Пускане на компилаторния пакет GCC 11

След година на разработка беше пусната версията на безплатния компилатор GCC 11.1, първата значима версия в новия клон на GCC 11.x. Съгласно новата схема за номериране на версиите, версия 11.0 беше използвана по време на разработката и малко преди пускането на GCC 11.1, клонът GCC 12.0 вече беше раздвоен, от който ще бъде формирана следващата значима версия на GCC 12.1.

GCC 11.1 се отличава с прехода си към използване на файловия формат за отстраняване на грешки DWARF 5 по подразбиране, включването по подразбиране на стандарта C++17 (“-std=gnu++17”), значителни подобрения в поддръжката за C++20 стандарт, експериментална поддръжка за C++23, подобрения, свързани с бъдещия езиков стандарт C (C2x), нови оптимизации на производителността.

Основни промени:

• Режимът по подразбиране за езика C++ е променен, за да използва стандарта C++17 (-std=gnu++17) вместо предлагания по-рано C++14. Възможно е селективно да деактивирате новото поведение на C++17 при обработка на шаблони, които използват други шаблони като параметър (-fno-new-ttp-matching).
• Добавена е поддръжка за хардуерно ускорение на инструмента AddressSanitizer, който ви позволява да определите фактите за достъп до освободени области на паметта, излизане извън границите на разпределения буфер и някои други видове грешки при работа с памет. Хардуерното ускорение в момента е достъпно само за архитектурата AArch64 и е фокусирано върху използването при компилиране на ядрото на Linux. За да активирате хардуерното ускорение на AddressSanitizer при изграждане на компоненти на потребителското пространство, е добавен флагът „-fsanitize=hwaddress“ и флагът на ядрото „-fsanitize=kernel-hwaddress“.
• При генериране на информация за отстраняване на грешки форматът DWARF 5 се използва по подразбиране, което в сравнение с предишните версии позволява генерирането на 25% по-компактни данни за отстраняване на грешки. Пълната поддръжка за DWARF 5 изисква поне binutils версия 2.35.2. Форматът DWARF 5 се поддържа в инструментите за отстраняване на грешки от GDB 8.0, valgrind 3.17.0, elfutils 0.172 и dwz 0.14. За да генерирате файлове за отстраняване на грешки с помощта на други версии на DWARF, можете да използвате опциите "-gdwarf-2", "-gdwarf-3" и "-gdwarf-4".
• Изискванията към компилаторите, които могат да се използват за изграждане на GCC, са повишени. Компилаторът вече трябва да поддържа стандарта C++11 (преди се изискваше C++98), т.е. Ако GCC 10 беше достатъчен за изграждане на GCC 3.4, тогава поне GCC 11 сега е необходим за изграждане на GCC 4.8.
• Името и местоположението на файловете за запазване на дъмпове, временни файлове и допълнителна информация, необходима за LTO оптимизация, са променени. Такива файлове сега винаги се записват в текущата директория, освен ако пътят не е променен изрично чрез опциите "-dumpbase", "-dumpdir" и "-save-temps=*".
• Поддръжката на двоичния формат BRIG за използване с езика HSAIL (междинен език за хетерогенна системна архитектура) е отхвърлена и скоро ще бъде премахната.
• Възможностите на режима ThreadSanitizer (-fsanitize=thread) са разширени, предназначени да откриват условия на състезание при споделяне на едни и същи данни от различни нишки на многонишково приложение. Новата версия добавя поддръжка за алтернативни времена на изпълнение и среди, както и поддръжка за инструмента за отстраняване на грешки KCSAN (Kernel Concurrency Sanitizer), предназначен за динамично откриване на условия на състезание в ядрото на Linux. Добавени са нови опции „-param tsan-distinguish-volatile“ и „-param tsan-instrument-func-entry-exit“.
• Номерата на колоните в диагностичните съобщения вече отразяват не броя на байтовете от началото на реда, а всъщност номерата на колоните, които отчитат многобайтови знаци и знаци, заемащи няколко позиции в реда (например знакът 🙂 заема две позиции и е кодиран в 4 байта). По същия начин символите за разделяне вече се третират като определен брой интервали (може да се конфигурира чрез опцията -ftabstop, по подразбиране 8). За възстановяване на старото поведение се предлага опцията “-fdiagnostics-column-unit=byte”, а за определяне на първоначалната стойност (номериране от 0 или 1) - опцията “-fdiagnostics-column-origin=”.
• Векторизаторът взема под внимание цялото съдържание на функцията и добавя възможности за обработка, свързани с пресичания и препратки към предишни блокове в графиката на контролния поток (CFG, графика на контролния поток).
• Оптимизаторът реализира способността да преобразува серия от условни операции, които сравняват една и съща променлива в израз за превключване. Изразът за превключване може по-късно да бъде кодиран с помощта на инструкции за битово тестване (опцията „-fbit-tests“ е добавена за контрол на такова преобразуване).
• Подобрени междупроцедурни оптимизации. Добавен е нов IPA-modref пропуск (-fipa-modref) за проследяване на страничните ефекти при извикване на функции и подобряване на точността на анализа. Подобрена реализация на пропуска IPA-ICF (-fipa-icf), която намалява потреблението на памет по време на компилация и увеличава броя на унифицираните функции, за които се комбинират идентични блокове код. В преминаването IPA-CP (Междупроцедурно постоянно разпространение) евристиката за прогнозиране е подобрена, като се вземат предвид известните граници и характеристики на циклите.
• В оптимизирането на времето за свързване (LTO) форматът на байт кода е оптимизиран за намаляване на размера и подобряване на скоростта на обработка. Намалена пикова консумация на памет по време на фазата на свързване.
• В механизма за оптимизация, базиран на резултатите от профилирането на кода (PGO - Profile-guided optimization), който позволява генериране на по-оптимален код въз основа на анализ на функциите за изпълнение, размерът на файловете с GCOV данни е намален поради по-компактно опаковане на нулеви броячи . Подобрен режим "-fprofile-values" чрез проследяване на повече параметри при индиректни повиквания.
• Внедряването на стандарта OpenMP 5.0 (Open Multi-Processing), който дефинира API и методите за прилагане на методи за паралелно програмиране на многоядрени и хибридни (CPU+GPU/DSP) системи със споделена памет и единици за векторизация (SIMD), има продължи. Добавена е първоначална поддръжка за директивата за разпределяне и възможност за използване на хетерогенни цикли в OpenMP конструкции. Реализирана поддръжка за променливата на средата OMP_TARGET_OFFLOAD.
• Реализацията на спецификацията за паралелно програмиране OpenACC 2.6, предоставена за езиците C, C++ и Fortran, е подобрена, което дефинира инструменти за разтоварващи операции на GPU и специализирани процесори, като NVIDIA PTX.
• За езиците C е внедрен нов атрибут „no_stack_protector“, предназначен да маркира функции, за които защитата на стека не трябва да бъде активирана („-fstack-protector“). Атрибутът „malloc“ е разширен, за да поддържа идентифицирането на двойки извиквания за разпределяне и освобождаване на памет (разпределител/освобождаване), който се използва в статичния анализатор за идентифициране на типични грешки при работа с памет (изтичане на памет, използване след освобождаване, двойни извиквания към безплатната функция и т.н.) и в предупрежденията на компилатора „-Wmismatched-dealloc“, „-Wmismatched-new-delete“ и „-Wfree-nonheap-object“, информирайки за несъответствие между операциите за освобождаване на памет и разпределяне на памет.
• Добавени са нови предупреждения за езика C:
  • „-Wmismatched-dealloc“ (разрешено по подразбиране) – предупреждава за операции за освобождаване на памет, които използват указател, който не е съвместим с функциите за разпределяне на памет.
  • „-Wsizeof-array-div“ (активирано, когато е посочено „-Wall“) – Предупреждава за разделянето на два оператора sizeof, ако делителят не съвпада с размера на елемента на масива.
  • „-Wstringop-overread“ (разрешено по подразбиране) – предупреждава за извикване на функция за низ, която чете данни от област извън границата на масива.
  • „-Wtsan“ (активирано по подразбиране) – Предупреждава за използване на функции (като std::atomic_thread_fence), които не се поддържат в ThreadSanitizer.
  • „-Warray-параметър“ и „-Wvla-параметър“ (активирани при указване на „-Wall“) - предупреждава за отмяна на функции с несъвместими декларации на аргументи, свързани с масиви с фиксирана и променлива дължина.
  • Предупреждението "-Wuninitialized" вече открива опити за четене от неинициализирана динамично разпределена памет.
  • Предупреждението "-Wfree-nonheap-object" разширява дефиницията на случаите, когато функциите за освобождаване на памет се извикват с указател, който не е получен чрез функции за динамично разпределение на памет.
  • Предупреждението "-Wmaybe-uninitialized" разшири откриването на предаване на указатели към функции, които се отнасят до неинициализирани места в паметта.
• За езика C са внедрени част от нови функции, разработени в рамките на стандарта C2X (активирани чрез указване на -std=c2x и -std=gnu2x): макроси BOOL_MAX и BOOL_WIDTH, незадължителна индикация на имената на неизползваните параметри в дефиниции на функции (както в C++), атрибут “[ [nodiscard]]”, оператор на препроцесор "__has_c_attribute", макроси FLT_IS_IEC_60559, DBL_IS_IEC_60559, LDBL_IS_IEC_60559, __STDC_WANT_IEC_60559_EXT__, INFINITY, NAN, FLT_SNAN, DBL_SNAN , LDBL_SNAN, DEC_INFINITY и DEC _NAN, NaN=макроси за FloatN, _FloatNx и _DecimalN, възможност за указване на знаци за прескачане преди декларации и в края на съставни изрази.
• За C++ са внедрени част от промените и нововъведенията, предложени в стандарта C++20, включително виртуални функции „consteval virtual“, псевдодеструктори за края на жизнения цикъл на обекти, използването на enum клас и изчисляване на размера на масив в „новия“ израз.
• За C++ е добавена експериментална поддръжка за някои подобрения, които се разработват за бъдещия стандарт C++23 (-std=c++23, -std=gnu++23, -std=c++2b, -std=gnu ++2б). Например, вече има поддръжка за литералния суфикс „zu“ за стойности size_t със знак.
• libstdc++ има подобрена поддръжка за стандарта C++17, включително въвеждането на реализации на std::from_chars и std::to_chars за типове с плаваща запетая. Внедрени са нови елементи на стандарта C++20, включително std::bit_cast, std::source_location, атомарни операции чакане и уведомяване, , , , , както и елементи на бъдещия C++ стандарт 23 (std::to_underlying, std::is_scoped_enum). Добавена е експериментална поддръжка за типове за паралелна обработка на данни (SIMD, Data-Parallel Types). Внедряването на std::uniform_int_distribution е ускорено.
• Премахнато е знамето за алфа качество от libgccjit, споделена библиотека за вграждане на генератор на код в други процеси и използването му за организиране на JIT компилация на байт код в машинен код. Добавена е възможност за изграждане на libgccjit за MinGW.
• Добавена е поддръжка за архитектурата AArch64 Armv8-R (-march=armv8-r). За архитектурите AArch64 и ARM е добавена поддръжка за процесори (параметри -mcpu и -mtune): Arm Cortex-A78 (cortex-a78), Arm Cortex-A78AE (cortex-a78ae), Arm Cortex-A78C (cortex-a78c) , Arm Cortex- X1 (cortex-x1), Arm Neoverse V1 (neoverse-v1) и Arm Neoverse N2 (neoverse-n2). Добавени са и процесори Fujitsu A64FX (a64fx) и Arm Cortex-R82 (cortex-r82), които поддържат само архитектурата AArch64.
• Добавена е поддръжка за използване на Armv8.3-a (AArch64/AArch32), SVE (AArch64), SVE2 (AArch64) и MVE (AArch32 M-профил) SIMD инструкции за автоматично векторизиране на операции, извършващи събиране, изваждане, умножение и варианти на добавяне/изваждане през комплексни числа. Добавена е първоначална поддръжка за автовекторизация за ARM с помощта на набора инструкции MVE.
• За ARM платформи се предоставя пълен набор от интегрирани в компилатора C функции (Intrinsics), заменени от разширени векторни инструкции (SIMD), покриващи всички NEON инструкции, документирани в спецификацията на ACLE Q3 2020.
• Поддръжката за gfx908 GPU е добавена към бекенда за генериране на код за AMD GPU, базиран на микроархитектурата GCN.
• Добавена е поддръжка за нови процесори и нови разширения за набор от инструкции, внедрени в тях:
  • Intel Sapphire Rapids (-march=sapphirerapids, позволява поддръжка за инструкциите MOVDIRI, MOVDIR64B, AVX512VP2INTERSECT, ENQCMD, CLDEMOTE, SERIALIZE, PTWRITE, WAITPKG, TSXLDTRK, AMT-TILE, AMX-INT8, AMX-BF16 и AVX-VNNI.
  • Intel Alderlake (-march=alderlake, позволява поддръжка за инструкции CLDEMOTE, PTWRITE, WAITPKG, SERIALIZE, KEYLOCKER, AVX-VNNI и HRESET).
  • Intel Rocketlake (-march=rocketlake, подобно на Rocket Lake без поддръжка на SGX).
  • AMD Zen 3 (-march=znver3).
• За системи IA-32/x86-64, базирани на процесори Intel, е добавена поддръжка за нови процесорни инструкции TSXLDTRK, SERIALIZE, HRESET, UINTRKEYLOCKER, AMX-TILE, AMX-INT8, AMX-BF16, AVX-VNNI.
• Добавена е поддръжка за флагове "-march=x86-64-v[234]" за избор на нива на архитектура x86-64 (v2 - обхваща SSE4.2, SSSE3, POPCNT и CMPXCHG16B разширения; v3 - AVX2 и MOVBE; v4 - AVX-512 ) .
• Добавена е поддръжка за RISC-V системи с подреждане на байтовете с голям ред. Добавена е опция "-misa-spec=*" за избор на версията на спецификацията на архитектурата на набора инструкции RISC-V. Добавена е поддръжка за AddressSanitizer и защита на стека с помощта на canary тагове.
• Продължаващо подобряване на режима за статичен анализ „-fanalyzer“, който извършва ресурсоемък междупроцедурен анализ на пътищата за изпълнение на кода и потоците от данни в програмата. Режимът може да открива проблеми на етапа на компилация, като двойни извиквания на функцията free() за една област на паметта, изтичане на файлови дескриптори, дерефериране и предаване на нулеви указатели, достъп до освободени блокове памет, използване на неинициализирани стойности и т.н. В новата версия:
  • Кодът за проследяване на състоянието на програмата е напълно пренаписан. Проблемите със сканирането на много големи C файлове са разрешени.
  • Добавена първоначална поддръжка на C++.
  • Анализът на разпределението и освобождаването на паметта е абстрахиран от специфичните функции malloc и free и сега поддържа new/delete и new[]/delete[].
  • Добавени са нови предупреждения: -Wanalyzer-shift-count-negative, -Wanalyzer-shift-count-overflow, -Wanalyzer-write-to-const и -Wanalyzer-write-to-string-literal.
  • Добавени са нови опции за отстраняване на грешки -fdump-analyzer-json и -fno-analyzer-feasibility.
  • Въведена е възможност за разширяване на анализатора чрез добавки за GCC (например, подготвен е плъгин за проверка на неправилното използване на глобално заключване (GIL) в CPython).

Източник: opennet.ru