個(gè)文件：langhooks.ch和langhooks-def.h其中在langhooks.h中定義了一堆各式各樣的struct lang_hooks_for_xxx結(jié)構(gòu)，以及最后還有一個(gè)struct lang_hooks結(jié)構(gòu)把前面的那些for_xxx的結(jié)構(gòu)都總括了起來。這每一個(gè)結(jié)構(gòu)都是若干個(gè)至少看上去像是回調(diào)函數(shù)的函數(shù)指針?？磥磉@就是我們要尋找的東西。那么大概就是這樣了，編譯器前端向GCC主體部分注冊(cè)自己的lang

29、_hooks來完成各樣的任務(wù)。接下來一個(gè)自然的問題就是這個(gè)注冊(cè)是如何進(jìn)行的；另外一個(gè)問題就是要對(duì)這些回調(diào)函數(shù)指針進(jìn)行分析了。這個(gè)langhooks.h文件中關(guān)于struct lang_hooks結(jié)構(gòu)字段的注釋很詳細(xì)，這里我們暫時(shí)先跳過去。等到treelang中具體的注冊(cè)回調(diào)函數(shù)出現(xiàn)的時(shí)候，我們根據(jù)需要再做仔細(xì)說明。在langhooks-def.h文件中定義了一些這個(gè)struct lang_hooks結(jié)構(gòu)的默認(rèn)值?，F(xiàn)在我們進(jìn)入treelang目錄下的treetree.c這個(gè)文件。來察看一下在treelang中對(duì)struct lang_hooks這個(gè)結(jié)構(gòu)的初始化過程。這個(gè)過程不是按照我們通常所熟悉

30、的C語言的C99標(biāo)準(zhǔn)或者是GCC擴(kuò)展語法來進(jìn)行的。而是采用了大量的#define和#undef并結(jié)合上層目錄中的langhooks-def.h來進(jìn)行。細(xì)想一下，這是理所當(dāng)然的事情，因?yàn)檫@是在編譯C語言編譯器本身嘛。當(dāng)然就不好用到C語言的新的東西或者是自己做的擴(kuò)展的東西。注釋開始：我們以初始化如下定義的struct sample結(jié)構(gòu)為例。struct sampleint member_int；char*member_str；void(*member_fun)(void)；在C99中，初始化一個(gè)struct結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，使用下面這樣的語法。struct sample inst_c99=.member_

31、int=78,.member_str=iloveqhq,.member_fun=real_fun,；在C99標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)之前，GCC定義了自己的擴(kuò)展，下面的例子就是按照這個(gè)GCC對(duì)C語言的擴(kuò)展，來初始化一個(gè)struct結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。struct sample inst_gcc=member_int：76,member_str：zhaoway,member_fun：real_fun,；在GCC的源代碼中沒有使用上面的兩種辦法，而是大量使用了宏定義。這個(gè)辦法首先要申明一份輔助的宏定義。這些個(gè)輔助的宏定義，在一個(gè)軟件項(xiàng)目里面，針對(duì)一個(gè)struct結(jié)構(gòu)，只需要一份即可。#define MEMBER_INT 0

32、#define MEMBER_STR#define MEMBER_FUN NULL#define SAMPLE_INITIALIZERMEMBER_INT,MEMBER_STR,MEMBER_FUN,按照上面這樣的辦法申明了這些關(guān)于這個(gè)struct sample的輔助宏定義以后，在每次要初始化一個(gè)struct sample數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的時(shí)候，只需要按照如下操作即可。除了要稍微多打一些字以外，這個(gè)方法的方便程度和以上兩種方法是差不多的。#undef MEMBER_INT#define MEMBER_INT 12#undef MEMBER_STR#define MEMBER_STRtrtr#undef

33、 MEMBER_FUN#define MEMBER_FUN real_fun struct sample inst_def=SAMPLE_INITIALIZER；這樣就也可以像C99標(biāo)準(zhǔn)或者GCC的擴(kuò)展一樣，按照成員變量的名稱來初始化一個(gè)struct類型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)了。不過話又說回來，在我們一般的軟件項(xiàng)目中，還是應(yīng)該沿著C99標(biāo)準(zhǔn)這個(gè)C語言的發(fā)展方向來走的。：注釋結(jié)束接下來的線路很清楚，就是一個(gè)一個(gè)的分析這些個(gè)回調(diào)函數(shù)啦。screen.width*0.7)this.resized=true；this.width=screen.width*0.7；this.alt=Click here to op

34、en new windownCTRL+Mouse wheel to zoom in/out；onmouseover=if(this.width screen.width*0.7)this.resized=true；this.width=screen.width*0.7；this.style.cursor=hand；this.alt=Click here to open new windownCTRL+Mouse wheel to zoom in/out；onclick=if(！this.resized)return true；elsewindow.open(onmousewheel=retur

35、n imgzoom(this)；alt=/screen.width*0.7)this.resized=true；this.width=screen.width*0.7；this.alt=Click here to open new windownCTRL+Mouse wheel to zoom in/out；onmouseover=if(this.width screen.width*0.7)this.resized=true；this.width=screen.width*0.7；this.style.cursor=hand；this.alt=Click here to open new w

36、indownCTRL+Mouse wheel to zoom in/out；onclick=if(！this.resized)return true；elsewindow.open(onmousewheel=return imgzoom(this)；alt=/screen.width*0.7)this.resized=true；this.width=screen.width*0.7；this.alt=Click here to open new windownCTRL+Mouse wheel to zoom in/out；onmouseover=if(this.width screen.width*0.7)this.resized=true；this.width=screen.width*0.7；this.style.cur