LWG 3035. std::allocator's constructors should be constexpr
[official-gcc.git] / gcc / doc / plugins.texi
blob1eb9a7b2b5764586d4af2c6a9e7ea8cc39c3c7ee
1 @c Copyright (C) 2009-2018 Free Software Foundation, Inc.
2 @c Free Software Foundation, Inc.
3 @c This is part of the GCC manual.
4 @c For copying conditions, see the file gcc.texi.
6 @node Plugins
7 @chapter Plugins
8 @cindex Plugins
10 GCC plugins are loadable modules that provide extra features to the
11 compiler.  Like GCC itself they can be distributed in source and
12 binary forms.
14 GCC plugins provide developers with a rich subset of
15 the GCC API to allow them to extend GCC as they see fit.
16 Whether it is writing an additional optimization pass,
17 transforming code, or analyzing information, plugins
18 can be quite useful.
20 @menu
21 * Plugins loading::      How can we load plugins.
22 * Plugin API::           The APIs for plugins.
23 * Plugins pass::         How a plugin interact with the pass manager.
24 * Plugins GC::           How a plugin Interact with GCC Garbage Collector.
25 * Plugins description::  Giving information about a plugin itself.
26 * Plugins attr::         Registering custom attributes or pragmas.
27 * Plugins recording::    Recording information about pass execution.
28 * Plugins gate::         Controlling which passes are being run.
29 * Plugins tracking::     Keeping track of available passes.
30 * Plugins building::     How can we build a plugin.
31 @end menu
33 @node Plugins loading
34 @section Loading Plugins
36 Plugins are supported on platforms that support @option{-ldl
37 -rdynamic} as well as Windows/MinGW. They are loaded by the compiler
38 using @code{dlopen} or equivalent and invoked at pre-determined
39 locations in the compilation process.
41 Plugins are loaded with
43 @option{-fplugin=/path/to/@var{name}.@var{ext}} @option{-fplugin-arg-@var{name}-@var{key1}[=@var{value1}]}
45 Where @var{name} is the plugin name and @var{ext} is the platform-specific
46 dynamic library extension. It should be @code{dll} on Windows/MinGW,
47 @code{dylib} on Darwin/Mac OS X, and @code{so} on all other platforms.
48 The plugin arguments are parsed by GCC and passed to respective
49 plugins as key-value pairs. Multiple plugins can be invoked by
50 specifying multiple @option{-fplugin} arguments.
52 A plugin can be simply given by its short name (no dots or
53 slashes). When simply passing @option{-fplugin=@var{name}}, the plugin is
54 loaded from the @file{plugin} directory, so @option{-fplugin=@var{name}} is
55 the same as @option{-fplugin=`gcc -print-file-name=plugin`/@var{name}.@var{ext}},
56 using backquote shell syntax to query the @file{plugin} directory.
58 @node Plugin API
59 @section Plugin API
61 Plugins are activated by the compiler at specific events as defined in
62 @file{gcc-plugin.h}.  For each event of interest, the plugin should
63 call @code{register_callback} specifying the name of the event and
64 address of the callback function that will handle that event.
66 The header @file{gcc-plugin.h} must be the first gcc header to be included.
68 @subsection Plugin license check
70 Every plugin should define the global symbol @code{plugin_is_GPL_compatible}
71 to assert that it has been licensed under a GPL-compatible license.
72 If this symbol does not exist, the compiler will emit a fatal error
73 and exit with the error message:
75 @smallexample
76 fatal error: plugin @var{name} is not licensed under a GPL-compatible license
77 @var{name}: undefined symbol: plugin_is_GPL_compatible
78 compilation terminated
79 @end smallexample
81 The declared type of the symbol should be int, to match a forward declaration
82 in @file{gcc-plugin.h} that suppresses C++ mangling.  It does not need to be in
83 any allocated section, though.  The compiler merely asserts that
84 the symbol exists in the global scope.  Something like this is enough:
86 @smallexample
87 int plugin_is_GPL_compatible;
88 @end smallexample
90 @subsection Plugin initialization
92 Every plugin should export a function called @code{plugin_init} that
93 is called right after the plugin is loaded. This function is
94 responsible for registering all the callbacks required by the plugin
95 and do any other required initialization.
97 This function is called from @code{compile_file} right before invoking
98 the parser.  The arguments to @code{plugin_init} are:
100 @itemize @bullet
101 @item @code{plugin_info}: Plugin invocation information.
102 @item @code{version}: GCC version.
103 @end itemize
105 The @code{plugin_info} struct is defined as follows:
107 @smallexample
108 struct plugin_name_args
110   char *base_name;              /* Short name of the plugin
111                                    (filename without .so suffix). */
112   const char *full_name;        /* Path to the plugin as specified with
113                                    -fplugin=. */
114   int argc;                     /* Number of arguments specified with
115                                    -fplugin-arg-.... */
116   struct plugin_argument *argv; /* Array of ARGC key-value pairs. */
117   const char *version;          /* Version string provided by plugin. */
118   const char *help;             /* Help string provided by plugin. */
120 @end smallexample
122 If initialization fails, @code{plugin_init} must return a non-zero
123 value.  Otherwise, it should return 0.
125 The version of the GCC compiler loading the plugin is described by the
126 following structure:
128 @smallexample
129 struct plugin_gcc_version
131   const char *basever;
132   const char *datestamp;
133   const char *devphase;
134   const char *revision;
135   const char *configuration_arguments;
137 @end smallexample
139 The function @code{plugin_default_version_check} takes two pointers to
140 such structure and compare them field by field. It can be used by the
141 plugin's @code{plugin_init} function.
143 The version of GCC used to compile the plugin can be found in the symbol
144 @code{gcc_version} defined in the header @file{plugin-version.h}. The
145 recommended version check to perform looks like
147 @smallexample
148 #include "plugin-version.h"
152 plugin_init (struct plugin_name_args *plugin_info,
153              struct plugin_gcc_version *version)
155   if (!plugin_default_version_check (version, &gcc_version))
156     return 1;
159 @end smallexample
161 but you can also check the individual fields if you want a less strict check.
163 @subsection Plugin callbacks
165 Callback functions have the following prototype:
167 @smallexample
168 /* The prototype for a plugin callback function.
169      gcc_data  - event-specific data provided by GCC
170      user_data - plugin-specific data provided by the plug-in.  */
171 typedef void (*plugin_callback_func)(void *gcc_data, void *user_data);
172 @end smallexample
174 Callbacks can be invoked at the following pre-determined events:
177 @smallexample
178 enum plugin_event
180   PLUGIN_START_PARSE_FUNCTION,  /* Called before parsing the body of a function. */
181   PLUGIN_FINISH_PARSE_FUNCTION, /* After finishing parsing a function. */
182   PLUGIN_PASS_MANAGER_SETUP,    /* To hook into pass manager.  */
183   PLUGIN_FINISH_TYPE,           /* After finishing parsing a type.  */
184   PLUGIN_FINISH_DECL,           /* After finishing parsing a declaration. */
185   PLUGIN_FINISH_UNIT,           /* Useful for summary processing.  */
186   PLUGIN_PRE_GENERICIZE,        /* Allows to see low level AST in C and C++ frontends.  */
187   PLUGIN_FINISH,                /* Called before GCC exits.  */
188   PLUGIN_INFO,                  /* Information about the plugin. */
189   PLUGIN_GGC_START,             /* Called at start of GCC Garbage Collection. */
190   PLUGIN_GGC_MARKING,           /* Extend the GGC marking. */
191   PLUGIN_GGC_END,               /* Called at end of GGC. */
192   PLUGIN_REGISTER_GGC_ROOTS,    /* Register an extra GGC root table. */
193   PLUGIN_ATTRIBUTES,            /* Called during attribute registration */
194   PLUGIN_START_UNIT,            /* Called before processing a translation unit.  */
195   PLUGIN_PRAGMAS,               /* Called during pragma registration. */
196   /* Called before first pass from all_passes.  */
197   PLUGIN_ALL_PASSES_START,
198   /* Called after last pass from all_passes.  */
199   PLUGIN_ALL_PASSES_END,
200   /* Called before first ipa pass.  */
201   PLUGIN_ALL_IPA_PASSES_START,
202   /* Called after last ipa pass.  */
203   PLUGIN_ALL_IPA_PASSES_END,
204   /* Allows to override pass gate decision for current_pass.  */
205   PLUGIN_OVERRIDE_GATE,
206   /* Called before executing a pass.  */
207   PLUGIN_PASS_EXECUTION,
208   /* Called before executing subpasses of a GIMPLE_PASS in
209      execute_ipa_pass_list.  */
210   PLUGIN_EARLY_GIMPLE_PASSES_START,
211   /* Called after executing subpasses of a GIMPLE_PASS in
212      execute_ipa_pass_list.  */
213   PLUGIN_EARLY_GIMPLE_PASSES_END,
214   /* Called when a pass is first instantiated.  */
215   PLUGIN_NEW_PASS,
216 /* Called when a file is #include-d or given via the #line directive.
217    This could happen many times.  The event data is the included file path,
218    as a const char* pointer.  */
219   PLUGIN_INCLUDE_FILE,
221   PLUGIN_EVENT_FIRST_DYNAMIC    /* Dummy event used for indexing callback
222                                    array.  */
224 @end smallexample
226 In addition, plugins can also look up the enumerator of a named event,
227 and / or generate new events dynamically, by calling the function
228 @code{get_named_event_id}.
230 To register a callback, the plugin calls @code{register_callback} with
231 the arguments:
233 @itemize
234 @item @code{char *name}: Plugin name.
235 @item @code{int event}: The event code.
236 @item @code{plugin_callback_func callback}: The function that handles @code{event}.
237 @item @code{void *user_data}: Pointer to plugin-specific data.
238 @end itemize
240 For the @i{PLUGIN_PASS_MANAGER_SETUP}, @i{PLUGIN_INFO}, and
241 @i{PLUGIN_REGISTER_GGC_ROOTS} pseudo-events the @code{callback} should be null,
242 and the @code{user_data} is specific.
244 When the @i{PLUGIN_PRAGMAS} event is triggered (with a null pointer as
245 data from GCC), plugins may register their own pragmas.  Notice that
246 pragmas are not available from @file{lto1}, so plugins used with
247 @code{-flto} option to GCC during link-time optimization cannot use
248 pragmas and do not even see functions like @code{c_register_pragma} or
249 @code{pragma_lex}.
251 The @i{PLUGIN_INCLUDE_FILE} event, with a @code{const char*} file path as
252 GCC data, is triggered for processing of @code{#include} or
253 @code{#line} directives.
255 The @i{PLUGIN_FINISH} event is the last time that plugins can call GCC
256 functions, notably emit diagnostics with @code{warning}, @code{error}
257 etc.
260 @node Plugins pass
261 @section Interacting with the pass manager
263 There needs to be a way to add/reorder/remove passes dynamically. This
264 is useful for both analysis plugins (plugging in after a certain pass
265 such as CFG or an IPA pass) and optimization plugins.
267 Basic support for inserting new passes or replacing existing passes is
268 provided. A plugin registers a new pass with GCC by calling
269 @code{register_callback} with the @code{PLUGIN_PASS_MANAGER_SETUP}
270 event and a pointer to a @code{struct register_pass_info} object defined as follows
272 @smallexample
273 enum pass_positioning_ops
275   PASS_POS_INSERT_AFTER,  // Insert after the reference pass.
276   PASS_POS_INSERT_BEFORE, // Insert before the reference pass.
277   PASS_POS_REPLACE        // Replace the reference pass.
280 struct register_pass_info
282   struct opt_pass *pass;            /* New pass provided by the plugin.  */
283   const char *reference_pass_name;  /* Name of the reference pass for hooking
284                                        up the new pass.  */
285   int ref_pass_instance_number;     /* Insert the pass at the specified
286                                        instance number of the reference pass.  */
287                                     /* Do it for every instance if it is 0.  */
288   enum pass_positioning_ops pos_op; /* how to insert the new pass.  */
292 /* Sample plugin code that registers a new pass.  */
294 plugin_init (struct plugin_name_args *plugin_info,
295              struct plugin_gcc_version *version)
297   struct register_pass_info pass_info;
299   ...
301   /* Code to fill in the pass_info object with new pass information.  */
303   ...
305   /* Register the new pass.  */
306   register_callback (plugin_info->base_name, PLUGIN_PASS_MANAGER_SETUP, NULL, &pass_info);
308   ...
310 @end smallexample
313 @node Plugins GC
314 @section Interacting with the GCC Garbage Collector
316 Some plugins may want to be informed when GGC (the GCC Garbage
317 Collector) is running. They can register callbacks for the
318 @code{PLUGIN_GGC_START} and @code{PLUGIN_GGC_END} events (for which
319 the callback is called with a null @code{gcc_data}) to be notified of
320 the start or end of the GCC garbage collection.
322 Some plugins may need to have GGC mark additional data. This can be
323 done by registering a callback (called with a null @code{gcc_data})
324 for the @code{PLUGIN_GGC_MARKING} event. Such callbacks can call the
325 @code{ggc_set_mark} routine, preferably through the @code{ggc_mark} macro
326 (and conversely, these routines should usually not be used in plugins
327 outside of the @code{PLUGIN_GGC_MARKING} event).  Plugins that wish to hold
328 weak references to gc data may also use this event to drop weak references when
329 the object is about to be collected.  The @code{ggc_marked_p} function can be
330 used to tell if an object is marked, or is about to  be collected.  The
331 @code{gt_clear_cache} overloads which some types define may also be of use in
332 managing weak references.
334 Some plugins may need to add extra GGC root tables, e.g. to handle their own
335 @code{GTY}-ed data. This can be done with the @code{PLUGIN_REGISTER_GGC_ROOTS}
336 pseudo-event with a null callback and the extra root table (of type @code{struct
337 ggc_root_tab*}) as @code{user_data}.  Running the
338  @code{gengtype -p @var{source-dir} @var{file-list} @var{plugin*.c} ...}
339 utility generates these extra root tables.
341 You should understand the details of memory management inside GCC
342 before using @code{PLUGIN_GGC_MARKING} or @code{PLUGIN_REGISTER_GGC_ROOTS}.
345 @node Plugins description
346 @section Giving information about a plugin
348 A plugin should give some information to the user about itself. This
349 uses the following structure:
351 @smallexample
352 struct plugin_info
354   const char *version;
355   const char *help;
357 @end smallexample
359 Such a structure is passed as the @code{user_data} by the plugin's
360 init routine using @code{register_callback} with the
361 @code{PLUGIN_INFO} pseudo-event and a null callback.
363 @node Plugins attr
364 @section Registering custom attributes or pragmas
366 For analysis (or other) purposes it is useful to be able to add custom
367 attributes or pragmas.
369 The @code{PLUGIN_ATTRIBUTES} callback is called during attribute
370 registration. Use the @code{register_attribute} function to register
371 custom attributes.
373 @smallexample
374 /* Attribute handler callback */
375 static tree
376 handle_user_attribute (tree *node, tree name, tree args,
377                        int flags, bool *no_add_attrs)
379   return NULL_TREE;
382 /* Attribute definition */
383 static struct attribute_spec user_attr =
384   @{ "user", 1, 1, false,  false, false, false, handle_user_attribute, NULL @};
386 /* Plugin callback called during attribute registration.
387 Registered with register_callback (plugin_name, PLUGIN_ATTRIBUTES, register_attributes, NULL)
389 static void
390 register_attributes (void *event_data, void *data)
392   warning (0, G_("Callback to register attributes"));
393   register_attribute (&user_attr);
396 @end smallexample
399 The @i{PLUGIN_PRAGMAS} callback is called once during pragmas
400 registration. Use the @code{c_register_pragma},
401 @code{c_register_pragma_with_data},
402 @code{c_register_pragma_with_expansion},
403 @code{c_register_pragma_with_expansion_and_data} functions to register
404 custom pragmas and their handlers (which often want to call
405 @code{pragma_lex}) from @file{c-family/c-pragma.h}.
407 @smallexample
408 /* Plugin callback called during pragmas registration. Registered with
409      register_callback (plugin_name, PLUGIN_PRAGMAS,
410                         register_my_pragma, NULL);
412 static void
413 register_my_pragma (void *event_data, void *data)
415   warning (0, G_("Callback to register pragmas"));
416   c_register_pragma ("GCCPLUGIN", "sayhello", handle_pragma_sayhello);
418 @end smallexample
420 It is suggested to pass @code{"GCCPLUGIN"} (or a short name identifying
421 your plugin) as the ``space'' argument of your pragma.
423 Pragmas registered with @code{c_register_pragma_with_expansion} or
424 @code{c_register_pragma_with_expansion_and_data} support
425 preprocessor expansions. For example:
427 @smallexample
428 #define NUMBER 10
429 #pragma GCCPLUGIN foothreshold (NUMBER)
430 @end smallexample
432 @node Plugins recording
433 @section Recording information about pass execution
435 The event PLUGIN_PASS_EXECUTION passes the pointer to the executed pass
436 (the same as current_pass) as @code{gcc_data} to the callback.  You can also
437 inspect cfun to find out about which function this pass is executed for.
438 Note that this event will only be invoked if the gate check (if
439 applicable, modified by PLUGIN_OVERRIDE_GATE) succeeds.
440 You can use other hooks, like @code{PLUGIN_ALL_PASSES_START},
441 @code{PLUGIN_ALL_PASSES_END}, @code{PLUGIN_ALL_IPA_PASSES_START},
442 @code{PLUGIN_ALL_IPA_PASSES_END}, @code{PLUGIN_EARLY_GIMPLE_PASSES_START},
443 and/or @code{PLUGIN_EARLY_GIMPLE_PASSES_END} to manipulate global state
444 in your plugin(s) in order to get context for the pass execution.
447 @node Plugins gate
448 @section Controlling which passes are being run
450 After the original gate function for a pass is called, its result
451 - the gate status - is stored as an integer.
452 Then the event @code{PLUGIN_OVERRIDE_GATE} is invoked, with a pointer
453 to the gate status in the @code{gcc_data} parameter to the callback function.
454 A nonzero value of the gate status means that the pass is to be executed.
455 You can both read and write the gate status via the passed pointer.
458 @node Plugins tracking
459 @section Keeping track of available passes
461 When your plugin is loaded, you can inspect the various
462 pass lists to determine what passes are available.  However, other
463 plugins might add new passes.  Also, future changes to GCC might cause
464 generic passes to be added after plugin loading.
465 When a pass is first added to one of the pass lists, the event
466 @code{PLUGIN_NEW_PASS} is invoked, with the callback parameter
467 @code{gcc_data} pointing to the new pass.
470 @node Plugins building
471 @section Building GCC plugins
473 If plugins are enabled, GCC installs the headers needed to build a
474 plugin (somewhere in the installation tree, e.g. under
475 @file{/usr/local}).  In particular a @file{plugin/include} directory
476 is installed, containing all the header files needed to build plugins.
478 On most systems, you can query this @code{plugin} directory by
479 invoking @command{gcc -print-file-name=plugin} (replace if needed
480 @command{gcc} with the appropriate program path).
482 Inside plugins, this @code{plugin} directory name can be queried by
483 calling @code{default_plugin_dir_name ()}.
485 Plugins may know, when they are compiled, the GCC version for which
486 @file{plugin-version.h} is provided.  The constant macros
487 @code{GCCPLUGIN_VERSION_MAJOR}, @code{GCCPLUGIN_VERSION_MINOR},
488 @code{GCCPLUGIN_VERSION_PATCHLEVEL}, @code{GCCPLUGIN_VERSION} are
489 integer numbers, so a plugin could ensure it is built for GCC 4.7 with 
490 @smallexample
491 #if GCCPLUGIN_VERSION != 4007
492 #error this GCC plugin is for GCC 4.7
493 #endif
494 @end smallexample
496 The following GNU Makefile excerpt shows how to build a simple plugin:
498 @smallexample
499 HOST_GCC=g++
500 TARGET_GCC=gcc
501 PLUGIN_SOURCE_FILES= plugin1.c plugin2.cc
502 GCCPLUGINS_DIR:= $(shell $(TARGET_GCC) -print-file-name=plugin)
503 CXXFLAGS+= -I$(GCCPLUGINS_DIR)/include -fPIC -fno-rtti -O2
505 plugin.so: $(PLUGIN_SOURCE_FILES)
506    $(HOST_GCC) -shared $(CXXFLAGS) $^ -o $@@
507 @end smallexample
509 A single source file plugin may be built with @code{g++ -I`gcc
510 -print-file-name=plugin`/include -fPIC -shared -fno-rtti -O2 plugin.c -o
511 plugin.so}, using backquote shell syntax to query the @file{plugin}
512 directory.
514 Plugin support on Windows/MinGW has a number of limitations and
515 additional requirements. When building a plugin on Windows we have to
516 link an import library for the corresponding backend executable, for
517 example, @file{cc1.exe}, @file{cc1plus.exe}, etc., in order to gain
518 access to the symbols provided by GCC. This means that on Windows a
519 plugin is language-specific, for example, for C, C++, etc. If you wish
520 to use your plugin with multiple languages, then you will need to
521 build multiple plugin libraries and either instruct your users on how
522 to load the correct version or provide a compiler wrapper that does
523 this automatically.
525 Additionally, on Windows the plugin library has to export the
526 @code{plugin_is_GPL_compatible} and @code{plugin_init} symbols. If you
527 do not wish to modify the source code of your plugin, then you can use
528 the @option{-Wl,--export-all-symbols} option or provide a suitable DEF
529 file. Alternatively, you can export just these two symbols by decorating
530 them with @code{__declspec(dllexport)}, for example:
532 @smallexample
533 #ifdef _WIN32
534 __declspec(dllexport)
535 #endif
536 int plugin_is_GPL_compatible;
538 #ifdef _WIN32
539 __declspec(dllexport)
540 #endif
541 int plugin_init (plugin_name_args *, plugin_gcc_version *)
542 @end smallexample
544 The import libraries are installed into the @code{plugin} directory
545 and their names are derived by appending the @code{.a} extension to
546 the backend executable names, for example, @file{cc1.exe.a},
547 @file{cc1plus.exe.a}, etc. The following command line shows how to
548 build the single source file plugin on Windows to be used with the C++
549 compiler:
551 @smallexample
552 g++ -I`gcc -print-file-name=plugin`/include -shared -Wl,--export-all-symbols \
553 -o plugin.dll plugin.c `gcc -print-file-name=plugin`/cc1plus.exe.a
554 @end smallexample
556 When a plugin needs to use @command{gengtype}, be sure that both
557 @file{gengtype} and @file{gtype.state} have the same version as the
558 GCC for which the plugin is built.