03-计算机原理|计算机编译原理-gcc等编译器与自动化编译配置“make、makefile、cmake、nmake”

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前言

最近在了解vue.js。观察到它能够在代码编辑过后,不用重新运行,便可以直接更新。于是产生了进一步了解计算机程序从编辑到机器执行工作的原理的兴趣。

计算机编写的程序,都要通过编译、链接,最后生成机器的可执行文件,在机器上运行。编译的过程,是由编译器工具链去执行的。

要掌握vue.js这一门js语言的工作特性,若是直接从问题入手,直接去关注 该语言的相关知识点就够了。

我们作为编写代码的手艺人,不能一直停留在平台语言功能SDK API 上的学习。学习功能的API(比如学习一个LBS功能) 固然能帮助我们去编写一个应用程序相关的功能点。
要想了解计算机的工作原理,我们就必须去认识计算机编译相关的知识。其中,学习编译配置相关的知识,也有助于我们优化我们编写的程序应用

所以我们不妨从计算机编译原理这门课复习一下相关的知识点!!!

概述

本文的篇幅包括以下几个章节:
一、编译器
二、自动化编译配置
三、总结\ 推荐阅读
相关阅读

一、编译器

编译器有不少,常见的编译器有:

GCC(GNU Compiler Collection)

官方网站: gcc.gnu.org/

GCC有Windows移植版本,比较出名的就是MinGW和TDM-GCC
MinGW :www.mingw.org/
TDM-GCC: tdm-gcc.tdragon.net/download
Cygwin:www.cygwin.com/

GNU编译器套件(GNU Compiler Collection)包括C、C++、Objective-C、Fortran、Java、Ada和Go语言的前端,也包括了这些语言的库(如libstdc++、libgcj等等)。GCC的初衷是为GNU操作系统专门编写的一款编译器。GNU系统是彻底的自由软件。此处,“自由”的含义是它尊重用户的自由。

llvm+Clang

LLVM官方网站:llvm.org/
Clang官方网站:clang.llvm.org/get_started…

LLVM是构架编译器(compiler)的框架系统,以C++编写而成,用于优化以任意程序语言编写的程序的编译时间(compile-time)、链接时间(link-time)、运行时间(run-time)以及空闲时间(idle-time),对开发者保持开放,并兼容已有脚本。LLVM计划启动于2000年,最初由University of Illinois at Urbana-Champaign的Chris Lattner主持开展。2006年Chris Lattner加盟Apple Inc.并致力于LLVM在Apple开发体系中的应用。Apple也是LLVM计划的主要资助者.

Low Level Virtual Machine (LLVM) 是一个开源的编译器架构,它已经被成功应用到多个应用领域。Clang ( 发音为 /klæŋ/) 是 LLVM 的一个编译器前端,它目前支持 C, C++, Objective-C 以及 Objective-C++ 等编程语言。Clang 对源程序进行词法分析和语义分析,并将分析结果转换为 Abstract Syntax Tree ( 抽象语法树 ) ,最后使用 LLVM 作为后端代码的生成器。
Clang 的开发目标是提供一个可以替代 GCC 的前端编译器。与 GCC 相比,Clang 是一个重新设计的编译器前端,具有一系列优点,例如模块化,代码简单易懂,占用内存小以及容易扩展和重用等。由于 Clang 在设计上的优异性,使得 Clang 非常适合用于设计源代码级别的分析和转化工具。Clang 也已经被应用到一些重要的开发领域,如 Static Analysis 是一个基于 Clang 的静态代码分析工具。

MSVC系列

与Visual Studio集成发布,微软自己的编译器,VS是一个基本完整的开发工具集,它包括了整个软件生命周期中所需要的大部分工具,如UML工具、代码管控工具、集成开发环境(IDE)等等。所写的目标代码适用于微软支持的所有平台,包括Microsoft Windows、Windows Mobile、Windows CE、.NET Framework、.NET Compact Framework和Microsoft Silverlight 及Windows Phone。

Intel C++

Intel C++ Compiler (简称 icc 或 icl)是美国 Intel 公司开发的 C/C++编译器,适用于 Linux、Microsoft Windows 和 Mac OS X 操作系统。

Intel 编译支持 IA-32、Intel 64、Itanium 2、Intel Atom 处理器和某些非 Intel 的兼容处理器(例如某些 AMD 处理器)。开发人员应当检查系统需求。适用于 IA-32 和 Intel 64 的 Intel C++ 编译器的主要特点是自动向量化器,它能够生成 SSE、SSE2 和 SSE3 的 SIMD 指令及其适用于 Intel 无线 MMX 和 MMX 2 的嵌入式变种。
Intel C++ Compiler 进一步支持 OpenMP 3.0 和适用于对称多处理的自动并行化。借助于 Cluster OpenMP 的附加能力,编译器还可为分布存储多处理根据 OpenMP 指示自动生成消息传递接口调用。
Intel C++ Compiler 可通过四种方式获得,它分别是 Intel Parallel Studio、Intel C++ Compiler 专业版、Intel 编译器套装和 Intel Cluster Toolkit 编译器版的一部分。该编译器的最新发布是 Intel C++ Compiler 14.0 版本

TCC(Tiny C Compiler)

官方网站:bellard.org/tcc/

Tiny C Compiler(缩写为TCC, tCc或TinyCC)用于x86(16/32位)或是x86-64(64位)系统的C compiler,而开发者为Fabrice Bellard。软件是设计用于低级电脑环境,或是于磁盘容量有限的空间中(1.44磁片或是硬盘)。软件可以适用于Windows、Linux、Unix操作系统,而最新版本为0.9.26(Feb 15, 2013)。TCC是在GNU宽通用公共许可证(LGPL)协议规范下发布。作者是大神法布里斯·贝拉(FabriceBellard)

TCC符合ANSI C(C89/C90)规范,Tiny C Compiler Reference Documentation accessed on 2008-08-07]亦符合新版的ISO C99标准规范,与GNU C扩展的内嵌汇编语言(即inline assembler,内联汇编大陆用语)功能汇编语言。

二、自动化编译配置

每一份代码源程序文件,都可以通过编译器的指令操作去生成可执行目标程序文件,但在一个庞大的工程里面,通常代码的量级都是十分庞大的,因此需要有自动化编译配置工具去管理这个编译的配置过程。

有一些平台的开发者工具套件IDE,在生成工程项目的时候,都有一些默认编译配置,开发者根据项目的需求需要进一步自定义编译过程的时候,可以进一步去定义编译配置。比如苹果开发者的开发工具IDE Xcode。

有一些平台的开发套件,可以通过编写编译配置文件,来灵活配置 编译器 工作过程中 需要 关注的 编译、链接等程序信息。编写编译配置文件,可以有助于我们开发者批量管理工程代码的编译工作。这个过程即是自动化编译管理的过程。
“自动化编译”,一旦写好,只需要一个make命令,整个工程完全自动编译,极大的提高了软件开发的效率。

接下来我们以“gcc编译器+make”为例子,介绍一下自动化编译相关的要点:

1. gcc

它是GNU Compiler Collection(就是GNU编译器套件),也可以简单认为是编译器,它可以编译很多种编程语言(括C、C++、Objective-C、Fortran、Java等等)。

我们的程序只有一个源文件时,直接就可以用gcc命令编译它。

可是,如果我们的程序包含很多个源文件时,该咋整?用gcc命令逐个去编译时,就发现很容易混乱而且工作量大,所以出现了下面make工具。

2. make

make工具可以看成是一个智能的批处理工具,它本身并没有编译和链接的功能,而是用类似于批处理的方式—通过调用makefile(Makefile)文件中用户指定的命令来进行编译和链接的。

3. makefile

这个是啥东西?

简单的说就像一首歌的乐谱,make工具就像指挥家,指挥家根据乐谱指挥整个乐团怎么样演奏,make工具就根据makefile中的命令进行编译和链接的。makefile命令中就包含了调用gcc(也可以是别的编译器)去编译某个源文件的命令。

makefile在一些简单的工程完全可以人工拿下,但是当工程非常大的时候,手写makefile也是非常麻烦的,如果换了个平台makefile又要重新修改,这时候就出现了下面的Cmake这个工具。

4. cmake

cmake就可以更加简单的生成makefile文件给上面那个make用。当然cmake还有其他更牛X功能,就是可以跨平台生成对应平台能用的makefile,我们就不用再自己去修改了。

可是cmake根据什么生成makefile呢?它又要根据一个叫CMakeLists.txt文件(学名:组态档)去生成makefile。

5. CMakeList.txt

到最后CMakeLists.txt文件谁写啊?亲,是你自己手写的。

6. nmake

nmake又是啥东西?

nmake是Microsoft Visual Studio中的附带命令,需要安装VS,实际上可以说相当于linux的make,明白了么?

总结:

1.用编辑器编写源代码,如.c文件。

2.用编译器编译代码生成目标文件,如.o。

3.用链接器连接目标代码生成可执行文件,如.exe。

但如果源文件太多,一个一个编译那得多麻烦啊?于是人们想到,为啥不设计一种类似批处理的程序,来批处理编译源文件呢?

于是就有了make工具,它是一个自动化编译工具,你可以使用一条命令实现完全编译。但是你需要编写一个规则文件,make依据它来批处理编译,这个文件就是makefile,所以编写makefile文件也是一个程序员所必备的技能。

对于一个大工程,编写makefile实在是件复杂的事,于是人们又想,为什么不设计一个工具,读入所有源文件之后,自动生成makefile呢,于是就出现了cmake工具,它能够输出各种各样的makefile或者project文件,从而帮助程序员减轻负担。但是随之而来也就是编写cmakelist文件,它是cmake所依据的规则。(cmake中有很多设置库的,此时还不是可执行文件,而make生成后才是二进制可执行文件。)

推荐阅读

计算机原理

makefile编写

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