C++コードとコンパイラ
コンパイラとは？
コンパイラの概要と種類
コンパイラは、高水準プログラミング言語で書かれたソースコードを、コンピュータのプロセッサが実行できる機械語に翻訳するプログラムです。コンパイラは、コンパイルの段階、対象とする言語、サポートするプラットフォームなどのさまざまな基準に基づいていくつかの種類に分類されます。それでは、各種類について詳しく見ていきましょう。
コンパイル段階に基づく分類
(1) シングルパスコンパイラ:
シングルパスコンパイラは、ソースコードを一度だけ通過して、直接機械語に翻訳するコンパイラです。これらのコンパイラは高速ですが、コードの最適化にはあまり効果的ではありません。
(2) マルチパスコンパイラ:
一方、マルチパスコンパイラはソースコードを複数回通過します。それぞれのパスが、字句解析、構文解析、意味解析、最適化、コード生成など特定のタスクを実行します。シングルパスコンパイラより遅いですが、コードの最適化がより効果的です。
出力に基づく分類
(1) ネイティブコードコンパイラ:
ネイティブコードコンパイラは、特定のプロセッサアーキテクチャ向けの機械語を生成するコンパイラです。例として、GCCやMicrosoft Visual C++コンパイラがあります。
(2) クロスコンパイラ:
クロスコンパイラは、コンパイラが実行されるプラットフォームとは異なるプラットフォーム向けの実行可能コードを生成します。これは組み込みシステム開発で一般的に使用されます。例えば、Windowsマシン上で実行されるクロスコンパイラがARMベースのマイクロコントローラ向けのコードを生成する場合などです。
(3) JIT（ジャストインタイム）コンパイラ:
JITコンパイラは、中間コード（通常はバイトコード）を実行時に機械語に翻訳するコンパイラです。このアプローチは、解釈とコンパイルの両方の利点を組み合わせており、移植性と性能の両方を提供します。例として、Java仮想マシン（JVM）や.NET共通言語ランタイム（CLR）があります。
言語タイプに基づく分類
(1) ソース間コンパイラ（トランスパイラ）:
ソース間コンパイラは、高水準プログラミング言語から別の高水準プログラミング言語にコードを翻訳するコンパイラです。例として、TypeScriptをJavaScriptに翻訳するトランスパイラや、C++をCに翻訳するトランスパイラがあります。
(2) 高水準言語コンパイラ:
高水準言語コンパイラは、C、C++、Java、Pythonなどの高水準言語を機械語に翻訳します。例として、GCC、Clang、Javaコンパイラ（javac）があります。
(3) 中間言語コンパイラ:
中間言語コンパイラは、高水準ソースコードを中間言語やバイトコードに翻訳し、その後インタプリタやJITコンパイラによって実行されるコンパイラです。例として、Javaコンパイラ（javac）やC#コンパイラ（csc）があります。
プラットフォームに基づく分類
(1) 組み込みコンパイラ:
組み込みコンパイラは、組み込みシステム向けにコードを生成するコンパイラで、リソースが限られており、特定のハードウェア要件を持つシステムに設計されています。例として、ARM、AVR、PICマイクロコントローラ向けのコンパイラがあります。
(2) ウェブコンパイラ:
ウェブコンパイラは、ウェブアプリケーション向けにコードを生成するコンパイラで、TypeScriptやCoffeeScriptなどの言語をJavaScriptに変換することが一般的です。例として、BabelやTypeScriptコンパイラがあります。
コンパイルプロセスに基づく分類
(1) インタプリタ:
厳密にはコンパイラではありませんが、インタプリタはコードを行ごとに実行し、別の機械語ファイルを生成しないものです。例として、PythonインタプリタやRubyインタプリタがあります。
(2) AOT（アヘッドオブタイム）コンパイラ:
AOTコンパイラは、JITコンパイラとは異なり、実行前にソースコードを機械語に翻訳するコンパイラです。例として、Androidランタイム（ART）やAngular AOTコンパイラがあります。
ここまでで、コンパイラの種類について理解しました。次に、C++コンパイラについて詳しく見ていきましょう。
C++コンパイラ
C++の場合、コンパイラは.cppおよび.hファイルを処理し、実行可能ファイルまたはライブラリを生成します。以下に、人気のあるC++コンパイラを紹介します。
人気のあるC++コンパイラ
(1) GNUコンパイラコレクション (GCC):
概要: GCCは最も広く使用されているオープンソースのコンパイラの一つで、C、C++、Fortranなど複数のプログラミング言語をサポートしています。
特徴:
高い最適化能力。
幅広いプラットフォームサポート（Linux、MinGW経由のWindows、macOSなど）。
豊富な標準ライブラリのサポート。
使用例: システムプログラミング、組み込み開発、オープンソースプロジェクト。
(2) Clang:
概要: ClangはLLVMプロジェクトの一部であり、GCCに代わる高速なコンパイルと優れた診断機能を提供します。
特徴:
優れた診断とエラーメッセージ。
モジュラーアーキテクチャ。
GCCとの互換性。
使用例: 迅速な反復と優れたデバッグ情報を必要とするソフトウェア開発、クロスプラットフォーム開発。
(3) Microsoft Visual C++ Compiler (MSVC):
概要: MSVCは、MicrosoftがVisual Studio開発環境の一部として提供するコンパイラです。
特徴:
Visual Studio IDEと統合。
Windows固有のAPIとツールをサポート。
Windowsアプリケーション向けのさまざまな最適化オプションを提供。
使用例: Windowsアプリケーション開発、DirectXを使用したゲーム開発、エンタープライズソフトウェア。
(4) Intel C++ Compiler (ICC):
概要: ICCは、特定のアプリケーションでパフォーマンスの向上を提供するために、Intelプロセッサ向けに最適化されたコードを生成します。
特徴:
高度な最適化技術。
SIMD命令をサポート。
GCCおよびMSVCとの互換性。
使用例: 高性能計算、科学技術アプリケーション、Intelハードウェア上でのアプリケーション。
(5) Borland C++ Compiler:
概要: 90年代には主要なプレイヤーでしたが、現在ではあまり使われていませんが、一部のレガシーシステムでまだ使用されています。
特徴:
高速なコンパイル。
統合開発環境。
使用例: レガシーソフトウェアの保守、特定のニッチアプリケーション。
(6) Embarcadero C++ Builder:
概要: Borland C++の後継で、迅速なアプリケーション開発（RAD）に重点を置き、強力なGUIデザイン機能を提供します。
特徴:
ビジュアル開発ツール。
クロスプラットフォーム開発のサポート。
使用例: GUIアプリケーション、RADに焦点を当てたクロスプラットフォーム開発。
コンパイラ選択時の重要な考慮事項
コンパイラを選択する際には、以下のポイントを考慮することが重要です。
(1) プラットフォームの互換性:
コンパイラがターゲットとするオペレーティングシステムおよびハードウェアアーキテクチャをサポートしていることを確認することです。GCCとClangは幅広いプラットフォームをサポートし、MSVCはWindows開発に特化しています。
(2) 最適化ニーズ:
パフォーマンスが重要なアプリケーションの場合、最適化機能に定評のあるコンパイラを選択することです。Intel C++ CompilerはIntelプロセッサ上でのパフォーマンスで有名です。
(3) 開発環境:
統合開発環境（IDE）の選択がコンパイラの選択に影響を与えることがあります。MSVCはVisual Studioとシームレスに統合されており、GCCとClangはEclipse、Code::Blocks、Visual Studio CodeなどのさまざまなIDEでうまく動作します。
(4) 診断およびデバッグツール:
Clangのようなコンパイラは優れた診断メッセージを提供し、開発プロセス中に問題を迅速に特定して修正するのに役立ちます。
(4) コミュニティおよびサポート:
アクティブなコミュニティと良好なサポートは非常に重要です。GCCとClangは大規模なコミュニティと広範なドキュメントを持っています。
適切なコンパイラを選択することで、開発効率が向上し、高品質なソフトウェアの実現に繋がります。この記事が、プロジェクトに最適なコンパイラを選ぶ際の手助けとなれば幸いです。
エンジニアファーストの会社 株式会社CRE-CO
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参考