クラン

Clang ( / ˈ k l æ ŋ / ) ^{[ 6 ]}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 ^{[ 7 ]} 、OpenCL、RenderScript、CUDA、SYCL、HIP ^{[ 8 ]}のコンパイラ フロント エンドです。GNU Compiler Collection (GCC)のドロップイン 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機能のほとんどをサポートしています。^{[ 9 ] [ 10 ]}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。^{[ 11 ]}

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以降ではサブプロジェクトとなっています。^{[ 12 ]} LLVMと同様に、 Apache 2.0ソフトウェアライセンスの下でフリーかつオープンソースのソフトウェアです。^{[ 4 ] [ 5 ]}貢献者には、 Apple、IBM、Microsoft、Google、ARM、Sony、Intel、AMDなどが含まれます。

Clang 22 は、 C++17までの公開されているすべての C++ 標準を完全にサポートし、C++20およびC++23のほとんどの機能を実装し、C++26標準の初期サポートも備えています。^{[ 13 ]} 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標準の機能と準拠する GNU 拡張機能が含まれています。^{[ 14 ]}

2005年、Apple Inc.はiOS SDKやXcode 3.1など、いくつかの商用製品でLLVMを幅広く利用しました。^{[ 15 ]}特定の機能をサポートしていないグラフィックス処理ユニット（GPU）向けにOpenGL呼び出しをより基本的な呼び出しに変換するOS X用のOpenGLコードコンパイラは、LLVMの最初の使用例の1つでした。これにより、AppleはIntel GMAチップセットを使用するコンピュータでOpenGLをサポートできるようになり、これらのマシンのパフォーマンスが向上しました。^{[ 16 ]}

LLVMプロジェクトは当初、GCCのフロントエンドを使用する予定でした。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。長年GCCの開発に携わってきた開発者の一人がLLVMについて述べたように、「カバを踊らせようとするのは、あまり楽しいことではない」のです。^{[ 17 ]}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の低いものです。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。^{[ 18 ]}最後に、GCCのライセンス契約であるGNU General Public License (GPL)バージョン3では、GCCの拡張機能や変更版を配布する開発者はソースコードを公開する必要がありますが、LLVMの寛容なソフトウェアライセンスではこれは要求されません。^{[ 4 ] [ 5 ]}

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。^{[ 18 ]} 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。^{[ 19 ]}

Clang は LLVM と連携して動作します。^{[ 20 ]} Clang と LLVM の組み合わせにより、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が提供されます。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す。^{[ 21 ]}これにより、コンパイラは統合開発環境(IDE) など、ソース コードとやり取りする他のツールと相互運用できます。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ため、他のツールとの統合は必ずしも容易ではありません。たとえば、GCC はコンパイル プロセス全体の鍵となるfoldと呼ばれるステップを使用しますが、このステップにはコード ツリーを元のソース コードとは異なる形式に変換するという副作用があります。fold ステップ中または後にエラーが見つかった場合、それを元のソースの 1 つの場所に戻すのは難しい場合があります。さらに、IDE 内で GCC スタックを使用するベンダーは、構文ハイライト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、コードをインデックス化するための別のツールを使用する必要があります。

Clangはコンパイルプロセス中にGCCよりも多くの情報を保持し、元のコードの全体的な形式を維持するため、エラーを元のソースコード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、かつ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化、構文チェック、および通常、高速アプリケーション開発システムに関連付けられるその他の機能を提供できます。また、構文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をサポートするのに適しています。

Clang は、C、C++、Objective-C、Objective-C++ などの C ライクな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に他の影響を与えることはありません。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などの他の言語については、LLVM は GCC または別のコンパイラ フロントエンドに依存しています。

Clang は GCC と互換性があります。^{[ 10 ]}そのコマンドラインインターフェイスは、 GCC のフラグやオプションの多くを共有しています。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です。たとえば、Clang は C11アトミック__sync_*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 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 はまた、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イス(ABI) 互換性を維持しています。実際には、Clang は GCC のドロップイン代替品です。^{[ 24 ]}

Clangの開発者は、GCCなどの他のコンパイラと比較して、メモリ使用量を削減し、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倍以上の速さでコンパイルし、メモリとディスク容量の使用量はGCCの約6分の1で済んだと報告しました。^{[ 25 ]} 2011年までに、Clangはこのコンパイラ性能の優位性を維持しているように見えました。^{[ 26 ] [ 27 ]} 2014年半ばの時点で、Clangはコンパイル時間とプログラム性能の混合ベンチマークで、GCCよりも一貫して高速にコンパイルしています。^{[ 28 ]}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す。^{[ 29 ]}

Clangはこれまでコンパイル速度においてGCCよりも優れていましたが、出力品質は劣っていました。2014年の時点では、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に大きく劣り、場合によっては5.5倍もの差がありました^{[ 28 ]}。これは、以前のパフォーマンス低下の報告を裏付けるものでした^{[ 26 ]} 。その後、両コンパイラはパフォーマンス向上に向けて進化し、その差は縮まっています。

• 2016年11月に行われた、多数のテストファイルを用いたGCC 4.8.2とclang 3.4の比較では、最適化されたソースコードにおいてGCCがclangを約17%上回る結果となった。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ような差が逆転する可能性がある。したがって、両コンパイラは概ね同等であると考えられる。^{[ 30 ]}
• Intel Ice Lake上での 2019 年の比較では、Clang 10 で生成されたプログラムが 41 種類のベンチマークで GCC 10 の 96% のパフォーマンスを達成したことが示されています (そのうち 22 で勝ち、19 で負けています)。^{[ 29 ]}
• 2023年に実施された別の比較では、Clangを使用してコンパイルされたプログラムのパフォーマンスが、GCCを使用してコンパイルされたプログラムのパフォーマンスと同等になったことが明らかになった。平均して、Clang 16はGCC 13を6%上回っている。^{[ 31 ]}

libclangC言語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、などが含まれます。

この表は、Clangの歴史における重要なステップとリリースのみを示しています。

• AMD最適化C/C++コンパイラ
• LLDB（デバッガー）
• ポータブルCコンパイラ

• 公式サイト