Clang ( / ˈ k l æ ŋ / ) [7]は、プログラミング言語C 、 C ++、Objective-C、Objective-C++、およびソフトウェアフレームワーク OpenMP [8] 、OpenCL、RenderScript、CUDA、SYCL、HIP [9]用のコンパイラフロントエンドです。GNUコンパイラコレクション(GCC)の代替として機能し、そのコンパイルフラグと非公式の言語拡張のほとんどをサポートしています。[10] [11]静的アナライザーといくつかのコード分析ツールが含まれています。 [12]

ClangはLLVM コンパイラバックエンドと連携して動作し、LLVM 2.6以降のサブプロジェクトとなっています。[13] LLVMと同様に、 Apache 2.0ソフトウェアライセンスの下で無料のオープンソースソフトウェアです。[5] [6]貢献者には、 Apple、IBM、Microsoft、Google、ARM、Sony、Intel、AMDなどがあります。

Clang 17は、 C++17までのすべての公開C++標準を完全にサポートし、 C++20のほとんどの機能を実装し、C++23標準の初期サポートを備えています。[14] v16.0.0以降、ClangはデフォルトでGNU++17方言を使用してC++をコンパイルします。これには、 C++17標準の機能と準拠したGNU拡張機能が含まれています。[15]

背景

2005年、Apple社はiOS SDKやXcode 3.1など、いくつかの商用製品[16]でLLVMを広範に採用しました。OS X用のOpenGLコードコンパイラは、OpenGL呼び出しを、特定の機能をサポートしていないグラフィックス・プロセッシング・ユニット（GPU）向けのより基本的な呼び出しに変換するもので、LLVMの初期の採用例の一つでした。これにより、Apple社はIntel GMAチップセットを搭載したコンピュータでOpenGLをサポートし、それらのマシンのパフォーマンスを向上させることができました。[17]

LLVMプロジェクトは当初、GCCのフロントエンドを利用することを想定していました。しかし、GCCのソースコードは大きく、やや扱いにくいものでした。ある長年のGCC開発者はLLVMについて、「カバを踊らせるのは、実際にはあまり楽しいことではない」と述べています。[18]さらに、AppleのソフトウェアはObjective-Cを使用していますが、これはGCC開発者にとって優先度が低いものです。そのため、GCCはAppleの統合開発環境にスムーズに統合されません。[19]最後に、GCCのライセンス契約であるGNU一般公衆利用許諾書（GPL）バージョン3では、GCCの拡張機能または改変版を配布する開発者はソースコードを公開することが義務付けられていますが、LLVMの許容ソフトウェアライセンスではこれは義務付けられていません。[5] [6]

これらの理由から、AppleはC、Objective-C、C++をサポートする新しいコンパイラフロントエンドであるClangを開発しました。[19] 2007年7月、このプロジェクトはオープンソース化の承認を受けました。[20]

デザイン

ClangはLLVMと連携して動作する。[21] ClangとLLVMの組み合わせは、GCCスタックを置き換えるためのツールチェーンの大部分を提供する。Clangの主な目標の1つは、ライブラリベースのアーキテクチャを提供することであり、[22]これにより、コンパイラは、統合開発環境（IDE）などのソースコードを操作する他のツールと相互運用できるようになる。対照的に、GCCはコンパイル-リンク-デバッグのワークフローで動作する。他のツールとの統合は必ずしも簡単ではない。たとえば、GCCは、全体的なコンパイルプロセスの鍵となるfoldと呼ばれるステップを使用するが、その副作用として、コードツリーを元のソースコードとは似ても似つかない形式に変換する。foldステップ中またはその後にエラーが見つかった場合、それを元のソースの1か所に戻すのは難しい場合がある。さらに、IDE内でGCCスタックを使用するベンダーは、構文の強調表示やインテリジェントなコード補完などの機能を提供するために、別のツールを使用してコードをインデックス化し、構文の強調表示やインテリジェントなコード補完などの機能を提供する必要がある。

ClangはGCCよりも多くの情報をコンパイルプロセス中に保持し、元のコード全体の形​​式を維持するため、エラーを元のソースにマッピングしやすくなります。Clangのエラーレポートはより詳細で具体的であり、機械可読であるため、IDEはコンパイラの出力をインデックス化できます。コンパイラのモジュール設計により、ソースコードのインデックス作成、構文チェック、その他RAP（ラピッドアプリケーション開発）システムに通常付随する機能を提供できます。また、解析ツリーは元のソースコードを直接表現するため、自動コードリファクタリングのサポートにも適しています。

ClangはC、C++、Objective-C、Objective-C++などのC系言語のみをコンパイルします。多くの場合、Clangは必要に応じてGCCを置き換えることができ、ツールチェーン全体への影響はありません。[要出典] Clangは、一般的に使用されるGCCオプションのほとんどをサポートしています。FortranプロジェクトであるFlangは、2022年時点で開発中でした。ただし、Adaなどの他の言語では、LLVMはGCCまたは他のコンパイラフロントエンドに依存しています。

Flang - Fortran

NvidiaとPortland GroupによるFlangプロジェクトは、Fortranのサポートを追加します。[23] FlangはLLVMのFortranフロントエンドです。「Classic Flang」と区別するために、「LLVM Flang」と呼ばれることがよくあります。これらはそれぞれ独立したFortranコンパイラです。「LLVM Flang」は現在も開発が進められています。Flangの開発版は2023年10月時点で開発中であり、LLVMプロジェクトからダウンロードできます。[24]

パフォーマンスとGCCの互換性

Clang でhtopをコンパイルする

ClangはGCCと互換性があります。[11] ClangのコマンドラインインターフェースはGCCの多くのフラグとオプションを共有しています。Clangは多くのGNU言語拡張機能とコンパイラ組み込み関数を実装しており、その一部は純粋に互換性のために実装されています。例えば、ClangはC11のアトミック関数と完全に一致するアトミック組み込み関数を実装していますが、 GCC__sync_*およびC++標準ライブラリ（libstdc++）との互換性のためにGCCの組み込み関数も実装しています。ClangはGCCで生成されたオブジェクトコードとのアプリケーションバイナリインターフェース（ABI）の互換性も維持しています。実際には、ClangはGCCの代替品として利用できます。[25]

Clangの開発者は、GCCなどの他のコンパイラと比較して、メモリフットプリントを削減し、コンパイル速度を向上させることを目指しています。2007年10月、彼らはClangがCarbonライブラリをGCCの2倍以上の速度でコンパイルし、メモリとディスクスペースはGCCの約6分の1しか使用しなかったと報告しました。[26] 2011年までに、Clangはコンパイラ性能においてこの優位性を維持しているように見えました。[27] [28] 2014年半ばの時点で、Clangは依然としてコンパイル時間とプログラム性能の混合ベンチマークにおいてGCCよりも一貫して高速にコンパイルしています。[29]しかし、2019年までに、ClangはLinuxカーネルのコンパイルではGCCよりも大幅に遅くなりましたが、LLVMのコンパイルではわずかに高速のままでした。[30]

Clangは歴史的にGCCよりもコンパイル速度が速いものの、出力品質は遅れをとっています。2014年時点では、ClangでコンパイルされたプログラムのパフォーマンスはGCCでコンパイルされたプログラムのパフォーマンスを下回っており、時には大きな差（最大5.5倍）を示していました[29]。これは、以前の報告で報告されていたパフォーマンスの低下を再現しています[27] 。その後、両コンパイラはパフォーマンスを向上させるために進化を続け、その差は縮まっています。

  • 2016年11月にGCC 4.8.2とclang 3.4を大規模なテストファイル群で比較したところ、最適化されたソースコードではGCCがclangを約17%上回る結果となりました。テスト結果はコード固有のものであり、最適化されていないCソースコードではこの差が逆転する可能性があります。したがって、2つのコンパイラは概ね同等であると考えられます。[31] [信頼できない情報源]
  • 2019年にIntel Ice Lakeで行われた比較では、Clang 10で生成されたプログラムは41の異なるベンチマークでGCC 10の96%の性能を達成しました（そのうち22で勝ち、19で負けました）。[30]
  • 2023年に行われた別の比較では、ClangでコンパイルされたプログラムのパフォーマンスがGCCでコンパイルされたプログラムと同等になったことが明らかになりました。平均すると、Clang 16はGCC 13を6%上回っています。[32]

インタフェース

libclangCインターフェースを提供し、比較的小規模なAPIを提供します。公開されている機能には、ソースコードをASTに解析する、ASTをロードする、ASTを走査する、ソースコードの位置をAST内の要素に関連付ける、などがあります。

ステータス履歴

この表には、Clang の歴史における重要なステップとリリースのみが記載されています。

参照

参考文献

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  • 公式サイト