LLVM与Clang的发展史

type

status

date

slug

summary

源头-GCC和GDB

GCC与Apple

要想说clang的历史，就必须要提一下在此之前的独一档编译器GCC了。「GCC」（GNU Compiler Collection，GNU编译器套装）是一个非常强大的编译器，也是是GNU项目的关键部分。gcc被移植到各种操作系统中，其中就包括Mac OS X操作系统，并且成为了其标准的编译器。其中Mac OS X包含了自家软件的开发程序，其重大的特色是名为Xcode的集成开发环境，Xcode是一个能与各种编译器沟通的接口，而早期的Xcode中使用的编译器就是GCC。当时一同被移植进入Mac OS X的还有GNU软件系统中的标准调试器「GDB」（GNU Debugger），GDB可以配合GCC作为其调试除错的工具。

📝

GNU计划：GNU project，又译作革奴计划，是一个自由软件集体协议计划，他们的目标是创建一套完全自由的操作系统，称为GNU。「GNU」是GNU‘s Not Unix的递归缩写，其内容软件完全以GPL方式发布。 Mac OS X：Mac OS X 是与先前的 Mac OS 彻底地分离开来的一个操作系统，它的底层代码与先前版本完全不同。这个新的核心名为 Darwin，是一套开放源码、符合 POSIX 标准的操作系统，伴随着标准的 Unix 命令行与其强大的应用工具。

Apple对GCC的不满

虽然苹果公司在很长一段时间一直使用GCC作为其标准的编译器，但随着Apple对Object-C语言以及C语言新增了许多特性，当时的GCC开发者并不买Apple的账，也就是说并没有顺着Apple的意思实现，后期索性双方开了两条分支分别开发，这就导致Apple的编译器版本远远落后于官方版本，加之GCC许多历史遗留问题，导致代码耦合度过高、难以独立，越开发到后期代码质量就越差，基于这两个主要原因，Apple萌生了寻找一个高效、模块化、协议更放松的开源代替品，Chris Lattner的LLVM显然是一个很好的选择。

编译大神Chris Lattner

2000年，本科毕业的Chris Lattner就像大部分中国学生一样，参加了研究生入学考试，并成功考入了伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校（UIUC）。在此期间，他经年累月的学习《Compiler：Principles，Techniques，and Tools》这本龙书，当然刻苦学习的结果就是成了GPA满绩的牛人，并不断探索关于编译器的未知领域，发表了一篇又一篇的论文。在他的硕士毕业论文中，他提出了一套完整的在编译时、链接时、运行时甚至在闲置时优化程序的编译思想，这也直接奠定了LLVM的基础。LLVM在他博士期间更加成熟，此时的LLVM是分析用GCC做前端进行语义分析得到的intermediate format，然后完成代码优化和生成。这个研究在他博士毕业时就成了业界小有名气的编译器专家，也因此被Apple早早盯上，于是Apple成了LLVM项目的主要资助者。

LLVM横空出世

定义

「LLVM」是一套编译器基础设施项目，为自由软件，以C++写成，包含一系列模块化的编译器组件和工具链，用来开发编译器前端和后端。它是为了任意一种编程语言而写成的程序，利用虚拟技术创造出编译时期、链接时期、执行时期以及“闲置时期”的优化。

LLVM的命名最早来源于底层虚拟机（Low Level Virtual Machine）的首字母缩写，由于这个项目的范围并不局限于创建一个虚拟机，这个缩写也导致了许多误会。LLVM开始成长之后，成为了许多编译工具以及低端工具的统称，由于这个名字变得不在贴切，于是开发者便放弃了这个缩写的含义，现如今LLVM单纯成为了一个名牌，适用于LLVM下的所有项目，包含LLVM的调试工具，LLVM C++标准库函数等等。

LLVM的三段式架构

LLVM的不同之处在于，可以作为多种前端编译器的优化器，并且可以针对多种CPU架构生成对应的机器代码。其优势就是优化器的功能可重用，适用于多种编程语言和多种CPU架构平台。如下图所示：

这种三段式架构的优势是非常明显的：

可重用：由于前后端是分离的，当需要移植一个新语言源时，只需要实现一个新的前端，而现有的优化器和后端可以直接重用。

模块化：不同于其他编译器（如：GCC）的整体式设计，LLVM将各个阶段的编译技术模块化，尤其是语言无关的通用优化器，可支持多种语言输入，可输出多种架构的机器代码。

丰富的开发者资源：这种设计意味着它支持不止一种源语言和目标平台（如：x86、ARM、MIPS），会吸引更多的开发人员参与到该项目中，就会有更多高质量的代码产生，这自然会对编译器带来更多的增强和改进。

有利于分工：实现前端所需的技能与优化器、后端所需的技能不同，将它们分开可以使“前端人员”更容易地增强和维护他们的编译器部分。”后端人员“可以专注于中间代码的优化和目标平台机器代码的生成。

发展

LLVM最初被用来取代GCC中的代码产生器，而LLVM真正的发迹，则得等到 Mac OS X 10.6 Snow Leopard 登上舞台。可以说， Snow Leopard的新功能，完全得益于LLVM的技术。而这一个版本，也是将LLVM推向真正成熟的重大机遇。Snow Leopard的三项主推技术64位支持、OpenCL以及Grand Central Dispatch (GCD) ，GCD并随后被引入到了iOS 4.0中。而这些需求得以实现，归功于LLVM自身的新前端 — Clang。

Clang

Apple吸收Chris Lattner的目的要比改进GCC代码更具野心——Apple打算从零开始写 C、C++、Objective-C语言的前端编译器，完全替代掉GCC。

这个编译器就是Clang，”Clang: a C language family frontend for LLVM“，Clang 是一个只支持C、C++、Objective-C和Objective-C++四种C家族编程语言的编译器前端，它的设计目标就是上述所说的：GCC的代替品，这正是苹果当时所需要的。

现在的Xcode已经完全使用LLVM+Clang作为编译器了，只有LLVM时，编译器的前端是GCC，Clang开发出来以后，编译器的前端成了Clang，GCC在Xcode中不复存在。

Clang的加入让LLVM走向成熟和全能，苹果的开发面也焕然一新，从此摆脱了GCC的限制了，掌握了“核心科技”。而Chris Lattner以影响他最大的龙书封面为灵感，为项目选定了图标——一条张牙舞爪的飞龙。