Різниця між Clang та LLVM проти GCC

Cuando uno se asoma al mundo de los compiladores modernos, los nombres Clang y LLVM aparecen por todas partes y, a menudo, se usan como si fueran lo mismo. Sin embargo, detrás de esas siglas hay conceptos distintos que conviene entender bien, sobre todo si quieres exprimir al máximo tu sistema, tu distribución Linux o tus proyectos en C, C++ u Objective‑C.

En el día a día, muchos desarrolladores están más acostumbrados a GCC, pero cada vez es más habitual encontrarse con entornos que priorizan Clang como frontend y LLVM como infraestructura. Cambiar de un compilador a otro no es solo cuestión de ejecutar un binario distinto: hay matices en compatibilidad, optimizaciones, opciones por defecto y comportamiento en producción que pueden marcar la diferencia.

Перше, що потрібно уточнити, це те, що LLVM no es un compilador único, sino un conjunto de herramientas y bibliotecas de compilación que sirven de base para distintos frontends, entre ellos Clang. LLVM incluye, entre otras cosas, optimizadores de código intermedio, backends para generar código máquina para muchas arquitecturas y reemplazos para herramientas clásicas como ar, nm, ranlib o incluso enlazadores como ллд.

Clang, por su parte, es el frontend de lenguajes C, C++ y Objective‑C, Objective‑C++, CUDA y RenderScript dentro del ecosistema LLVM. Su función principal es analizar el código fuente, comprobar que respeta el estándar del lenguaje, producir diagnósticos claros y traducirlo a la representación intermedia (IR) de LLVM, que luego será optimizada y transformada en código ejecutable por el resto de la cadena de herramientas.

Por eso, cuando se habla de “usar Clang” en un sistema, en realidad se está usando Clang como compilador frontal y LLVM como backend, con la opción de apoyarse también en las utilidades complementarias de LLVM (binutils, enlazador, librerías de tiempo de ejecución, etc.). Es posible, por ejemplo, usar Clang como sustituto directo de GCC, pero seguir utilizando la biblioteca estándar de C++ de GCC, sus runtimes y, en general, gran parte de la infraestructura GNU.

Un punto relevante es que, en muchos sistemas Linux, los componentes de GCC (biblioteca estándar de C++, unwinder, OpenMP, librerías de sanitizadores, etc.) siguen siendo bloques básicos del sistema. Aun así, poco a poco se ha ido consolidando la opción de montar una cadena de herramientas casi totalmente basada en LLVM, sustituyendo incluso gran parte de los binutils de GNU, y dejando como pieza prácticamente inevitable solo la biblioteca C clásica, que suele ser glibc.

Relación entre Clang, LLVM y GCC

Una vez aclarado el papel de cada uno, es importante entender cómo se comparan Clang/LLVM y GCC como cadenas de herramientas completas. Ambos proyectos persiguen un objetivo similar: compilar código eficiente y correcto para una gran cantidad de arquitecturas y plataformas, pero lo hacen con diseños internos distintos y con decisiones diferentes en cuanto a valores por defecto y extensiones de lenguaje.

Uno de los objetivos declarados del proyecto Clang es mantener una alta compatibilidad con código pensado para GCC. En la práctica esto significa que, en muchas distribuciones como Gentoo, se puede intentar usar Clang como compilador por defecto de gran parte de los paquetes del sistema. No obstante, esta idea de “usar Clang en todo el sistema” se considera todavía algo experimental: hay paquetes que dependen de extensiones muy concretas de GCC, otros que asumen ciertos comportamientos de las opciones por defecto de GCC y algunos que, aunque compilan, presentan problemas de ejecución.

Cuando se fuerza un uso global de Clang y algo se rompe, la salida clásica suele ser definir un entorno de fallback usando GCC. En ese contexto, se recurre a GCC para los paquetes que no se llevan bien con Clang o con las bibliotecas y runtimes alternativos proporcionados por LLVM. Este enfoque mixto, muy habitual en Gentoo, se articula a través de configuraciones en /etc/portage/make.conf y ficheros de entorno específicos para cada compilador.

Otro aspecto donde difieren significativamente es en la forma de implementar la optimización en tiempo de enlace (LTO). Clang/LLVM han desarrollado su propia aproximación, con ThinLTO como modo recomendado, mientras que GCC emplea un diseño distinto para sus fases de LTO. En la práctica, esto se traduce en que el comportamiento, rendimiento y posibles fallos con LTO pueden ser muy distintos según el compilador utilizado.

Diferencias importantes frente a GCC

Entre las diferencias más notables que afectan al día a día destacan las extensiones de lenguaje que admite cada compilador. Clang se esfuerza por ser compatible con gran parte del ecosistema GCC, pero no soporta ciertas extensiones propias de GCC, como las funciones anidadas (nested functions). Esto en particular es uno de los motivos por los que Clang ha tenido dificultades para compilar paquetes tan críticos como sys-libs/glibc, aunque se está trabajando para que glibc sea más amable con herramientas alternativas.

También hay diferencias en las banderas relacionadas con el tratamiento de las operaciones de coma flotante. GCC activa por defecto -ftrapping-math, mientras que Clang usa de serie -fno-trapping-math. Esta divergencia implica que el comportamiento ante ciertas excepciones de punto flotante puede variar entre compiladores si el desarrollador no fija explícitamente cómo quiere que se manejen estos casos en su proyecto.

Otro punto clave es cómo gestionan la interposición semántica. GCC habilita de manera predeterminada -fsemantic-interposition, lo que permite interponer símbolos a través de bibliotecas compartidas según las normas de enlazado de ELF, pero puede limitar algunas optimizaciones interprocedimentales. Clang, en cambio, realiza optimización entre funciones por defecto y ofrece la opción -fno-semantic-interposition para exprimir aún más estas optimizaciones cuando el código lo permite y no se basa en la interposición clásica.

Estas diferencias de diseño pueden parecer sutiles, pero tienen impacto real en cómo se compila y se comporta el software. Es habitual que lo que “funciona perfecto” con GCC necesite ajustes en flags o en código fuente para compilar y ejecutarse correctamente con Clang y viceversa, sobre todo en proyectos que exprimen los límites del estándar o dependen de detalles muy finos del enlazado.

Diferencias menores pero relevantes

A nivel de opciones de compilación por defecto también hay matices menos llamativos pero que conviene conocer. Por ejemplo, GCC usa por defecto la opción -ffp-contract=fast, mientras que Clang toma como valor predeterminado -ffp-contract=on. La configuración de GCC es algo más agresiva y puede reordenar u optimizar de maneras que, en ciertos escenarios numéricamente delicados, resultan un poco más arriesgadas. Clang, con su valor por defecto, tiende a ser algo más conservador, lo que muchos consideran un comportamiento más “seguro” salvo que se busque explícitamente maximizar el rendimiento.

En cuanto a vectorización, hasta la versión 12, GCC no ejecutaba optimizaciones vectoriales en el nivel -O2 o inferior. Clang, sin embargo, sí activa optimizaciones vectoriales en todos los niveles superiores a -O1, крім ан -Oz, donde se limita al vectorizador SLP. Aunque esto rara vez causa problemas directos, explica por qué a veces un mismo código obtiene rendimientos diferentes según el compilador, incluso con flags de optimización aparentemente equivalentes.

Las fases de LTO son otro campo donde ambos proyectos se separan. Se considera que las fases de LTO de GCC y Clang funcionan de manera drásticamente distinta. Esto significa que paquetes que compilan y se comportan bien con LTO bajo GCC pueden no hacerlo con Clang, y al revés. No hay una regla general: en muchos casos es cuestión de prueba, bugs puntuales y particularidades de cada proyecto.

Además, hay pequeños detalles prácticos, como el hecho de que Clang, en su integración con ciertas distribuciones, no se instale directamente en /usr/bin, sino en rutas específicas que se añaden a la variable de entorno PATH. Esto afecta a herramientas como sudo, que usan un PATH propio “blanqueado” y compilado en el binario, por lo que cuando aparece una nueva versión de Clang puede no estar disponible desde sudo hasta que se recompila o reconfigura la herramienta de privilegios.

Instalación y configuración con Clang/LLVM

En distribuciones como Gentoo, Clang y el resto de componentes de LLVM se controlan a través de ВИКОРИСТАННЯ прапорів y variables específicas como LLVM_TARGETS. Esta última determina para qué arquitecturas se construyen los backends de LLVM, algo crucial si se desea soportar múltiples CPUs o dispositivos.

Para instalar Clang se suele recurrir al gestor de paquetes y, una vez presente en el sistema, es posible configurarlo para que actúe como compilador principal para ciertos paquetes o de forma global. En Gentoo, la forma típica de establecer Clang como compilador por defecto es modificar las variables CC y CXX у файлі /etc/portage/make.conf, apuntándolas a los ejecutables de Clang y su equivalente para C++.

Otra estrategia muy flexible es usar ficheros de entorno en /etc/portage/env, donde se define un “perfil” de compilador basado en Clang y otro en GCC. Con esto se pueden asignar, a través del fichero /etc/portage/package.env, compiladores distintos por paquete. Por ejemplo, usar Clang para la mayoría del sistema, pero obligar a GCC en paquetes problemáticos o extremadamente sensibles.

Hay detalles históricos a tener en cuenta. Antes de la versión 14.0.0, Clang no disponía de una opción default-pie similar a la de GCC. Esto obligaba a incluir manualmente -fPIC en CFLAGS y -pie en LDFLAGS para generar ejecutables con posición independiente. Con las versiones modernas esto se ha simplificado, pero si vienes de configuraciones antiguas es buena idea revisar y limpiar referencias obsoletas en las variables de flags.

En cualquier caso, aunque montes un sistema muy centrado en Clang y LLVM, seguirás necesitando GCC para determinados paquetes como glibc o wine. Algunas distribuciones mantienen bugs de seguimiento que recopilan todos los paquetes que fallan al compilarse con Clang, lo que ayuda a decidir cuándo recurrir al compilador de GNU.

Entornos de fallback y elección de compilador

Al usar perfiles experimentales centrados en LLVM (no es lo mismo que simplemente instalar Clang), surgen limitaciones con los entornos de fallback. Un entorno de “GCC fallback” típico puede no funcionar tal cual si todo el stack está preparado para usar, por ejemplo, libc++ como biblioteca estándar de C++. En esos casos, hay que añadir flags como -stdlib=libc++ cuando se invoque GCC en ese entorno de emergencia, y aun así puede que el comportamiento no sea el esperado.

La idea práctica es crear en /etc/portage/env un fichero de configuración, por ejemplo compiler-gcc, definiendo las variables de entorno necesarias para compilar con GCC. Después, en /etc/portage/package.env, se asignan los paquetes que deben usar este entorno. Este patrón se repite con distintas combinaciones: Clang sin LTO, Clang con LTO, GCC sin LTO, GCC con LTO, etc.

Así, cuando un paquete falle con Clang (por extensiones de GCC, por problemas de LTO, por dependencias cruzadas, etc.), basta con añadirlo a la lista de paquetes que se compilan con otro entorno. Esto convierte la coexistencia de Clang y GCC en algo bastante manejable, siempre que se tenga disciplina al mantener esos ficheros de configuración.

En el plano más “humano”, muchos usuarios se preguntan qué compilador va a elegir un script de configuración cuando ambos están instalados. Normalmente, el sistema de build sigue reglas claras: mira variables de entorno como CC y CXX, comprueba qué compiladores están disponibles en el PATH, y en algunos casos da prioridad a nombres concretos como gcc o clang. Por tanto, la “preferencia” no es mágica: la marca la configuración del sistema y los parámetros que defina el propio usuario.

Uso avanzado de Clang/LLVM: LTO, PGO y más

Clang se integra muy bien con técnicas avanzadas de optimización como la LTO (Link Time Optimization) y la PGO (Profile Guided Optimization). En el caso de LTO, el compilador genera bitcode de LLVM en lugar de código objeto tradicional y difiere gran parte de las optimizaciones a la fase de enlace.

Clang admite dos tipos principales de LTO. Por un lado, la LTO completa, que analiza toda la unidad de enlace de una vez; es el enfoque clásico, similar al de GCC, pero hoy en día ya no se recomienda como primera opción. Por otro lado, está ThinLTO, donde la unidad de enlace se escanea y se divide en múltiples partes. Cada parte solo contiene el código relevante para su ámbito, lo que reduce consumo de memoria, acelera la compilación y aumenta el paralelismo sin sacrificar demasiado rendimiento.

En la práctica, para activar ThinLTO se usa una flag como -flto=thin en las variables de compilación. Si se desea usar LTO completa basta con sustituirla por -flto, sin que haya grandes diferencias de compatibilidad entre ambos modos. Eso sí, conviene recordar que, si el paquete clang-common no se ha construido con la USE flag default-lld, será necesario añadir -fuse-ld=lld a LDFLAGS para que se utilice el enlazador de LLVM.

También se pueden emplear las herramientas de binutils de LLVM, como llvm-ar, llvm-nm y llvm-ranlib, especialmente cuando se trabaja con bitcode generado por LTO. Son alternativas pensadas específicamente para entender ese formato, aunque la experiencia práctica varía según el proyecto y no siempre aportan mejoras claras frente a las herramientas estándar.

En cuanto a PGO, el ecosistema LLVM proporciona componentes como clang-runtime con USE flag sanitize y compiler-rt-sanitizers con flags como profile u orc. Activando la USE flag pgo a nivel global o por paquete se puede recoger información de ejecución real de los programas y alimentar al compilador con esos perfiles, para que optimice rutas calientes de código basándose en el uso real.

Complementando lo anterior, Clang se lleva muy bien con sistemas de caché como ccache, que en cuanto Clang está instalado suelen funcionar de forma casi automática, acelerando recompilaciones. Y en el terreno más especializado aparecen proyectos como Пропелер, un enfoque de PGO diseñado para solucionar problemas de herramientas como BOLT, especialmente en consumo de memoria. Propeller se apoya en Clang y requiere dependencias como app-arch/zstd con la USE flag static-libs, además de una compilación desde fuente bastante específica.

Problemas habituales y cómo afrontarlos con Clang

En entornos donde Clang actúa como compilador principal, los errores más habituales suelen agruparse en unos pocos patrones típicos. Un primer caso claro son los fallos de compilación al usar LTO. Si un paquete se compila con -flto y aparecen errores recurrentes en los registros de Portage, una solución práctica es desactivar LTO para ese paquete concreto usando un entorno como compiler-clang sin LTO.

A veces, aunque se desactive LTO en el paquete que falla, el problema persiste porque otra biblioteca dependiente se compiló con LTO y funciona mal. Un ejemplo clásico es cuando un paquete como boehm-gc revienta porque su dependencia libatomic_ops está compilada con LTO y produce un comportamiento inesperado. En estos casos hay que reconstruir también la dependencia sin LTO, y asegurarse de que ambos paquetes se compilan con un entorno coherente.

Otro tipo de problema frecuente se da cuando el código fuente usa extensiones GNU sin especificar el estándar correcto mediante la flag -std=. GCC suele permitir muchos de estos usos sin exigir un estándar concreto, mientras que Clang desactiva algunas de esas extensiones más raras si no se indica explícitamente. Si un paquete depende de esas extensiones, es necesario compilarlo con flags como -std=gnu89, -std=gnu99 o -std=gnu++98, según corresponda al lenguaje y al estándar esperado.

Un síntoma típico de este problema es ver múltiples definiciones de funciones inline en los logs de compilación. Esto tiene que ver con que Clang, por defecto, usa las reglas de inline de C99, que no cuadran bien con código pensado para gnu89. En ese escenario, forzar -std=gnu89 suele ser suficiente; si no, siempre queda la opción de compilar el paquete conflictivo con GCC mediante uno de los entornos de fallback.

También se ven a menudo dudas cuando el sistema indica errores como sudo: clang: command not found. Lo que ocurre ahí es que Clang se ha instalado en una ruta que se añade al PATH del usuario, pero sudo mantiene su propio PATH interno, definido en la compilación del binario. Hasta que no se recompila sudo o no se ajusta su configuración, ese PATH no incluirá la ruta de Clang, por lo que sudo no lo encontrará aunque el usuario normal sí lo pueda ejecutar sin problemas.

Para quienes usen Gentoo u otras distribuciones con seguimiento detallado de bugs, la referencia principal para problemas con Clang suele ser un bug tracker específico donde se centralizan todos los fallos conocidos de paquetes que no compilan o ejecutan bien con esta cadena de herramientas. Si se encuentra un fallo nuevo, se anima a abrir un reporte y hacerlo bloquear el bug de seguimiento general, de forma que la comunidad pueda corregirlo o documentar sus soluciones.

Si se comparan todas estas piezas, se ve que el tándem Clang + LLVM ofrece un ecosistema muy potente, flexible y moderno, pero que aún convive estrechamente con GCC en muchos sistemas, sobre todo en niveles tan delicados como la biblioteca C o paquetes muy antiguos. Entender bien en qué se diferencian, cómo se complementan y qué ajustes requieren en flags, LTO o estándares de lenguaje hace que cambiar de uno a otro deje de ser un salto al vacío y se convierta en una herramienta más a tu favor cuando montas tu entorno de desarrollo o tu sistema Linux a medida.