1.编译器

简单地说，编译器可以看作是一个语言翻译器。就像把中文翻译成英语一样，编译器可以把高级语言翻译成计算机能够执行的机器语言。这样看来，GCC可以算得上是一个精通多国语言的高级翻译官了。

最简单的GCC使用指令如下所示：
gcc hello.c -o hello

GCC接受hello.c作为输入，最后产生目标可执行代码hello。

这个简单的流程实际上经历了很多步骤，依次呼叫了cpp，gcc自己，gas以及ld来进行完整的编译流程，最后生成最终的可执行文件hello。

以中间代码为分界，前面的词法分析、语法分析、语义分析我们把它称之为前端处理，后面的优化和目标代码生成我们称之为后端处理。

2.编译器前端、后端

试想一下，是否可以为不同的高级语言单独写一个前端，然后为不同的处理器架构单独写一个后端呢？

GCC基本上也是这么实现的，不过不要误会，并没有一个统一的gcc执行程序能够处理如此多的前端和后端，每个语言的编译器都是一个独立的程序（如C语言的编译器是gcc，C++的编译器是g++），而不同的后端也要对应不同的可执行程序。

前端的主要功能是产生一个可供后端处理的语法树，而语法树结构实际上很难与处理器架构脱钩，这些都是编译器应用中需要解决的问题。

4.GNU与GCC

4.1 GNU

“GNU，名称来自Gnu’s Not Unix"的缩写，一个类UNIX的操作系统，由GNU计划推动，目标在于创建一个完全兼容于UNIX的自由软件环境。

由于当时UNIX系统是商业软件，是收费的，而且有一部分源码是没有开放的，所以在1983年，理查德·斯托曼提出GNU计划，希望发展出一套完整的开放源代码操作系统来取Unix，计划中的操作系统，名为GNU。
因此，GNU的出现的目的就是为了取代UNIX系统。

但是操作系统是包括很多软件的，除了操作系统内核之外，还要有编辑器，编译器，shell等等一些软件来支持。

1989年，GNU项目中的其他部份，如编辑器、编译器、shell等都已经完成，独缺操作系统核心。
1990年，自由软件基金会开始正式发展Hurd，作为GNU项目中的操作系统。

1991年，Linux出现，所有GNU项目中运行于用户空间的软件，都可以在Linux上使用。许多开发者转向于Linux，Linux成为常见的GNU计划软件运行平台。理查德·斯托曼主张，Linux操作系统使用了许多GNU计划软件，应正名为GNU/Linux，但没有得到Linux社区的一致认同，形成GNU/Linux命名争议。

1992年，Linux与其他GNU软件结合，完全自由的操作系统正式诞生。许多程序员参与了Linux的开发与修改，也经常将Linux当成开发GNU计划软件的平台。该操作系统往往被称为“GNU/Linux”或简称Linux。但Linux本身不属于GNU计划的一部份，只是使用了许多GNU计划软件(包括GCC编译器，文本编译器等)，GNU计划自己的内核Hurd依然在开发中，但直到2013年为止，都还没有稳定版本发布。

GNU计划采用了部分当时已经可自由使用的软件，例如TeX排版系统和XWindow视窗系统等。不过GNU计划也开发了大批其他的自由软件，这些软件也被移植到其他操作系统平台上，例如Microsoft Windows、BSD家族、Solaris及Mac OS。

许多UNIX系统上也安装了GNU软件，因为GNU软件的质量比之前UNIX的软件还要好。

所以，GNU计划中的许多软件目前在所有的操作系统中都应用广泛(Unix，mac，linux，windows，bsd…)，最出名的就是GCC了

GNU计划本来是为了开发一个自由系统来取代UNIX的，但是由于开发的内核hurd一直不怎么样，这个系统至今都没出稳定版本，然而GNU计划中开发的其他一些自由软件，比如GCC编译器，却非常的好，在移植到各大操作系统上一直广泛使用至今。

4.2 GCC

“GCC（GNU Compiler Collection，GNU编译器套装），是一套由GNU开发的编程语言编译器。它是一套以GPL及LGPL许可证所发布的自由软件，也是GNU项目的关键部分，亦是自由的类Unix及苹果电脑Mac OS X 操作系统的标准编译器。

GCC（特别是其中的C语言编译器）也常被认为是跨平台编译器的事实标准。

GCC原名为GNU C语言编译器（GNU C Compiler），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、Ada，以及Go与其他语言。

原本用C开发，后来因为LLVM、Clang的崛起，令GCC更快将开发语言转换为C++。许多C的爱好者在对C++一知半解的情况下主观认定C++的性能一定会输给C，但是Taylor给出了不同的意见，并表明C++不但性能不输给C，而且能设计出更好，更容易维护的程序 。

由于GCC已成为GNU系统的官方编译器（包括GNU/Linux家族），它也成为编译与创建其他操作系统的主要编译器，包括BSD家族、Mac OS X、NeXTSTEP与BeOS。

GCC通常是跨平台软件的编译器首选。有别于一般局限于特定系统与运行环境的编译器，GCC在所有平台上都使用同一个前端处理程序，产生一样的中介码，因此此中介码在各个其他平台上使用GCC编译，有很大的机会可得到正确无误的输出程序。

1. mac之前的cocoa框架便是用GCC编译的，所以ios与mac os都是默认使用的GCC编译器(现在是clang与llvm）
2. android的系统层因为是linux内核，自然也是GCC编译的，但是android的app因为是运行在Dalvik虚拟机，所以用的不是GCC。
3. windows的应用，大部分都是使用的vs系列的编译器，毕竟是windows自家的编译器，用到GCC的不多。

4.3.GCC强大的两个真正原因

是因为它支持了众多的前端和后端吗？这些都不过是一个表象而已。
GCC是一款真正自由的编译器，我们可以随时把代码拿过来修改以实现自己需要的功能。

1. 在编译器中增加硬件平台指令（后端）
   如果你的硬件平台增加了一些指令，而普通的编译器并不能产生这些指令怎么办？在GCC后端添加这些指令吧。

2. 为编程语言添加新的语法功能（前端）
   如果你觉得C语言用的不太顺手，想给它添加一些功能怎么办？修改GCC的前端吧。

因为有了GCC，我们才拥有这些自由，以及迅速实现自己想法的能力，而这些才是GCC强大背后的基础。

5. Clang与LLVM

LLVM（Low Level Virtual Machine）是一个自由软件项目，它是一种编译器基础设施，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、运行时期以及“闲置时期”的最优化。它最早以C/C++为实现对象，而当前它已支持包括ActionScript、Ada、D语言、Fortran、GLSL、Haskell、Java字节码、Objective-C、Swift、Python、Ruby、Rust、Scala以及C#等语言。

5.1 LLVM 设计思想

以下是传统的三相设计思想：

1. 前端
2. 优化器
3. 后端

对于iOS开发者来说，整个流程可以简要概括为 Clang对代码进行处理形成中间层作为输出，llvm把CLang的输出作为输入生成机器码。

GCC目前作为跨平台编译器来说它的兼容性无异是最强的，兼容最强肯定是以牺牲一定的性能为基础的，苹果为了提高性能，因此专门针对mac系统开发了专用的编译器Clang与LLVM，Clang用于编译器前端，LLVM用于后端。

5.2 Clang

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。

它的目标是提供一个GNU编译器套装（GCC）的替代品。 Clang项目包括Clang前端和Clang静态分析器等。Clang是LLVM编译器工具集的前端（front-end），目的是输出代码对应的抽象语法树（Abstract Syntax Tree, AST），并将代码编译成LLVM Bitcode，接着在后端（back-end）使用LLVM编译成平台相关的机器语言。
Clang支持C、C++、Objective C。

Clang本身性能优异，其生成的抽象语法树AST所耗用掉的内存仅仅是GCC的20%左右。FreeBSD 10将Clang/LLVM作为默认编译器。测试证明Clang编译Objective-C代码时速度为GCC的3倍，还能针对用户发生的编译错误准确地给出建议。

5.2 LLVM

LLVM 命名最早源自于底层虚拟机（Low Level Virtual Machine）的缩写,由于命名带来的混乱，目前LLVM就是该项目的全称。LLVM 核心库提供了与编译器相关的支持，可以作为多种语言编译器的后台来使用。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。LLVM的项目是一个模块化和可重复使用的编译器和工具技术的集合。

LLVM，它是一个编译器的基础建设，以C++写成。它是为了任意一种编程语言写成的程序，利用虚拟技术，创造出编译时期，链接时期，运行时期以及“闲置时期”的优化。

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，GCC的编译器已经慢慢无法满足苹果的需求：

• 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，从根本上限制了LLVM-GCC 的开发。

所以，这种让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LLVM就这样产生了。Xcode4之后，苹果的默认编译器已经是LLVM了。Clang作为编译器前端，LLVM作为编译器后端。