GCC 11 kompilatsioonikomplekti väljaanne

Pärast aasta kestnud arendust on avaldatud tasuta GCC 11.1 kompilaatorite komplekti versioon, mis on esimene oluline väljaanne uutest GCC 11.x harudest. Uue versiooni numbrite süsteemi kohaselt kasutati versiooni 11.0 arenduse käigus, ning vahetult enne GCC 11.1 väljalaskmist harutati GCC 12.0, mille põhjal luuakse järgmine oluline väljaanne GCC 12.1.

GCC 11.1 iseloomustab vaikimisi DWARF 5 vormingu kasutuselevõtt, C++17 standardi ("-std=gnu++17") vaikimisi aktiveerimine, märkimisväärsed täiustused C++20 standardi toe osas, eksperimentaalsed täiustused C++23 toe osas, tulevase C standardi (C2x) toetamisega seotud täiustused ning uued jõudluse optimeerimise võimalused.

Peamised muudatused:

• C++ keele vaikerežiim on vahetatud C++17 standardi (-std=gnu++17) kasutamisele, mitte varasemalt pakutud C++14-le. Uue C++17 käitumise valikulise keelamise võimalus on olemas, kui mallides kasutatakse teisi malle (-fno-new-ttp-matching).
• Lisatud on riistvarakaitsete toetamine AddressSanitizer'i tööriistale, mis võimaldab tuvastada vabastatud mälualadele juurdepääsude, jaotuse piiridest väljapoole minekute ja mõnede muude mälutöötluse vigade juhtumeid. Riistvarakaitse on seni saadaval ainult AArch64 arhitektuuri jaoks ja on keskendunud Linuxi tuuma kompileerimisele. AddressSanitizer'i riistvarakaitse sisselülitamiseks kasutamisel kasutage kasutusruumi komponentide ehitamisel lippu „-fsanitize=hwaddress” ja tuumakomponentide jaoks „-fsanitize=kernel-hwaddress”.
• Vaikimisi on derivate teabe genereerimisel kasutusel DWARF 5 formaat, mis võrreldes varasemate versioonidega võimaldab genereerida 25% kompaktsusi derivate andmete hulka. DWARF 5 täielikuks toetamiseks on vajalik binutils vähemalt versioon 2.35.2. Derivate tööriistades toetatakse DWARF 5 alates GDB 8.0, valgrind 3.17.0, elfutils 0.172 ja dwz 0.14. Muude DWARF versioonide kasutamisel derivate failide genereerimisel võib kasutada valikuid „-gdwarf-2”, „-gdwarf-3” ja „-gdwarf-4”.
• Tõusnud on nõuded kompilaatoreile, mida saab GCC koostamiseks kasutada. Kompilaator peab nüüd toetama C++11 standardit (varem nõuti C++98), see tähendab, et kui GCC 10 koostamiseks piisab GCC 3.4 olemasolust, siis GCC 11 koostamiseks on nüüd vajalik vähemalt GCC 4.8.
• On muudetud failide nimetusi ja asukohti, et säilitada koopiaid, ajutisi faile ja täiendavat teavet, mis on vajalik LTO-optimeerimise läbiviimiseks. Sellised failid salvestatakse nüüd alati praeguses kataloogis, kui teed ei muudeta selgelt parameetritega „-dumpbase“, „-dumpdir“ ja „-save-temps=*”.
• BRIG binaarformaadi tugi, mis on ette nähtud HSAIL (Heterogeneous System Architecture Intermediate Language) keele jaoks, on kuulutatud aegunuks ja eemaldatakse peagi.
• On laiendatud ThreadSanitizer (-fsanitize=thread) režiimi võimalused, mis on mõeldud võistlusolukordade tuvastamiseks, kui erinevad lõngad pääsevad samadele andmetele. Uues väljaandes on lisatud tugi alternatiivsetele runtime'idele ja keskkondadele, samuti on lisatud KCSAN (Kernel Concurrency Sanitizer) silumise tööriista tugi, mis on mõeldud võistlusolukordade dünaamiliseks tuvastamiseks Linuxi tuumas. Uued valikud „—param tsan-distinguish-volatile” ja „—param tsan-instrument-func-entry-exit” on lisatud.
• Diagnostiliste sõnumite veergude numbrid kajastavad nüüd mitte baitide arvu rea algusest, vaid tegelikke veergude numbreid, mis arvestavad mitme baitiga sümboleid ja sümboleid, mis võtavad Readis mitu positsiooni (näiteks sümbol 🙂 võtab kaks positsiooni ja kodeeritakse 4 baitiga). Samuti käsitletakse tabulatsioonisümboleid nüüd kindla arvu tühikute järgi (seadistatakse valiku -ftabstop kaudu, vaikimisi 8). Vanade käitumise taastamiseks on pakutud valikut „-fdiagnostics-column-unit=byte”, ja algväärtuse määramiseks (numereerimine alates 0 või 1) - valik „-fdiagnostics-column-origin=”.
• Vektoriseerijas on tagatud funktsiooni kogu sisu arvestamine ning lisatud töötlemise võimalused, mis on seotud lõikele ja viidetele varasematele plokkidele juhtimisvoo graafikus (CFG, control-flow graph).
• Optimeerijas on rakendatud võimalus teisendada tingimusoperatsioonide seeria switch-väljendiks, kus võrreldakse sama muutujat. Edasi võib switch-väljend olla kodeeritud bititestimiseks mõeldud käskudega (selle transformatsiooni juhtimiseks lisati valik „-fbit-tests”).
• Parandatud on vaheprotseduurilisi optimeerimisi. Lisatud on uus IPA-modref käik (-fipa-modref), et jälgida funktsioonide kutsumise kõrvalmõjusid ja suurendada analüüsi täpsust. Parandatud on IPA-ICF (-fipa-icf) käigu teostus, mille käigus on vähendatud mälu tarbimist kompileerimise ajal ja suurendatud ühtsete funktsioonide arvu, mille jaoks toimub identsete koodiplokkide ühendamine. IPA-CP (Interprocedural constant propagation) käigus on paranenud ennustamise heuristika, arvestades tuntud piire ja tsüklite töö omadusi.
• Sidumisoptimeerimiste rakendamisel (LTO) on baitkoodiformaat optimeeritud suuruse vähendamiseks ja töötlemise kiirusetõstmiseks. Sidumise etapis on tipptaset vähendatud mälutarbimise osas.
• Koodi profiilimise alusel optimeerimise mehhanismis (PGO — Profile-guided optimization), mis võimaldab genereerida paremini optimeeritud koodi, põhinedes tegevuse iseloomu analüüsile, on GCOV-andmefailide suurust vähendatud tänu nullkalkulaatorite kompaktsemale pakkimisele. Parandatud on režiimi „-fprofile-values” toimimist, tänu suuremale parameetrite jälgimisele kaudsete kutsetega.
• Jätkub OpenMP 5.0 (Open Multi-Processing) standardi rakendamine, mis määratleb API ja meetodid paralleelse programmeerimise rakendamiseks mitme tuumaga ja hübriidsetes (CPU+GPU/DSP) süsteemides koos jagatud mälu ja vektorimisplokkidega (SIMD). Lisatud on esmane tugi allocate-direktiivile ja võimalus kasutada ebaühtlasi tsükleid OpenMP konstruktsioonides. On rakendatud keskkonna muutuja OMP_TARGET_OFFLOAD toetus.
• C, C++ ja Fortran'i keelte jaoks on parendatud OpenACC 2.6 paralleelse programmeerimise spetsifikatsioon, mis määratleb vahendid operatsioonide (offloading) edastamiseks GPU-dele ja spetsialiseeritud protsessoritele, nagu NVIDIA PTX.
• C keelte peres on sisse viidud uus atribuudi „no_stack_protector“ for, mis tähistab funktsioone, mille puhul ei tohiks aktiveerida stack'i kaitset („-fstack-protector“). Atribuut „malloc“ on laiendatud mäluhaldurite ja vabastajate (allocator/deallocator) kutsete paaride identifitseerimise toega, mis kasutatakse staatilises analüsaatoris, et tuvastada tüüpilisi mäluhalduse vigu (mälu lekked, kasutamine pärast vabastamist, funktsiooni free kahekorraline kutsumine jne) ja kaasata kompilaatori hoiatused „-Wmismatched-dealloc“, „-Wmismatched-new-delete“ ja „-Wfree-nonheap-object“, teavitades mäluhaldusoperatsioonide ebajooksust.
• C keelele on lisatud uusi hoiatusi:
  • „-Wmismatched-dealloc“ (vaikimisi aktiivne) — hoiatab mälu vabastamise operatsioonide eest, kus kasutatakse näidikut, mis ei ühildu mälu jaotamise funktsioonidega.
  • «-Wsizeof-array-div» (lülitatakse sisse, kui on määratud «-Wall») — hoiatab, kui jagatakse kahte sizeof operaatorit, kui jagaja ei vasta massiivi elemendi suurusele.
  • «-Wstringop-overread» (vaikimisi sisse lülitatud) — hoiatab, kui stringifunktsioon kutsub andmeid lugema massiivi piirest väljapoole.
  • «-Wtsan» (vaikimisi sisse lülitatud) — hoiatab, kui kasutatakse funksioone (nt std::atomic_thread_fence), mida ThreadSanitizer ei toeta.
  • «-Warray-parameter» ja «-Wvla-parameter» (lülitatakse sisse, kui on määratud «-Wall») — hoiatab, kui funktsioonide ülekirjutamine ei ühti massiivi fikseeritud ja muutliku pikkusega argumentide kuulutustega.
  • Hoiatus «-Wuninitialized» tuvastab nüüd katsed lugeda mitteinitsialiseeritud dünaamiliselt jaotatud mälust.
  • Hoiatuses «-Wfree-nonheap-object» on laiendatud määratlemise ulatust, kui vabastamisfunktsioonide kutsumise puhul kasutatakse mitte dünaamilise mälu jaotamise funktsioonide kaudu saadud ponteerijat.
  • Hoiatuses «-Wmaybe-uninitialized» on laiendatud tuvastamine, kui funktsioonidele edastatakse mitteinitsialiseeritud mälupiirkondadele viitavad ponteerijad.
• C keele jaoks on ellu viidud uus hulk võimalusi, mis arendatakse C2X standardi raames (lülitatakse sisse valikuga -std=c2x ja -std=gnu2x): makrod BOOL_MAX ja BOOL_WIDTH, valikuline mittekasutatud parameetrite nimede määramine funktsioonide määratlemisel (nagu C++-s), atribuut „[[nodiscard]]”, eelprotsessor операtor „__has_c_attribute”, makrod 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 ja DEC_NAN, NaN=makrod FloatN, _FloatNx ja _DecimalN, võimalus määrata ülemineku silte enne deklaratsioone ja koostatud operaatorite lõpus.
• C++ jaoks on ellu viidud hulk muudatusi ja uuendusi, mis on ette pandud C++20 standardis, sealhulgas virtuaalsed funktsioonid „consteval virtual”, vale-destruktorite objektide elutsükli lõpuks, enum klassi kasutamine ja massi suuruse arvutamine „new” väljendis.
• C++-s on lisatud eksperimentaalne tugi mitmete täienduste jaoks, mis on arendamisel tulevase C++23 standardi jaoks (-std=c++23, -std=gnu++23, -std=c++2b, -std=gnu++2b). Näiteks on lisatud toetus tähistuslisandi „zu” kasutamiseks signaalsete size_t väärtuste puhul.
• libstdc++-s on paranenud C++17 standardi tugi, sealhulgas std::from_chars ja std::to_chars rakenduste lisamine ujuvate arvutüüpide jaoks. Uued C++20 standardi elemendid, sealhulgas std::bit_cast, std::source_location, aatomilised operatsioonid wait ja notify, , , , , samuti tulevase C++23 standardi elemendid (std::to_underlying, std::is_scoped_enum) on rakendatud. Eksperimentaalne toetus andmete paralleelse töötlemise (SIMD, andmete paralleeltüübid) jaoks on lisatud. std::uniform_int_distribution rakendust on kiiremaks muudetud.
• libgccjit-lt on eemaldatud alfa-kvaliteedi märk, mis on jagatud teek, et integreerida koodigeneraator teistesse protsessidesse ja kasutada JIT-kompileerimise korraldamiseks bytekoodist masinkoodiks. Lisatud on võimalus kompileerida libgccjit MinGW-le.
• AArch64 Armv8-R (-march=armv8-r) arhitektuuri toetus on lisatud. AArch64 ja ARM arhitektuuride jaoks on lisatud tugiprotsessorid (valikud -mcpu ja -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) ja Arm Neoverse N2 (neoverse-n2). Samuti on lisatud CPU-d Fujitsu A64FX (a64fx) ja Arm Cortex-R82 (cortex-r82), mis toetavad ainult AArch64 arhitektuuri.
• Lisatud on tugi SIMD-i käskude kasutamiseks Armv8.3-a (AArch64 / AArch32), SVE (AArch64), SVE2 (AArch64) ja MVE (AArch32 M-profiil) automaatvektoriseerimiseks operatsioonide jaoks, mis teostavad liitmist, lahutamist, korrutamist ja liitmise / lahutamise variante kompleksnumbritega. ARM-i jaoks on lisatud algne tugi automaatvektoriseerimiseks MVE käskude kogumi abil.
• ARM-plaatformidele on pakutud täielik kogum C funktsioone (Intrinsics), mis on asendatud laiendatud vektori käskudega (SIMD), hõlmates kõik NEON-i käskud, mis on dokumenteeritud ACLE Q3 2020 spetsifikatsioonis.
• GPU AMD koodigeneraatori tagaplaanile, mis põhineb GCN mikroarhitektuuril, on lisatud tugi GPU gfx908-le.
• Lisatud on uute protsessorite ja nende uusimate käskude kogumi toetamine:
  • Intel Sapphire Rapids (-march=sapphirerapids, sisaldab käskude tugi MOVDIRI, MOVDIR64B, AVX512VP2INTERSECT, ENQCMD, CLDEMOTE, SERIALIZE, PTWRITE, WAITPKG, TSXLDTRK, AMT-TILE, AMX-INT8, AMX-BF16 ja AVX-VNNI).
  • Intel Alderlake (-march=alderlake, sisaldab käskude tugi CLDEMOTE, PTWRITE, WAITPKG, SERIALIZE, KEYLOCKER, AVX-VNNI ja HRESET).
  • Intel Rocketlake (-march=rocketlake, Rocket Lake'i analoog ilma SGX toeta).
  • AMD Zen 3 (-march=znver3).
• Intel'i põhjal põhinevatele IA-32/x86-64 süsteemidele on lisatud tugi uutele protsessori käsukogudele: TSXLDTRK, SERIALIZE, HRESET, UINTRKEYLOCKER, AMX-TILE, AMX-INT8, AMX-BF16, AVX-VNNI.
• On lisatud toetused lippudele «-march=x86-64-v[234]» arhitektuuri tasemete valimiseks x86-64-s (v2 — katab laiendusi SSE4.2, SSSE3, POPCNT ja CMPXCHG16B; v3 — AVX2 ja MOVBE; v4 — AVX-512).
• On lisatud RISC-V süsteemide tugi, mille korral on baitide järjekord «big-endian». Lisatud on valik «-misa-spec=*» RISC-V käsukogude spetsifikatsiooni versiooni valimiseks. Lisatud on AddressSanitizer ja virna kaitse kanarootsade abil.
• On jätkatud staatilise analüüsi režiimi «-fanalyzer» täiustamist, mis teostab ressursimahukat vaheprotseduuride analüüsi koodi täitmise radadest ja andmevoogudest programmis. Režiim suudab kompileerimise etapis tuvastada selliseid probleeme nagu kahekordne free() funktsiooni kutse sama mäluala jaoks, faili descriptorite lekkeid, nullpunktide derreferentsimist ja edastamist, vabastatud mälublokkidele juurdepääsu, mitte-initsialiseeritud väärtuste kasutamist jne. Uues versioonis:
  • Kood on täielikult ümber kirjutatud, et jälgida programmi seisundit. Suured C-failid kontrollimisega seotud probleemid on lahendatud.
  • C++ algtoetuse lisamine.
  • Mälu eraldamise ja vabastamise analüüs on abstraktne spetsiifilistest malloc ja free funktsioonidest ning toetab nüüd new/delete ja new[]/delete[].
  • Uued hoiatusteated: -Wanalyzer-shift-count-negative, -Wanalyzer-shift-count-overflow, -Wanalyzer-write-to-const ja -Wanalyzer-write-to-string-literal.
  • Uued silumisvalikud -fdump-analyzer-json ja -fno-analyzer-feasibility on lisatud.
  • Analüsaatori laiendamine GCC pluginatega on rakendatud (nt GMPythonis vale globaalsete lukustuste (GIL) kasutamise kontrollimiseks on plugin ette valmistatud).

Allikas: opennet.ru