GCC 4.0 的新特性

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。

3. GCC 4.0 的内部结构变化
GCC 遵循 GPL 协议，是开放源代码的，其开发过程也是完全开放的，任何人都可以对 GCC 的发展作出贡献，因而 GCC 特别适合用于学习和研究编译器。对于学习和研究编译器本身来说，GCC 内部的结构变化显然更吸引人。

目前 GCC 发行维护者 Mark Mitchell 在接受 internetnews.com 网站采访时这样说到："毫无疑问地，GCC 4.0 中最引人注意的特性以及为何把 GCC 的这个版本称作 4.0 而不是 3.5，就是因为其新的优化框架(optimization infrastructure)。大体上来说，GCC 以前的版本的代码优化工作主要在底层机器指令级别进行的。不幸的是，到了底层的时候，很多信息已经丢失了，因此，GCC 4.0 在更接近输入高级语言程序的级别上做了很多优化工作。"

Mark Mitchell 所说的 GCC 新的优化框架主要就是指 Tree SSA(Static Single Assignment)，Tree SSA 经过长时间的独立开发，最终整合进了 GCC 的主流(mainstream)中，可见这种设计是意义非凡的。Tree SSA 是什么？为什么要采用 Tree SSA? 使用了 Tree SSA 的 GCC 有什么不同？新的 GCC 编译和优化框架是什么样的？等等，这些将是本文探讨的主要问题。

这部分文章内容是这样组织的：首先回顾 GCC 4.0 版本之前的编译流程，以便进行对比；接下来介绍 GCC 4.0 的编译流程以及新的优化框架结构，这里先介绍 GENERIC Tree和 GIMPLE Tree，SSA 形式等基本概念，在读者对这些概念和理论有了一定的了解之后，再介绍 GCC 中是如何实现 Tree SSA 框架结构的。

3.1 GCC 4.0 之前的编译流程
这里有必要回顾一下 GCC4.0 之前的版本进行代码优化的框架结构，以便进行对比分析。GCC 的前端在接受了输入的源程序之后，经过分析器(parser)处理得到 Parse Tree（通常是一种抽象语法数，AST, Abstract Syntax Tree），根据这个 Parse Tree 生成程序的RTL(Register Transfer Language)表示，然后在 RTL 表示的基础上进行优化处理，然后生成相应的目标代码，如下图 1 所示。

但是 RTL 表示是一个相当接近底层的表示，也就是说它更接近目标代码，适合进行目标相关的优化工作，比如寄存器分配等等。然而，很多的优化转换工作需要更高层的程序信息，比如数组引用、数据类型、控制流结构等等，这些很难用 RTL 表示，或者无法用 RTL表示。

图1. GCC 4.0之前版本的代码编译流程和优化框架

3.2 GCC 4.0 的优化框架(Optimization Infrastructure)
提供一个可移植性强、跨平台以及编译高效代码的编译器，是 GCC 一贯追求的目标，为了使 GCC 能够获得更好的编译性能，高层程序信息级别的优化工作是必须的。Tree SSA设计的主要目的就在于此，它既与前端语言无关，又与后端目标无关，而且能够提供在 RTL表示层很难或者无法进行的高级分析和转换。