Tiny CC 發揮 C 語言的威力 之一：介紹

本文介紹 GNU/Linux 系統上最小的 C 語言編譯器 Tiny C 編譯器。Tiny C 編譯器不僅僅是一個常規意義上的 C 語言編譯器，它還使得用戶可以像使用腳本語言一樣使用 C 語言進行快捷的腳本編程。我們著重介紹用 C 語言進行腳本程序開發的魅力。這個系列將由三篇文章組成，這是第一篇，介紹；在第二篇中，我們將說明如何用標準 C 語言完成通常用 sed 和 awk 完成的字符串處理的工作；在第三篇中，我們將說明如何在自己的編譯器項目中使用 TCC 作為機器代碼生成器。

TCC 介紹

在下文中，我們說 Tiny C 編譯器、Tiny CC、或者 TCC 都是指的這個 Fabrice Bellard 發明的 GNU/Linux 環境下最小的 ANSI C 語言編譯器。TCC 的主頁在文后的參考資料中列出。在 Debian GNU/Linux 系統中，可以方便的用 apt-get install tcc 來從網絡上安裝 TCC 編譯器。TCC 的主頁上提供有給 Red Hat 系統上使用的 RPM 軟件包。在微軟 Windows 環境下，可以使用 Cygwin 的模擬 UNIX 的開發環境來編譯和使用 Tiny C 編譯器。TCC 是自由軟件，軟件許可證是 GNU LGPL，注意不是 GPL。

TCC 最有趣的特性是可以用 UNIX 系統上常見的 #!/usr/bin/tcc 的方式來執行 ANSI C 語言寫就的源程序，省略掉了在命令行上進行編譯和鏈接的步驟，而可以直接運行 C 語言寫就的源程序。這樣就能做到像任何一種其它的腳本語言比如 Perl 或者是 Python 一樣，顯著的加快開發步調?？梢韵窬帉?Shell 腳本一樣的使用 C 語言，隨便想一想都覺得是一件奇妙的事情。但是 TCC 還有一些其它的特性呢！

• TCC 的體積非常小，全部源代碼打包壓縮以后不到 200 K 字節大小，編譯后的 tcc 可執行程序不過 80 K 字節大小。這意味著我們幾乎可以在任何場合使用 TCC 提供給我們的編寫 C 語言腳本的能力。這其中當然包括硬盤空間十分緊張的環境，比如嵌入式系統和啟動軟盤等等。
• 在給 TCC 的源程序中可以使用任何在給 GCC 的源程序中可以使用的動態鏈接庫。TCC 不僅支持標準的 ANSI C 語言，而且也支持 ISO C99 標準和一部分來自于 GCC 的對 C 語言所做的擴展。
• TCC 直接生成經過部分優化的 X86 機器代碼。并不需要生成任何虛擬機的二進制代碼。據 TCC 作者提供的數據，TCC 的編譯速度比 GNU C 編譯器在不做任何代碼優化工作（gcc -O0）的時候都要快。當然啦，要是讓 GCC 做代碼優化的話，那么編譯速度就更加比不上 TCC 嘍。

下面我們用幾個例子來說明 TCC 帶給我們的方便。

TCC 的問候

這里是一個簡單的 C 語言的 Hello, world! 程序。我們利用這個經典的問候的機會來對 GCC 和 TCC 做一個簡單的比較。

--------8<-------- 以下是 hello.c
#include <stdio.h>

int main(int argc, char **argv)
{
        printf("Hello, world!\n");
        return 0;
}
-------->8-------- 以上是 hello.c

在命令行上用 gcc -Wall -O2 -o hello hello.c 編譯后，再加以 strip hello 把可執行文件中的調試信息都刪掉。在 Debian GNU/Linux 上我們得到一個 2592 字節大小的可執行程序。作為比較，我們可以在命令行上用 tcc -run hello.c 直接運行這個經典的問候程序：

--------8<-------- 以下是控制臺信息
$ tcc -run hello.c 
Hello, world!
$
-------->8-------- 以上是控制臺信息

程序達到同樣的運行效果，可是所需要的相對應的硬盤空間卻只有 hello.c 這個文本文件所占用的 95 個字節。另一方面，我們也可以在命令行上用 tcc -o hello hello.c 像使用 gcc 一樣把 hello.c 編譯成 ELF 格式的可執行文件然后再運行。在命令行上使用 strip hello 把調試信息刪掉以后，我們在同樣的 Debian GNU/Linux 系統上得到了一個 1724 字節大小的可執行文件，和 GCC 得到的 2592 字節相比還是小了不少。

為了充分發揮 TCC 的書寫 C 語言腳本程序的能力，我們還可以在 hello.c 這個源文件的第一行上按照 UNIX 編寫腳本程序的傳統加入：

#!/usr/bin/tcc -run

上面的 /usr/bin/tcc 是 Debian GNU/Linux 系統上 tcc 的安裝路徑，如果你是自己下載的 tcc 源代碼進行編譯安裝的話，你的系統上的 tcc 的安裝路徑肯定會有所不同，那么當然需要在這里作相應的改變。加入了這一行以后，我們在命令行上 chmod a+x hello.c 使得 hello.c 變成一個可執行文件。這樣我們就可以直接運行 hello.c 這個程序了。就像我們可以在命令行上直接運行 Shell 腳本或者是用 Perl 和 Python 寫就的腳本程序一樣：

--------8<-------- 以下是控制臺信息
$ cat hello.c 
#!/usr/bin/tcc -run
#include <stdio.h>
int main(int argc, char **argv)
{
        printf("Hello, world!\n");
        return 0;
}
$ ./hello.c
Hello, world!
$
-------->8-------- 以上是控制臺信息

在這里看出來，TCC 讓我們可以省略掉在用 C 語言編程序的時候麻煩的一遍遍的編譯和鏈接的步驟，這真的是非常方便。

TCC 呀 TCC 呀 TCC

在這一小節，讓我們來玩一個小小的多重嵌套 TCC 的游戲。

首先說明一下 TCC 是怎樣把命令行參數傳遞給應用程序的。在命令行 Shell 上輸入 tcc -run program.c 就可以不帶參數的運行 program.c 這個程序。如果我們需要從命令行上給 program.c 里面的 main(int argc, char **argv) 函數傳遞命令行參數的話，我們就需要在命令行上輸入 tcc -run program.c arg1 arg2 這樣的命令；這樣 arg1 和 arg2 就被 tcc 傳遞給了 program.c 程序中的 main() 函數。了解了這一點之后，我們來開始我們的小小游戲。

首先是直接在命令行 Shell 上運行 tcc -v 以輸出 tcc 的版本信息。并做一下系統運行時間的測試評估。這里的 tcc 命令是 Debian GNU/Linux 系統上安裝在 /usr/bin 目錄下面的 tcc 命令。關于 time 命令的細節，讀者朋友們可以參考相應的 Manual Page 頁面。

--------8<-------- 以下是命令行運行記錄
$ time tcc -v
tcc version 0.9.19

real    0m0.019s
user    0m0.001s
sys     0m0.017s
-------->8-------- 以上是命令行運行記錄

接下來讓 tcc 嵌套運行 tcc.c 這個源程序。這是 TCC 的 C 語言寫就的源程序的主文件，其中有 main() 函數這個 C 語言的入口函數。文件 tcc.c 位于下載自 TCC 主頁的 tcc 壓縮軟件包之中。相關鏈接在文后一并列出。把下載的 tcc 壓縮軟件包解開在相應的目錄下面，進入該目錄，就可以按照如下所示繼續我們的小小游戲了。很顯然，程序運行所需要的時間變長了。但是讓 tcc 自己運行自己，讀者朋友們不覺得很有趣嗎？下面我們還可以看到更加有趣的東西呢。

--------8<-------- 以下是命令行運行記錄
$ time tcc -run tcc.c -v
tcc version 0.9.19

real    0m0.385s
user    0m0.147s
sys     0m0.178s
-------->8-------- 以上是命令行運行記錄

似乎上面讓 tcc 自己運行自己還不夠好玩，我們要讓這樣的嵌套更深入一層。首先說明一下 tcc 的 -B 選項設置 tcc 尋找函數庫文件的路徑；-I 選項設置 tcc 尋找 C 語言頭文件的路徑。在 Debian GNU/Linux 系統里面，相關的函數庫文件和 C 語言頭文件安裝在下面的命令中所顯示出來的路徑位置上。系統安裝好了的 tcc 自然可以自動找到這些個位置。但是從源文件運行的 tcc.c 則需要我們來告訴它這些文件的位置在哪里。

--------8<-------- 以下是命令行運行記錄
$ time tcc -run > tcc.c -I/usr/lib/tcc/include -B/usr/lib/tcc -run > tcc.c -v 
tcc version 0.9.19

real    0m0.793s
user    0m0.463s
sys     0m0.249s
-------->8-------- 以上是命令行運行記錄

現在我們可以看到這樣的嵌套幾乎可以無休止的進行下去了。讓我們把這個嵌套再深入兩層，結束我們這個小小的游戲吧。

--------8<-------- 以下是命令行運行記錄
$ time tcc -run > tcc.c -I/usr/lib/tcc/include -B/usr/lib/tcc -run > tcc.c -I/usr/lib/tcc/include -B/usr/lib/tcc -run > tcc.c -v
tcc version 0.9.19

real    0m1.427s
user    0m0.844s
sys     0m0.406s
-------->8-------- 以上是命令行運行記錄

下面再來一層嵌套：

--------8<-------- 以下是命令行運行記錄
$ time tcc -run > tcc.c -I/usr/lib/tcc/include -B/usr/lib/tcc -run > tcc.c -I/usr/lib/tcc/include -B/usr/lib/tcc -run > tcc.c -I/usr/lib/tcc/include -B/usr/lib/tcc -run > tcc.c -v
tcc version 0.9.19

real    0m2.381s
user    0m1.167s
sys     0m0.664s
-------->8-------- 以上是命令行運行記錄

我想有一些“勤懇認真”的讀者朋友們不免要問上一句，上面這個小游戲到底有什么意思呢？我的回答是這樣的：上面這個小游戲意在說明小巧的東西是很靈活的。這個游戲一方面可以說明 TCC 的代碼質量；另一方面，我相信，也可以說服讀者朋友們同意，小巧靈活的東西往往可以有出人意料的精彩表演。

在 Shell 管道中使用 TCC

TCC 提供給我們用 C 語言進行腳本編程的能力，但是要最大限度的發揮出腳本編程的潛力來，我們需要在命令行 Shell 的環境中，讓 TCC 的腳本程序和其它的命令行 Shell 工具能夠緊密的合作才好。在 UNIX 的命令行 Shell 環境中讓若干個工具合作的方式就是通過我們熟知的 Shell 的管道機制。下面我們來看看 TCC 和 Shell 的管道機制如何配合。

TCC 和 Shell 管道的配合有兩個方面：一是 TCC 編譯器本身如何使用管道；二是用 TCC 編寫的 C 語言腳本程序如何使用管道。

我們先來看 TCC 編譯器本身如何使用 Shell 管道。在 GNU/Linux 系統上處理管道輸入的常見的辦法，是讓命令行程序可以處理特殊的減號（-）作為命令行參數。本來需要從某一個文件讀取輸入數據的命令行程序，在接收到這個減號作為命令行參數以后，就改為從標準輸入（stdin）讀取數據。這樣就可以和 Shell 的管道機制配合起來。但是在當前的 TCC 0.9.19 版本中還不能處理這個減號作為命令行參數。不過我們可以有一個替代的辦法，就是利用 GNU/Linux 系統上的 /dev/stdin 設備文件。

下面的測試是在 Debian GNU/Linux 系統上做出的。在 Debian GNU/Linux 系統上 /dev/stdin 其實是一個指向 /dev/fd/0 的符號鏈接；而后者又是一個指向 /dev/pts/0 的符號鏈接。如果你的 GNU/Linux 系統上沒有 /dev/stdin 的話，你還可以使用 /proc/self/fd/0 來代替。

--------8<-------- 以下是命令行運行記錄
$ cat hello.c | tcc -run /dev/stdin
Hello, world!
-------->8-------- 以上是命令行運行記錄

上面的這個 hello.c 還是本文開始的時候列出的那個 hello.c 程序。這里我們看到了 TCC 如何利用 GNU/Linux 上的 /dev/stdin 文件來和 Shell 的管道機制協調運行。我們還是再來看一個嵌套運行 tcc.c 的例子。文件 tcc.c 有將近 300 K 字節大小，用 bzip2 壓縮以后就只剩下 50 K 字節多一點點。我們現在又知道了怎樣利用 Shell 管道，就可以像下面這樣運行 tcc 呢。這樣在存儲空間比較緊張的情況下，又可以節省不少空間了。

--------8<-------- 以下是命令行運行記錄
$ bzcat tcc.c.bz2 | tcc -I. -B/usr/lib/tcc -run /dev/stdin -v 
tcc version 0.9.19
-------->8-------- 以上是命令行運行記錄

知道了 TCC 編譯器如何支持 Shell 的管道功能，我們就可以方便的為我們的 C 語言腳本程序做各式各樣所需要的預處理。這樣方便的支持對程序源文件進行預處理的功能，對于我們的 C 語言軟件開發是極為方便的。

上面講了 TCC 編譯器本身如何支持 Shell 管道，下面講用 TCC 編寫的 C 語言腳本程序如何支持 Shell 管道。

這個其實是很簡單的，只要在你的 C 語言腳本程序中恰到好處地使用標準輸入（stdin）和標準輸出（stdout）就可以了。我們來看一個簡單的例子。

--------8<-------- 以下是 dup.c
#include <stdio.h>

int main(int argc, char **argv)
{
        int c;
        while ((c = fgetc(stdin)) != EOF) {
                fputc(c, stdout);
                fputc(c, stdout);
        }
        return 0;
}
-------->8-------- 以上是 dup.c

這個程序很簡單，它把從標準輸入傳遞進來的每一個字符都重復一遍，然后再傳遞到標準輸出。我們看一下它的運行效果：

--------8<-------- 以下是命令行運行記錄
$ echo "a"|tcc -run dup.c
aa

$ echo "a"|tcc -run dup.c|sed -e 's/a/b/'
ba

$ echo "a"|tcc -run dup.c|sed -e 's/a/b/g'
bb

-------->8-------- 以上是命令行運行記錄

上面這個例子雖然簡單，卻提示我們可以用 TCC 來做一些簡單的字符串處理。這些字符串處理的工作通常都是用 awk 和 sed 這樣的工具來完成的?，F在有了 TCC 這個工具，我們也可以用 C 語言來完成了。在本系列的下一篇文章中，我們就來看看這方面的例子。

小結

TCC 的小巧靈活的特性使得我們可以在諸如安裝軟盤、急救軟盤、以及微型 GNU/Linux 系統上使用 C 語言進行腳本程序編程工作。在中小型的 C 語言項目中，在開發階段使用 TCC 進行工作，可以免去編譯和鏈接的步驟，加快測試的速度。這兩點是 TCC 帶給我們的主要的好處。

此外，我想讀者朋友們也會同意用 C 語言進行腳本程序編程，這實在是一件非常有趣的事情。

感謝

感謝 Fabrice Bellard 給我們帶來 TCC 這樣一個美妙的工具。此外，作者還要感謝 Fabrice Bellard 和 Damian M Gryski 在 Tinycc-devel 郵件列表上提供給作者的幫助。

參考資料

• Tiny CC 的主頁 http://fabrice.bellard.free.fr/tcc/
• Debian 的 tcc 軟件包的主頁 http://packages.debian.org/unstable/devel/tcc.html
• Cygwin 是一個微軟 Windows 環境下的模擬 UNIX 的開發和使用環境，大部分主要的 GNU 工具包都有 Cygwin 下的版本?？梢栽?Cygwin 環境下使用 TCC。Cygwin 的主頁在 http://www.cygwin.com