谈谈GCC4.0几个值得关注的新特性 （1）

本文侧重介绍了 GCC 4.0 内部结构相对于 3.4.x 版本的一些全新变化。 GCC(GNU Compiler Collection) 是 GNU(GNU's Not Unix) 计划提供的编译器家族，它能够支持 C, C++, Objective-C, Fortran, Java 和 Ada 等等程序设计语言前端，同时能够运行在 x86, x86-64, IA-64, PowerPC, SPARC 和 Alpha等等几乎目前所有的硬件平台上。鉴于这些特征，以及 GCC 编译代码的高效性，使得GCC 成为绝大多数自由软件开发编译的首选工具。虽然对于程序员们来说，编译器只是一个工具，除了开发和维护人员，很少有人关注编译器的发展，但是GCC的影响力是如此之大，它的性能提升甚至有望改善所有的自由软件的运行效率，同时它的内部结构的变化也体现出现代编译器发展的新特征，所以 2005年4月20日，GNU 组织发布的 GCC 4.0 引起了广泛的关注。那么这次 GCC 从 3.4.x 直接跃迁到 4.x 的主版本变化到底有什么值得关注的呢？

我们可以从不同的角度看待 GCC 的这次变迁，对于普通程序员来说，关注的主要是GCC 的前端支持情况以及编译性能的变化。

1. GCC 4.0 的前端支持

GCC 的开发者和使用者当中，大多数人都是 C 或者 C++ 的用户，所以 GCC 对Fortran 语言支持不足也不令人奇怪。但是，这并不代表 Fortran 是无足轻重的，事实上，开发商业的 Fortran 编译器的公司要远远多于开发 C 和 C++ 编译器的公司。

在科学计算和工程应用领域，程序员们仍然在频繁使用 Fortran 程序，同时，大量的经过长时间考验的函数库也为Fortran语言的数值计算提供了强有力的支持，所以，在一些"超级计算机"(supercomputer)上，Fortran仍然是绝大多数应用的首选语言。

然而，在GCC 4.0发布之前，如果不想购买商用的Fortran编译器，那么程序员们的唯一选择就是GNU的g77编译器。但是g77编译器是一个相当陈旧的技术，很多Fortran语言的新特性都不能支持，比如流行的Fortran 95，它能够支持的模块化编程，并行处理和数组操作等等，g77编译器基本上都无法支持。

这次GCC 4.0发布时推出了支持Fortran 95语言前端的编译器gfortran，它已经能够大大超越g77编译器，支持Fortran 95标准中的很多新特性，虽然gfortran还有一些缺陷，比如不能支持自动并行化(automatic parallelization)，不能支持Fortran 2003中的面向对象特性等等，它已经给了Fortran程序员除了商业编译器和g77以外一个更好的选择。

2. GCC 4.0的编译性能

编译器的性能主要可以从三个方面来考查：

1. 编译时间(compile time)，指编译器编译一个源程序得到目标代码所需要的时间。

2. 目标代码的大小(object size)，编译得到的目标代码当然是越精悍越好了。

3. 目标代码运行时间(run time)，运行时间体现了速度和效率。

这里，作者没有亲自测试和实验，引用了Scott Robert Ladd的《GCC 4.0: A Review for AMD and Intel Processors》文章中的一些实验结果。这篇文章引起了比较大的反响，其实验结果和结论也得到了广泛的认可，如果对Scott的具体测试采用的软硬件平台和工具方法感兴趣，原文可以在http://www.coyotegulch.com/reviews/gcc4/index.html看到。

Scott使用AMD和Intel的两款处理器：64位的Opteron处理器和32位的Pentium 4处理器，分别针对GCC 3.4.3和GCC 4.0来进行测试。他选用了POV-Ray 3.6.1, LAME 3.96.1, SciMark 2.0和Linux 2.6.11.8作为benchmark来进行测试，分别记录了GCC 3.4.3和GCC 4.0在ADM Opteron和Intel Pentium 4下的编译时间、代码大小和代码运行时间进行比较，具体的实验结果请参见原文。

这样，根据这些实验数据，我们可以给出一个粗糙的结论，在编译性能方面，GCC 4.0似乎不如GCC 3.4.3，因为在很多时候，GCC 4.0的编译时间、代码大小以及代码运行时间全面高于GCC 3.4.3。这样的结果看似出人意料，GCC这次大的版本变化就是因为引入了新的优化框架，怎么会编译性能有所下降呢？这主要是因为：首先，这是一次主版本变化，我们可以理解巨大的变化带来的性能损耗；另外，更主要的是，GCC新的优化框架的潜力尚未完全发挥出来，这一点，在我们文章结束的时候，读者会有更深的理解。