GCC，LLVM，Clang

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 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属于编译器的中间层，它的输入是编译器的IF代码，输出经过最佳化的IF代码。然后再被编译器转化为机器相关的汇编代码。

LLVM支持语言无关的指令集和类型系统。指令采用静态单赋值形式。

LLVM是为了任意一种编程语言写成的程式，利用虚拟技术，创造出编译时期，链结时期，执行时期以及“闲置时期”的最佳化。它最早是以 C/C++为实作对象，目前它支援了包括Objective-C, Fortran, Ada, Haskell, Java bytecode, Python, Ruby, ActionScript, GLSL以及其他语言。

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，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：

Chris Lattner的LLVM显然是一个很棒的选择。随着 Mac OS X 10.6 Snow Leopard 登上舞台，LLVM显露出了真身。可以说， Snow Leopard的新功能，完全得益于LLVM的技术。而这些需求得以实现，归功于LLVM自身的新前端——Clang。而这一个版本，也是将LLVM推向真正成熟的重大机遇。

由于受到Clang项目的威胁，GCC也不得不软下来，让自己变得稍微模块化一些，推出插件的支持，而LLVM项目则顺水推舟，索性废掉了出道时就一直作为看家本领的LLVM-GCC，改为一个GCC的插件DragonEgg。 Apple也于Xcode 4.2彻底抛弃了GCC工具链。

除LLVM核心和Clang以外，LLVM还包括一些重要的子项目，比如一个原生支持调试多线程程序的调试器LLDB，和一个C++的标准库libc++，这些项目由于是从零重写的，因此要比先前的很多项目站得更高，比如先前GNU、Apache、STLport等C++标准库在设计时，C++0x标准还未公布，所以大多不支持这些新标准或者需要通过一些繁杂的改动才能支持，而libc++则原生支持C++0x。

FreeBSD

LLVM的成熟也给其他痛恨GCC的开发项目出了一口恶气。其中最重要的，恐怕是以FreeBSD为代表的BSD社区。BSD社区和Apple的联系一向很紧密，而且由于代码相似，很多Apple的技术如Grand Central Dispatch也是最早移植到FreeBSD上。BSD社区很早就在找GCC的替代品，无奈大多都很差（如Portable C Compiler产生的代码质量和gcc不能同日而语）。

BSD开发者有洁癖的居多，大多都不喜欢GPL代码，尤其是GPL协议第三版发布时，和FreeBSD的协议甚至是冲突的。这也正是为什么FreeBSD中包含的GNU的C++运行库还是2007年以GPLv2发布的老版本，而不是支持C++0x的但依GPLv3协议发布的新版本。

因此历时两年的开发后，2012年初发布的FreeBSD 9.0中，Clang被加入到FreeBSD的基础系统。 但这只是第一步，因为FreeBSD中依然使用GNU的C++ STL 库、C++运行库、GDB调试器、libgcc/libgcc_s编译库都是和编译相关的重要底层技术，先前全被GNU垄断，而现在LLVM子项目lldb、libc++、compiler-rt等项目的出现，使BSD社区有机会向GNU说“不”，因此一个把GNU组件移出FreeBSD的计划被构想出来，并完成了很大一部分。 预计在FreeBSD 10发布时，将不再包含GNU代码。