2014-04-14 Martin Jambor <mjambor@suse.cz>
[official-gcc.git] / gcc / doc / plugins.texi
blob4a839b8abade926d5b10fb52c9011747a5a4eda7
1 @c Copyright (C) 2009-2014 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 plugin is a loadable module that provides extra
11 features to the compiler, which they can further pass
12 around as a shareable module.
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}.  They are loaded by the compiler using @code{dlopen}
38 and invoked at pre-determined locations in the compilation
39 process.
41 Plugins are loaded with
43 @option{-fplugin=/path/to/@var{name}.so} @option{-fplugin-arg-@var{name}-@var{key1}[=@var{value1}]}
45 The plugin arguments are parsed by GCC and passed to respective
46 plugins as key-value pairs. Multiple plugins can be invoked by
47 specifying multiple @option{-fplugin} arguments.
49 A plugin can be simply given by its short name (no dots or
50 slashes). When simply passing @option{-fplugin=@var{name}}, the plugin is
51 loaded from the @file{plugin} directory, so @option{-fplugin=@var{name}} is
52 the same as @option{-fplugin=`gcc -print-file-name=plugin`/@var{name}.so},
53 using backquote shell syntax to query the @file{plugin} directory.
55 @node Plugin API
56 @section Plugin API
58 Plugins are activated by the compiler at specific events as defined in
59 @file{gcc-plugin.h}.  For each event of interest, the plugin should
60 call @code{register_callback} specifying the name of the event and
61 address of the callback function that will handle that event.
63 The header @file{gcc-plugin.h} must be the first gcc header to be included.
65 @subsection Plugin license check
67 Every plugin should define the global symbol @code{plugin_is_GPL_compatible}
68 to assert that it has been licensed under a GPL-compatible license.
69 If this symbol does not exist, the compiler will emit a fatal error
70 and exit with the error message:
72 @smallexample
73 fatal error: plugin @var{name} is not licensed under a GPL-compatible license
74 @var{name}: undefined symbol: plugin_is_GPL_compatible
75 compilation terminated
76 @end smallexample
78 The declared type of the symbol should be int, to match a forward declaration
79 in @file{gcc-plugin.h} that suppresses C++ mangling.  It does not need to be in
80 any allocated section, though.  The compiler merely asserts that
81 the symbol exists in the global scope.  Something like this is enough:
83 @smallexample
84 int plugin_is_GPL_compatible;
85 @end smallexample
87 @subsection Plugin initialization
89 Every plugin should export a function called @code{plugin_init} that
90 is called right after the plugin is loaded. This function is
91 responsible for registering all the callbacks required by the plugin
92 and do any other required initialization.
94 This function is called from @code{compile_file} right before invoking
95 the parser.  The arguments to @code{plugin_init} are:
97 @itemize @bullet
98 @item @code{plugin_info}: Plugin invocation information.
99 @item @code{version}: GCC version.
100 @end itemize
102 The @code{plugin_info} struct is defined as follows:
104 @smallexample
105 struct plugin_name_args
107   char *base_name;              /* Short name of the plugin
108                                    (filename without .so suffix). */
109   const char *full_name;        /* Path to the plugin as specified with
110                                    -fplugin=. */
111   int argc;                     /* Number of arguments specified with
112                                    -fplugin-arg-.... */
113   struct plugin_argument *argv; /* Array of ARGC key-value pairs. */
114   const char *version;          /* Version string provided by plugin. */
115   const char *help;             /* Help string provided by plugin. */
117 @end smallexample
119 If initialization fails, @code{plugin_init} must return a non-zero
120 value.  Otherwise, it should return 0.
122 The version of the GCC compiler loading the plugin is described by the
123 following structure:
125 @smallexample
126 struct plugin_gcc_version
128   const char *basever;
129   const char *datestamp;
130   const char *devphase;
131   const char *revision;
132   const char *configuration_arguments;
134 @end smallexample
136 The function @code{plugin_default_version_check} takes two pointers to
137 such structure and compare them field by field. It can be used by the
138 plugin's @code{plugin_init} function.
140 The version of GCC used to compile the plugin can be found in the symbol
141 @code{gcc_version} defined in the header @file{plugin-version.h}. The
142 recommended version check to perform looks like
144 @smallexample
145 #include "plugin-version.h"
149 plugin_init (struct plugin_name_args *plugin_info,
150              struct plugin_gcc_version *version)
152   if (!plugin_default_version_check (version, &gcc_version))
153     return 1;
156 @end smallexample
158 but you can also check the individual fields if you want a less strict check.
160 @subsection Plugin callbacks
162 Callback functions have the following prototype:
164 @smallexample
165 /* The prototype for a plugin callback function.
166      gcc_data  - event-specific data provided by GCC
167      user_data - plugin-specific data provided by the plug-in.  */
168 typedef void (*plugin_callback_func)(void *gcc_data, void *user_data);
169 @end smallexample
171 Callbacks can be invoked at the following pre-determined events:
174 @smallexample
175 enum plugin_event
177   PLUGIN_PASS_MANAGER_SETUP,    /* To hook into pass manager.  */
178   PLUGIN_FINISH_TYPE,           /* After finishing parsing a type.  */
179   PLUGIN_FINISH_DECL,           /* After finishing parsing a declaration. */
180   PLUGIN_FINISH_UNIT,           /* Useful for summary processing.  */
181   PLUGIN_PRE_GENERICIZE,        /* Allows to see low level AST in C and C++ frontends.  */
182   PLUGIN_FINISH,                /* Called before GCC exits.  */
183   PLUGIN_INFO,                  /* Information about the plugin. */
184   PLUGIN_GGC_START,             /* Called at start of GCC Garbage Collection. */
185   PLUGIN_GGC_MARKING,           /* Extend the GGC marking. */
186   PLUGIN_GGC_END,               /* Called at end of GGC. */
187   PLUGIN_REGISTER_GGC_ROOTS,    /* Register an extra GGC root table. */
188   PLUGIN_REGISTER_GGC_CACHES,   /* Register an extra GGC cache table. */
189   PLUGIN_ATTRIBUTES,            /* Called during attribute registration */
190   PLUGIN_START_UNIT,            /* Called before processing a translation unit.  */
191   PLUGIN_PRAGMAS,               /* Called during pragma registration. */
192   /* Called before first pass from all_passes.  */
193   PLUGIN_ALL_PASSES_START,
194   /* Called after last pass from all_passes.  */
195   PLUGIN_ALL_PASSES_END,
196   /* Called before first ipa pass.  */
197   PLUGIN_ALL_IPA_PASSES_START,
198   /* Called after last ipa pass.  */
199   PLUGIN_ALL_IPA_PASSES_END,
200   /* Allows to override pass gate decision for current_pass.  */
201   PLUGIN_OVERRIDE_GATE,
202   /* Called before executing a pass.  */
203   PLUGIN_PASS_EXECUTION,
204   /* Called before executing subpasses of a GIMPLE_PASS in
205      execute_ipa_pass_list.  */
206   PLUGIN_EARLY_GIMPLE_PASSES_START,
207   /* Called after executing subpasses of a GIMPLE_PASS in
208      execute_ipa_pass_list.  */
209   PLUGIN_EARLY_GIMPLE_PASSES_END,
210   /* Called when a pass is first instantiated.  */
211   PLUGIN_NEW_PASS,
212 /* Called when a file is #include-d or given via the #line directive.
213    This could happen many times.  The event data is the included file path,
214    as a const char* pointer.  */
215   PLUGIN_INCLUDE_FILE,
217   PLUGIN_EVENT_FIRST_DYNAMIC    /* Dummy event used for indexing callback
218                                    array.  */
220 @end smallexample
222 In addition, plugins can also look up the enumerator of a named event,
223 and / or generate new events dynamically, by calling the function
224 @code{get_named_event_id}.
226 To register a callback, the plugin calls @code{register_callback} with
227 the arguments:
229 @itemize
230 @item @code{char *name}: Plugin name.
231 @item @code{int event}: The event code.
232 @item @code{plugin_callback_func callback}: The function that handles @code{event}.
233 @item @code{void *user_data}: Pointer to plugin-specific data.
234 @end itemize
236 For the @i{PLUGIN_PASS_MANAGER_SETUP}, @i{PLUGIN_INFO},
237 @i{PLUGIN_REGISTER_GGC_ROOTS} and @i{PLUGIN_REGISTER_GGC_CACHES}
238 pseudo-events the @code{callback} should be null, and the
239 @code{user_data} is specific.
241 When the @i{PLUGIN_PRAGMAS} event is triggered (with a null pointer as
242 data from GCC), plugins may register their own pragmas.  Notice that
243 pragmas are not available from @file{lto1}, so plugins used with
244 @code{-flto} option to GCC during link-time optimization cannot use
245 pragmas and do not even see functions like @code{c_register_pragma} or
246 @code{pragma_lex}.
248 The @i{PLUGIN_INCLUDE_FILE} event, with a @code{const char*} file path as
249 GCC data, is triggered for processing of @code{#include} or
250 @code{#line} directives.
252 The @i{PLUGIN_FINISH} event is the last time that plugins can call GCC
253 functions, notably emit diagnostics with @code{warning}, @code{error}
254 etc.
257 @node Plugins pass
258 @section Interacting with the pass manager
260 There needs to be a way to add/reorder/remove passes dynamically. This
261 is useful for both analysis plugins (plugging in after a certain pass
262 such as CFG or an IPA pass) and optimization plugins.
264 Basic support for inserting new passes or replacing existing passes is
265 provided. A plugin registers a new pass with GCC by calling
266 @code{register_callback} with the @code{PLUGIN_PASS_MANAGER_SETUP}
267 event and a pointer to a @code{struct register_pass_info} object defined as follows
269 @smallexample
270 enum pass_positioning_ops
272   PASS_POS_INSERT_AFTER,  // Insert after the reference pass.
273   PASS_POS_INSERT_BEFORE, // Insert before the reference pass.
274   PASS_POS_REPLACE        // Replace the reference pass.
277 struct register_pass_info
279   struct opt_pass *pass;            /* New pass provided by the plugin.  */
280   const char *reference_pass_name;  /* Name of the reference pass for hooking
281                                        up the new pass.  */
282   int ref_pass_instance_number;     /* Insert the pass at the specified
283                                        instance number of the reference pass.  */
284                                     /* Do it for every instance if it is 0.  */
285   enum pass_positioning_ops pos_op; /* how to insert the new pass.  */
289 /* Sample plugin code that registers a new pass.  */
291 plugin_init (struct plugin_name_args *plugin_info,
292              struct plugin_gcc_version *version)
294   struct register_pass_info pass_info;
296   ...
298   /* Code to fill in the pass_info object with new pass information.  */
300   ...
302   /* Register the new pass.  */
303   register_callback (plugin_info->base_name, PLUGIN_PASS_MANAGER_SETUP, NULL, &pass_info);
305   ...
307 @end smallexample
310 @node Plugins GC
311 @section Interacting with the GCC Garbage Collector
313 Some plugins may want to be informed when GGC (the GCC Garbage
314 Collector) is running. They can register callbacks for the
315 @code{PLUGIN_GGC_START} and @code{PLUGIN_GGC_END} events (for which
316 the callback is called with a null @code{gcc_data}) to be notified of
317 the start or end of the GCC garbage collection.
319 Some plugins may need to have GGC mark additional data. This can be
320 done by registering a callback (called with a null @code{gcc_data})
321 for the @code{PLUGIN_GGC_MARKING} event. Such callbacks can call the
322 @code{ggc_set_mark} routine, preferably through the @code{ggc_mark} macro
323 (and conversely, these routines should usually not be used in plugins
324 outside of the @code{PLUGIN_GGC_MARKING} event).
326 Some plugins may need to add extra GGC root tables, e.g. to handle their own
327 @code{GTY}-ed data. This can be done with the @code{PLUGIN_REGISTER_GGC_ROOTS}
328 pseudo-event with a null callback and the extra root table (of type @code{struct
329 ggc_root_tab*}) as @code{user_data}.  Plugins that want to use the
330 @code{if_marked} hash table option can add the extra GGC cache tables generated
331 by @code{gengtype} using the @code{PLUGIN_REGISTER_GGC_CACHES} pseudo-event with
332 a null callback and the extra cache table (of type @code{struct ggc_cache_tab*})
333 as @code{user_data}.  Running the @code{gengtype -p @var{source-dir}
334 @var{file-list} @var{plugin*.c} ...} utility generates these extra root tables.
336 You should understand the details of memory management inside GCC
337 before using @code{PLUGIN_GGC_MARKING}, @code{PLUGIN_REGISTER_GGC_ROOTS}
338 or @code{PLUGIN_REGISTER_GGC_CACHES}.
341 @node Plugins description
342 @section Giving information about a plugin
344 A plugin should give some information to the user about itself. This
345 uses the following structure:
347 @smallexample
348 struct plugin_info
350   const char *version;
351   const char *help;
353 @end smallexample
355 Such a structure is passed as the @code{user_data} by the plugin's
356 init routine using @code{register_callback} with the
357 @code{PLUGIN_INFO} pseudo-event and a null callback.
359 @node Plugins attr
360 @section Registering custom attributes or pragmas
362 For analysis (or other) purposes it is useful to be able to add custom
363 attributes or pragmas.
365 The @code{PLUGIN_ATTRIBUTES} callback is called during attribute
366 registration. Use the @code{register_attribute} function to register
367 custom attributes.
369 @smallexample
370 /* Attribute handler callback */
371 static tree
372 handle_user_attribute (tree *node, tree name, tree args,
373                        int flags, bool *no_add_attrs)
375   return NULL_TREE;
378 /* Attribute definition */
379 static struct attribute_spec user_attr =
380   @{ "user", 1, 1, false,  false, false, handle_user_attribute, false @};
382 /* Plugin callback called during attribute registration.
383 Registered with register_callback (plugin_name, PLUGIN_ATTRIBUTES, register_attributes, NULL)
385 static void
386 register_attributes (void *event_data, void *data)
388   warning (0, G_("Callback to register attributes"));
389   register_attribute (&user_attr);
392 @end smallexample
395 The @i{PLUGIN_PRAGMAS} callback is called once during pragmas
396 registration. Use the @code{c_register_pragma},
397 @code{c_register_pragma_with_data},
398 @code{c_register_pragma_with_expansion},
399 @code{c_register_pragma_with_expansion_and_data} functions to register
400 custom pragmas and their handlers (which often want to call
401 @code{pragma_lex}) from @file{c-family/c-pragma.h}.
403 @smallexample
404 /* Plugin callback called during pragmas registration. Registered with
405      register_callback (plugin_name, PLUGIN_PRAGMAS,
406                         register_my_pragma, NULL);
408 static void
409 register_my_pragma (void *event_data, void *data)
411   warning (0, G_("Callback to register pragmas"));
412   c_register_pragma ("GCCPLUGIN", "sayhello", handle_pragma_sayhello);
414 @end smallexample
416 It is suggested to pass @code{"GCCPLUGIN"} (or a short name identifying
417 your plugin) as the ``space'' argument of your pragma.
419 Pragmas registered with @code{c_register_pragma_with_expansion} or
420 @code{c_register_pragma_with_expansion_and_data} support
421 preprocessor expansions. For example:
423 @smallexample
424 #define NUMBER 10
425 #pragma GCCPLUGIN foothreshold (NUMBER)
426 @end smallexample
428 @node Plugins recording
429 @section Recording information about pass execution
431 The event PLUGIN_PASS_EXECUTION passes the pointer to the executed pass
432 (the same as current_pass) as @code{gcc_data} to the callback.  You can also
433 inspect cfun to find out about which function this pass is executed for.
434 Note that this event will only be invoked if the gate check (if
435 applicable, modified by PLUGIN_OVERRIDE_GATE) succeeds.
436 You can use other hooks, like @code{PLUGIN_ALL_PASSES_START},
437 @code{PLUGIN_ALL_PASSES_END}, @code{PLUGIN_ALL_IPA_PASSES_START},
438 @code{PLUGIN_ALL_IPA_PASSES_END}, @code{PLUGIN_EARLY_GIMPLE_PASSES_START},
439 and/or @code{PLUGIN_EARLY_GIMPLE_PASSES_END} to manipulate global state
440 in your plugin(s) in order to get context for the pass execution.
443 @node Plugins gate
444 @section Controlling which passes are being run
446 After the original gate function for a pass is called, its result
447 - the gate status - is stored as an integer.
448 Then the event @code{PLUGIN_OVERRIDE_GATE} is invoked, with a pointer
449 to the gate status in the @code{gcc_data} parameter to the callback function.
450 A nonzero value of the gate status means that the pass is to be executed.
451 You can both read and write the gate status via the passed pointer.
454 @node Plugins tracking
455 @section Keeping track of available passes
457 When your plugin is loaded, you can inspect the various
458 pass lists to determine what passes are available.  However, other
459 plugins might add new passes.  Also, future changes to GCC might cause
460 generic passes to be added after plugin loading.
461 When a pass is first added to one of the pass lists, the event
462 @code{PLUGIN_NEW_PASS} is invoked, with the callback parameter
463 @code{gcc_data} pointing to the new pass.
466 @node Plugins building
467 @section Building GCC plugins
469 If plugins are enabled, GCC installs the headers needed to build a
470 plugin (somewhere in the installation tree, e.g. under
471 @file{/usr/local}).  In particular a @file{plugin/include} directory
472 is installed, containing all the header files needed to build plugins.
474 On most systems, you can query this @code{plugin} directory by
475 invoking @command{gcc -print-file-name=plugin} (replace if needed
476 @command{gcc} with the appropriate program path).
478 Inside plugins, this @code{plugin} directory name can be queried by
479 calling @code{default_plugin_dir_name ()}.
481 Plugins may know, when they are compiled, the GCC version for which
482 @file{plugin-version.h} is provided.  The constant macros
483 @code{GCCPLUGIN_VERSION_MAJOR}, @code{GCCPLUGIN_VERSION_MINOR},
484 @code{GCCPLUGIN_VERSION_PATCHLEVEL}, @code{GCCPLUGIN_VERSION} are
485 integer numbers, so a plugin could ensure it is built for GCC 4.7 with 
486 @smallexample
487 #if GCCPLUGIN_VERSION != 4007
488 #error this GCC plugin is for GCC 4.7
489 #endif
490 @end smallexample
492 The following GNU Makefile excerpt shows how to build a simple plugin:
494 @smallexample
495 HOST_GCC=g++
496 TARGET_GCC=gcc
497 PLUGIN_SOURCE_FILES= plugin1.c plugin2.cc
498 GCCPLUGINS_DIR:= $(shell $(TARGET_GCC) -print-file-name=plugin)
499 CXXFLAGS+= -I$(GCCPLUGINS_DIR)/include -fPIC -fno-rtti -O2
501 plugin.so: $(PLUGIN_SOURCE_FILES)
502    $(HOST_GCC) -shared $(CXXFLAGS) $^ -o $@@
503 @end smallexample
505 A single source file plugin may be built with @code{g++ -I`gcc
506 -print-file-name=plugin`/include -fPIC -shared -fno-rtti -O2 plugin.c -o
507 plugin.so}, using backquote shell syntax to query the @file{plugin}
508 directory.
510 When a plugin needs to use @command{gengtype}, be sure that both
511 @file{gengtype} and @file{gtype.state} have the same version as the
512 GCC for which the plugin is built.