老版本GCC 3.3.6源码构建、交叉编译与后端二次开发-北京尧图网络

简介gcc-3.3.6.tar.gz 是面向嵌入式开发、操作系统移植与交叉编译工具链构建者的 GCC 3.3.6 完整源码归档适合需要为特定目标架构定制编译器的中高级开发者。压缩包约 30.03MB共收录约 2000 个文件以 C 源码、Java 源码、头文件为主并包含 Ada、C、Fortran、汇编、Makefile 模板、Texinfo 文档与大量测试用例覆盖编译器前端、运行时库、目标平台配置和回归验证等环节。已有 221 人学习下载。包内提供 configure 配置脚本、Makefile.in、README/INSTALL 说明、库与头文件以及 cpp、gcc、g、as、ld 等工具相关源码便于读者据此完成目标架构配置、交叉编译、功能测试与安装并理解 GCC 的目录组织、构建流程和平台适配思路。1. 手上那块老板子只认这个二十来兆的源码包去年接手一个老设备的维护BSP 里写死了编译器版本换用新工具链编出来的镜像跑到一半就重启。折腾两天才确认能救场的只有gcc-3.3.6.tar.gz这一个包——3.3 分支的最后一个小版本2005 年前后封版往后就不再维护了。它不是一个能双击安装的软件而是一整套完整的编译器源码树C、C、Objective-C、Fortran 77、Java 五个前端加上 RTL 后端、驱动、运行时库和一堆构建脚本全在这二十几兆的压缩包里。需要它的人很集中给老内核补编译环境的人、复现十几年前构建产物的人、要在某个老架构上做交叉工具链的人以及想看看「没有 SSA 的 GCC 长什么样」的人。如果你只是想学编译器、或者日常写业务代码这包对你没什么用别浪费时间但如果你手上有个项目死活编不过而报错信息又指向工具链版本那这篇大概率能帮你少熬几个晚上。2. 解包与目录结构gcc-3.3.6.tar.gz 里到底装了什么先把包拆开看看。别急着 configure很多翻车都发生在还没搞清楚目录分工的时候。2.1 压缩包的顶层布局gcc的发布包有个特点解压出来是一个同名目录里面既有编译器本体也有运行时库和几个第三方依赖它们各自是独立的子项目靠顶层的configure串起来。# 先不解压只看结构按斜杠切分只保留顶层和一级子目录 tar -tzf gcc-3.3.6.tar.gz | awk -F/ NF2 | sort -u | head -40 # 确认没问题再解压到源码区 mkdir -p /opt/src tar -xzf gcc-3.3.6.tar.gz -C /opt/src cd /opt/src/gcc-3.3.6 lsawk -F/ NF2的意思是以/为分隔符只输出字段数不超过 2 的行也就是「目录名」和「目录名/一级子项」这两层再sort -u去重。这样能在解压前就把包的骨架看明白避免几十万文件解出来才发现下错了版本。解压后的目录分工大致是路径内容二次开发时会不会动gcc/驱动、C 前端、优化器、RTL 与机器描述高频改后端基本都在这里gcc/cp/C 前端3.3 时代还没并到别处低频除非改语义gcc/f/Fortran 77 前端很低频gcc/java/、gcc/objc/Java、Objective-C 前端基本不动libstdc-v3/C 标准库需要老 ABI 时才会碰libf2c/、libobjc/Fortran 77 与 ObjC 运行时同上libjava/、libffi/、boehm-gc/、zlib/、fastjar/Java 运行时及其依赖关掉能省一大截构建时间config/、ltconfig、configure顶层构建骨架一般不动这里有个容易忽略的点libjava那一串依赖是绑在一起的你只要--enable-languages里带了java构建系统就会连带把boehm-gc、libffi、zlib、fastjar全编一遍其中任何一个在现代系统上出问题整个make就停在那儿。所以除非你真的要 Java第一件事就是把它关掉。2.2 前端、优化器、后端是怎么分层的gcc/目录是主战场理解它的分层比背目录名有用得多。3.3 这一代的编译流程是「源码 → GENERIC 树 → RTL → 汇编」中间没有 GIMPLE也没有 SSA 优化管线这是它和 4.x 以后最大的架构差异也是很多拿新版教程套老版本的人第一脚踩空的地方。前端部分看几个文件就够了c-parse.in是 C 的语法描述用 yacc 风格写的构建时会被转成c-parse.y再生成c-parse.cc-decl.c管声明和作用域c-typeck.c管类型检查与表达式构造c-common.c放 C 和 C 共用的逻辑c-format.c专门处理printf那一类格式串的检查。这几个文件构成了 C 前端的全部改语言层面的行为基本都在这里。中间是优化器flow.c做控制流与数据流分析gcse.c做全局公共子表达式消除loop.c做循环优化reg-stack.c处理 x87 那套栈式寄存器。这一代的优化器直接操作 RTL没有独立的中间表示层所以你在-fdump-rtl-*输出里看到的就是优化器眼中的程序。后端部分在gcc/config/目标平台/以 x86 为例就是gcc/config/i386/核心三个文件i386.md机器描述指令模板、i386.c展开与代价计算、i386.h寄存器、调用约定、宏定义。要加指令、改调用约定、调优调度全是这三个文件的事。驱动是gcc/gcc.c它负责解析命令行、按后缀调用cc1、cc1plus、as、ld你看到的整体编译行为由它编排。2.3 版本号藏在哪怎么判断手上的代码走哪条分支gcc -v打出来的那串版本信息不是硬编码在二进制里的字符串常量而是构建时从一个版本文件读进去的改掉它重新编译-v的输出就跟着变。做定制工具链时经常要改这个让-v里带上自己的标识便于现场排查到底是哪套编译器出的问题。更实用的是预定义宏。代码里判断版本时不要用运行时字符串比较直接用/* 只在 3.3.x 上走这段逻辑4.x 的树结构完全不同不能混用 */ #if defined(__GNUC__) __GNUC__ 3 __GNUC_MINOR__ 3 # define OLD_TREE_API 1 #endif__GNUC__和__GNUC_MINOR__是两个整数宏__GNUC_PATCHLEVEL__是第三个3.3.6 对应3、3、6。写兼容层时按整数比别按字符串比字符串比在3.10这种版本上会翻车。另外 3.3 分支到 3.3.6 就终止了不存在 3.3.7所以判等和判大于在这里是等价的但建议还是写成判大于等于将来换别的分支少改一行。3. 构建原理configure 探测什么bootstrap 又在自举什么搞清楚这套构建系统在干什么比背命令重要。因为一旦出错你得知道它现在停在哪一阶段才知道该往哪儿看。3.1 configure 的两个职责探测环境生成构建脚本顶层configure是个几万行的 shell 脚本干两件事。第一件是探测编译器是谁、版本多少、目标平台三元组是什么、as和ld在哪、有没有makeinfo、系统头文件能不能用。它会把这些结果写进config.status和各个子目录的Makefile。第二件是决定要构建哪些子项目依据就是--enable-languages这一串参数C 只编 C 的话libstdc-v3根本不会进构建列表。三元组是这里的核心概念--build、--host、--target三个值决定了这次到底是本机编译还是交叉编译--build你当前跑构建脚本的机器。--host编出来的编译器将来跑在哪台机器上。--target这个编译器将来生成哪个平台的目标码。三者全相同就是本机构建只有--target不同就是最典型的交叉编译器。多数人只写--target另两个让 configure 自己探测这在同架构上没问题但跨架构构建时建议三个都显式写死否则 configure 探测出来的host可能和你预期不一致编出来的东西跑不起来。还有一个细节configure生成的Makefile大量依赖$(srcdir)变量区分源码目录和构建目录所以它支持在源码目录外构建这一点在 3.3 上已经做得很完整了。别在源码目录里直接./configure后面会讲为什么。3.2 三阶段自举stage1、stage2、stage3 各干什么make bootstrap是 GCC 的标准构建方式它把同一份源码编译三遍stage1用宿主机的编译器CC环境变量指定的那个编译 GCC 源码产出一个叫xgcc的临时编译器。这个阶段的产物不算可信因为它是由一个「别人」编出来的。stage2用刚才的xgcc重新编译一遍同样的源码产出 stage2 目录下的完整编译器。这一步的意义在于新编译器编自己验证它能正确处理 GCC 自己用到的所有 C 特性。stage3用 stage2 的编译器再编一遍然后拿 stage2 和 stage3 的目标文件逐字节对比。如果两次结果一致说明这个编译器是自洽的构建成功不一致就报comparison failed并停下。# bootstrap 分支流程大致等价于下面这些步骤实际由顶层 Makefile 驱动 # make bootstrap 会按顺序走 stage1 - stage2 - stage3 - compare make bootstrap 21 | tee build.log # 磁盘紧张时用 lean 版stage1 编完就删掉中间产物 # make bootstrap-lean 21 | tee build.logbootstrap-lean和bootstrap的区别只在于 stage1 的中间文件会不会被清理。老机器上磁盘经常吃紧我自己一般用 lean。对比失败时不要直接忽略那通常意味着优化器有未定义行为或者是宿主编译器的某个 bug 被带进来了两种情况都得查。判断方法很简单diff一下不一致的那两个.o的汇编如果差异出现在函数序言或者寄存器分配上多半是 RTL 层的问题。这一步很慢。3.3 这一代的自举在普通机器上跑一两个小时是常态C 部分特别吃内存cc1plus单个进程吃到几百兆不稀奇。所以别一上来就-j8并行 bootstrap 在老版本 Makefile 里的依赖关系不够严谨容易出现「明明没改代码重跑一次就过了」的玄学现象。3.3 交叉工具链的正确构建顺序如果你要的不是本机编译器而是给目标板子用的交叉编译器那make bootstrap这个流程就不适用了得按标准顺序一步步来每一步的产物是下一步的输入先编binutils拿到目标平台的as和ld。准备目标平台的头文件。用newlib的话就是它自带的用完整 libc 的话要先放内核头文件再编 libc 的第一阶段。编 GCC 第一遍参数带--without-headers --with-newlib只生成cc1和libgcc不编目标库。编目标平台 libc这时候用的是第一遍的 GCC。编 GCC 第二遍这次能找到 libc 的头文件和库了把libstdc之类一起编出来。# 第一遍 GCC只要编译器本体不要目标库 ../gcc-3.3.6/configure \ --targetyour-target-triplet \ --prefix/opt/toolchain \ --enable-languagesc \ --without-headers --with-newlib \ --disable-shared --disable-threads make all-gcc all-target-libgccall-gcc all-target-libgcc这两个目标只编编译器本体和libgcc跳过所有目标库。--without-headers告诉 configure 「现在还没有目标平台的头文件别去找」--with-newlib让它按 newlib 的约定处理。第二遍时把这两个参数去掉换成正常的make。顺序错了的典型症状是第一遍就报找不到stdio.h或者第二遍链接时报libgcc符号重复定义。4. 从零跑通在本机编出可用的 gcc 3.3.6前面讲的是原理这一章是能照着敲的步骤。环境准备比命令本身更重要绝大多数失败都发生在环境层面。4.1 宿主环境别用太新的编译器去编它这是最容易踩的坑。3.3.6 的源码是 C89 风格里面有大量 KR 声明、隐式函数返回int、register修饰符现代编译器默认按 C17 处理这些写法直接报错而不是警告。所以宿主编译器不能太新。我的经验是宿主gcc控制在 4.x 到 9.x 之间最省事4.x 对老代码的宽容度高9.x 还能加参数救回来再往上10 以后默认-fno-common14 以后对隐式声明更严格就得打补丁了。除此之外还需要makeGNU 版本、binutilsas/ld、gperf、bison、flex、texinfo版本别太新见后面的坑、以及目标平台的 32 位或 64 位运行库。如果宿主机本身就是最新系统最省事的办法是用一个老版本的系统环境做构建编完把--prefix指定的整个目录打包拷出来在别的机器上直接解压就能用因为 GCC 装出来是自包含的除了libc之外不依赖宿主太多东西。4.2 configure 参数逐项说明参数不要抄别人的每一项都对应一个具体后果参数作用不写会怎样--prefix/opt/gcc-3.3.6安装位置默认装到/usr/local和系统自带编译器混在一起--enable-languagesc,c只编 C 和 C默认全语言多花一倍时间且 Java 链路失败率高--disable-nls关掉多语言错误消息需要 gettext老版 libintl 经常编不过--disable-shared只产静态库libstdc动态库在老系统上容易出符号版本冲突--disable-multilib不生成 32/64 双份缺 32 位运行库时报cannot find crti.o--disable-libgcj不编 Java 运行时会连带编boehm-gc、libffi、fastjar失败面扩大--enable-threadsposix按 POSIX 线程模型编默认探测探测结果和你实际运行环境可能不符照着这个组合写# 在源码目录外面建构建目录这一点很关键 mkdir -p /opt/build/gcc-3.3.6 cd /opt/build/gcc-3.3.6 /opt/src/gcc-3.3.6/configure \ --prefix/opt/gcc-3.3.6 \ --enable-languagesc,c \ --disable-nls \ --disable-shared \ --disable-multilib \ --disable-libgcj \ --enable-threadsposix--prefix千万别用/usr装完会覆盖系统路径下的gcc、cc、cpp后果是整台机器的编译环境被换掉而且 3.3.6 编不了现代代码你会立刻陷入「什么都编不了」的状态。要切换版本用PATH前缀或者update-alternatives不要装进系统目录。configure 跑完先看最后几行输出确认thread model、gcc version、target三项符合预期再往下走。4.3 make、install 与验证# 单线程 bootstrap日志留着出错时直接搜 Error 往回找上下文 make bootstrap CFLAGS-O2 -g -stdgnu89 -fcommon 21 | tee build.log # 自举通过后安装 make install # 验证一版本与目标三元组 /opt/gcc-3.3.6/bin/gcc -v /opt/gcc-3.3.6/bin/gcc -dumpmachineCFLAGS里那三个参数的用意-O2 -g保留调试信息方便出问题时定位-stdgnu89让宿主编译器按老标准处理源码-fcommon允许重复的公共符号定义现代 GCC 默认已经把这个关掉了老代码里到处是这种写法。这三个参数只影响 stage1不影响最终产物的优化级别。# 验证二编一个最小程序再用 readelf 看编译器的标识字符串 printf int main(void){return 0;}\n /tmp/t.c /opt/gcc-3.3.6/bin/gcc /tmp/t.c -o /tmp/t /tmp/t echo OK readelf -p .comment /tmp/treadelf -p .comment打出来的那一行会带上编译器版本如果显示的是你刚装的 3.3.6 而不是系统版本说明PATH和链接都对上了。这一步别省很多时候你以为用的是新装的编译器实际上cc1还是系统那个因为gcc驱动会按自己的安装路径去找cc1而PATH里可能混进了别的版本。5. 避坑与排查让 make 停下来的那几种典型情况下面这几条都是我在老版本工具链上反复遇到的按现象、原因、解决三段写。5.1 一上来就报隐式声明错误现象make跑到libiberty或者 C 前端就停报implicit declaration of function xxx或者error: expected ... before { token一行行都指向很老的写法。原因宿主编译器太新。3.3.6 的代码按 C89 写函数没原型、变量声明在语句块开头、register用得很随意现代编译器把这些当错误。另外 GCC 10 以后默认-fno-common老代码里多个文件重复定义的全局变量直接报重复符号。解决优先换宿主编译器退回 4.x9.x 的某个版本最干净。换不了就在CFLAGS里加-stdgnu89 -fcommon -fpermissive但-fpermissive对 C 无效只对 C 生效C 部分真正的救星是-stdgnu89和-fcommon。如果还是过不去说明撞上了现代编译器的硬性检查这时候只剩打补丁一条路别在一个参数上耗太久。5.2 texinfo 版本太高卡在文档生成现象编译器本体已经编完了突然停在一堆makeinfo相关的规则上报unknown command或者参数不认识。原因makeinfo的语法在不同版本间有变化新版本的 texinfo 不认 3.3.6 文档里的老写法而默认的构建流程会把文档一起生成文档失败整个make就失败。解决让构建系统跳过文档生成。最直接的做法是在 configure 之前设MAKEINFOtrue把makeinfo换成一个什么都不做的命令或者在已经 configure 过的情况下改Makefile里的MAKEINFO变量。文档不影响编译器功能编不出来无所谓。这也是我建议先只编all-gcc再编整体的原因之一。5.3 libstdc 编译期撞上新 glibc 头文件现象C 编译器已经自举成功进到libstdc-v3就开始报错报错位置全在/usr/include下的系统头文件里像是不认识的类型或者宏。原因新 glibc 的头文件里用了_Static_assert、__builtin_va_arg_pack、__extension__之类的新语法和内置函数老 GCC 不认识。fixincludes阶段有时会把这些头文件「修」一遍但修出来的结果未必对。解决这是一条硬约束最好的办法是用和目标年代匹配的 sysroot找一个老系统的根文件系统configure 时加--with-sysroot/path/to/oldsysroot所有头文件和库都从那里找。没有 sysroot 的话--disable-fixincludes关掉头文件修补配合--enable-languagesc先只要 C 编译器能过就先过C 那边再单独想办法。5.4 在源码目录里直接构建现象第一次make失败了改完参数重来结果报一些莫名其妙的错误比如上次的config.cache被读到、某个.o的时间戳比源文件新导致没重新编译。原因在源码目录里构建会把.o、Makefile、config.status全混进源码树形成污染重来时清不干净。GCC 的构建系统虽然支持源码目录外构建但一旦在源码里跑过一次有些子目录会被标记成「已配置」后续行为就不一致了。解决永远在独立目录构建mkdir build cd build ../gcc-3.3.6/configure ...。万一已经污染了重新解压一份干净的源码是最快的别想着make distclean它在老版本上经常清不彻底。5.5 bootstrap 阶段用高并发现象make -j8 bootstrap跑着跑着随机失败重跑一次又能过或者 stage 比较阶段报不一致但代码一行没改。原因老版本的顶层Makefile在 bootstrap 各 stage 之间的依赖声明不够严谨并行时可能某个子目录还没编完下一阶段就被拉起来了。加上cc1plus单进程内存占用很高并发一高就触发 OOM。解决bootstrap 阶段固定单线程只在make all这种没有阶段依赖的目标上用-j。机器内存小于 8G 的话cc1plus连-j2都危险。我的习惯是先-j1跑一遍确认能过之后再记录耗时别拿并行去赌。6. 二次开发改后端、加内建函数以及怎么验证没改坏改 GCC 3.3.6 最常见的一种需求是「在目标平台上加一条指令的展开规则」另一种是「塞一个平台专属的内建函数进去」。前者动机器描述后者动builtins。机器描述放在gcc/config/目标/xxx.md核心就是define_insn和define_expand两种模式。define_insn描述一条实际存在的指令长什么样define_expand描述一段语义该怎么展开成多条指令。加一条快速求绝对值的指令写法大致是;; gcc/config/target/target.md 末尾追加 (define_insn my_fast_abs [(set (match_operand:SI 0 register_operand r) ; 输出任意通用寄存器 (abs:SI (match_operand:SI 1 register_operand r)))] ; 输入任意通用寄存器 abs %0, %1 ; 输出汇编模板 [(set_attr type alu)]) ; 给调度器看的指令类型match_operand的三个参数分别是位置、约束条件、约束字母r里的等号表示它是输出操作数第三段字符串是条件留空表示无条件可用最后的set_attr影响调度和流水线建模写错不会导致功能错误但会让优化效果变差。内建函数要动两个地方在gcc/builtins.def里加一行声明然后在gcc/c-common.c或对应后端的expand函数里处理它的展开。builtins.def里的格式在文件开头有宏定义字段顺序以那个为准不同版本之间改过/* builtins.def 追加字段含义见文件顶部的 DEF_BUILTIN 宏定义 */ DEF_BUILTIN (BUILT_IN_MY_ABS, my_abs, BUILT_IN_NORMAL, si, BT_FN_INT_INT, BUILT_IN_MALLOC, ATTR_NOTHROW_LIST)改完就必须验证不能凭「编过了」就当成功。3.3 这一代自带dejagnu测试套件make check-gcc会跑gcc/testsuite下的用例改后端前后各跑一次对比gcc.sum里FAIL的条数。这个基线很重要——有些改动会让原来就失败的用例「变成功」也有些会让原本通过的静默失败只看最后一行PASS数量根本发现不了。改动类型主要文件最容易引入的问题新增指令模板config/target/*.md约束字母写错寄存器分配阶段才崩新增内建函数builtins.def 展开函数忘了加ATTR_NOTHROW优化器乱序改调用约定config/target/target.h与已编译的库 ABI 不兼容链接后跑飞改优化 passflow.c、gcse.c边界条件漏判只在特定输入下出错改动越靠近后端越要用汇编级对比来验证同一段 C 代码改动前后各生成一次.sdiff一下差异应该完全落在你预期的那几条指令上。如果差异扩散到了函数序言或者其他基本块说明你的模式匹配条件太宽把不该匹配的也匹配上了。从那以后我每次动后端之前都会先跑一遍make check-gcc存下基线改完再跑一遍用diff比结果哪怕只改了一行.md也照做。这习惯救过我两次一次是约束字母少写了一个等号功能测试全过但某条路径下的寄存器被覆盖只有在特定参数组合下才崩另一次是内建函数的属性漏了nothrow优化器把调用挪到了条件分支外面逻辑直接错掉。两次都不是编译器报错发现的是对比测试结果看出来的。希望帮到你。本文还有配套的精品资源点击获取

老版本GCC 3.3.6源码构建、交叉编译与后端二次开发

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