update
[tinycc.git] / tcc-doc.texi
blob3db2d80cf540f26590e6536d21c58f0f3296fe64
1 \input texinfo @c -*- texinfo -*-
2 @c %**start of header
3 @setfilename tcc-doc.info
4 @settitle Tiny C Compiler Reference Documentation
5 @c %**end of header
7 @include config.texi
9 @iftex
10 @titlepage
11 @afourpaper
12 @sp 7
13 @center @titlefont{Tiny C Compiler Reference Documentation}
14 @sp 3
15 @end titlepage
16 @headings double
17 @end iftex
19 @c @ifhtml
20 @contents
21 @c @end ifhtml
23 @ifnothtml
24 @node Top, Introduction, (dir), (dir)
25 @top Tiny C Compiler Reference Documentation
27 This manual documents version @value{VERSION} of the Tiny C Compiler.
29 @menu
30 * Introduction::                Introduction to tcc.
31 * Invoke::                      Invocation of tcc (command line, options).
32 * Bounds::                      Automatic bounds-checking of C code.
33 * Libtcc::                      The libtcc library.
34 @end menu
35 @end ifnothtml
37 @node Introduction
38 @chapter Introduction
40 TinyCC (aka TCC) is a small but hyper fast C compiler. Unlike other C
41 compilers, it is meant to be self-relying: you do not need an
42 external assembler or linker because TCC does that for you.
44 TCC compiles so @emph{fast} that even for big projects @code{Makefile}s may
45 not be necessary. 
47 TCC not only supports ANSI C, but also most of the new ISO C99
48 standard and many GNUC extensions including inline assembly.
50 TCC can also be used to make @emph{C scripts}, i.e. pieces of C source
51 that you run as a Perl or Python script. Compilation is so fast that
52 your script will be as fast as if it was an executable.
54 TCC can also automatically generate memory and bound checks
55 (@pxref{Bounds}) while allowing all C pointers operations. TCC can do
56 these checks even if non patched libraries are used.
58 With @code{libtcc}, you can use TCC as a backend for dynamic code
59 generation (@pxref{Libtcc}).
61 TCC mainly supports the i386 target. There are alpha ports for the ARM
62 (@code{arm-tcc}) and the TMS320C67xx targets (@code{c67-tcc}). More
63 information about the ARM port is available at
64 @url{http://lists.gnu.org/archive/html/tinycc-devel/2003-10/msg00044.html}.
66 @node Invoke
67 @chapter Command line invocation
69 [This manual documents version @value{VERSION} of the Tiny C Compiler]
71 @section Quick start
73 @example
74 @c man begin SYNOPSIS
75 usage: tcc [options] [@var{infile1} @var{infile2}@dots{}] [@option{-run} @var{infile} @var{args}@dots{}]
76 @c man end
77 @end example
79 @noindent
80 @c man begin DESCRIPTION
81 TCC options are a very much like gcc options. The main difference is that TCC
82 can also execute directly the resulting program and give it runtime
83 arguments.
85 Here are some examples to understand the logic:
87 @table @code
88 @item @samp{tcc -run a.c}
89 Compile @file{a.c} and execute it directly
91 @item @samp{tcc -run a.c arg1}
92 Compile a.c and execute it directly. arg1 is given as first argument to
93 the @code{main()} of a.c.
95 @item @samp{tcc a.c -run b.c arg1}
96 Compile @file{a.c} and @file{b.c}, link them together and execute them. arg1 is given
97 as first argument to the @code{main()} of the resulting program. Because
98 multiple C files are specified, @option{--} are necessary to clearly separate the
99 program arguments from the TCC options.
101 @item @samp{tcc -o myprog a.c b.c}
102 Compile @file{a.c} and @file{b.c}, link them and generate the executable @file{myprog}.
104 @item @samp{tcc -o myprog a.o b.o}
105 link @file{a.o} and @file{b.o} together and generate the executable @file{myprog}.
107 @item @samp{tcc -c a.c}
108 Compile @file{a.c} and generate object file @file{a.o}.
110 @item @samp{tcc -c asmfile.S}
111 Preprocess with C preprocess and assemble @file{asmfile.S} and generate
112 object file @file{asmfile.o}.
114 @item @samp{tcc -c asmfile.s}
115 Assemble (but not preprocess) @file{asmfile.s} and generate object file
116 @file{asmfile.o}.
118 @item @samp{tcc -r -o ab.o a.c b.c}
119 Compile @file{a.c} and @file{b.c}, link them together and generate the object file @file{ab.o}.
121 @end table
123 Scripting:
125 TCC can be invoked from @emph{scripts}, just as shell scripts. You just
126 need to add @code{#!/usr/local/bin/tcc -run} at the start of your C source:
128 @example
129 #!/usr/local/bin/tcc -run
130 #include <stdio.h>
132 int main() 
134     printf("Hello World\n");
135     return 0;
137 @end example
138 @c man end
140 @section Option summary
142 General Options:
144 @c man begin OPTIONS
145 @table @option
146 @item -v
147 Display current TCC version.
149 @item -c
150 Generate an object file (@option{-o} option must also be given).
152 @item -o outfile
153 Put object file, executable, or dll into output file @file{outfile}.
155 @item -Bdir
156 Set the path where the tcc internal libraries can be found (default is
157 @file{PREFIX/lib/tcc}).
159 @item -bench
160 Output compilation statistics.
162 @item -run source [args...]
164 Compile file @var{source} and run it with the command line arguments
165 @var{args}. In order to be able to give more than one argument to a
166 script, several TCC options can be given @emph{after} the
167 @option{-run} option, separated by spaces. Example:
169 @example
170 tcc "-run -L/usr/X11R6/lib -lX11" ex4.c
171 @end example
173 In a script, it gives the following header:
175 @example
176 #!/usr/local/bin/tcc -run -L/usr/X11R6/lib -lX11
177 #include <stdlib.h>
178 int main(int argc, char **argv)
180     ...
182 @end example
184 @end table
186 Preprocessor options:
188 @table @option
189 @item -Idir
190 Specify an additional include path. Include paths are searched in the
191 order they are specified.
193 System include paths are always searched after. The default system
194 include paths are: @file{/usr/local/include}, @file{/usr/include}
195 and @file{PREFIX/lib/tcc/include}. (@file{PREFIX} is usually
196 @file{/usr} or @file{/usr/local}).
198 @item -Dsym[=val]
199 Define preprocessor symbol @samp{sym} to
200 val. If val is not present, its value is @samp{1}. Function-like macros can
201 also be defined: @option{-DF(a)=a+1}
203 @item -Usym
204 Undefine preprocessor symbol @samp{sym}.
205 @end table
207 Compilation flags:
209 Note: each of the following warning options has a negative form beginning with
210 @option{-fno-}.
212 @table @option
213 @item -funsigned-char
214 Let the @code{char} type be unsigned.
216 @item -fsigned-char
217 Let the @code{char} type be signed.
219 @item -fno-common
220 Do not generate common symbols for uninitialized data.
222 @end table
224 Warning options:
226 @table @option
227 @item -w
228 Disable all warnings.
230 @end table
232 Note: each of the following warning options has a negative form beginning with
233 @option{-Wno-}.
235 @table @option
236 @item -Wimplicit-function-declaration
237 Warn about implicit function declaration.
239 @item -Wunsupported
240 Warn about unsupported GCC features that are ignored by TCC.
242 @item -Wwrite-strings
243 Make string constants be of type @code{const char *} instead of @code{char
246 @item -Werror
247 Abort compilation if warnings are issued.
249 @item -Wall 
250 Activate all warnings, except @option{-Werror}, @option{-Wunusupported} and
251 @option{-Wwrite-strings}.
253 @end table
255 Linker options:
257 @table @option
258 @item -Ldir
259 Specify an additional static library path for the @option{-l} option. The
260 default library paths are @file{/usr/local/lib}, @file{/usr/lib} and @file{/lib}.
262 @item -lxxx
263 Link your program with dynamic library libxxx.so or static library
264 libxxx.a. The library is searched in the paths specified by the
265 @option{-L} option.
267 @item -shared
268 Generate a shared library instead of an executable (@option{-o} option
269 must also be given).
271 @item -static
272 Generate a statically linked executable (default is a shared linked
273 executable) (@option{-o} option must also be given).
275 @item -rdynamic
276 Export global symbols to the dynamic linker. It is useful when a library
277 opened with @code{dlopen()} needs to access executable symbols.
279 @item -r
280 Generate an object file combining all input files (@option{-o} option must
281 also be given).
283 @item -Wl,-Ttext,address
284 Set the start of the .text section to @var{address}.
286 @item -Wl,--oformat,fmt
287 Use @var{fmt} as output format. The supported output formats are:
288 @table @code
289 @item elf32-i386
290 ELF output format (default)
291 @item binary
292 Binary image (only for executable output)
293 @item coff
294 COFF output format (only for executable output for TMS320C67xx target)
295 @end table
297 @end table
299 Debugger options:
301 @table @option
302 @item -g
303 Generate run time debug information so that you get clear run time
304 error messages: @code{ test.c:68: in function 'test5()': dereferencing
305 invalid pointer} instead of the laconic @code{Segmentation
306 fault}.
308 @item -b
309 Generate additional support code to check
310 memory allocations and array/pointer bounds. @option{-g} is implied. Note
311 that the generated code is slower and bigger in this case.
313 @item -bt N
314 Display N callers in stack traces. This is useful with @option{-g} or
315 @option{-b}.
317 @end table
319 Note: GCC options @option{-Ox}, @option{-fx} and @option{-mx} are
320 ignored.
321 @c man end
323 @ignore
325 @setfilename tcc
326 @settitle Tiny C Compiler
328 @c man begin SEEALSO
329 gcc(1)
330 @c man end
332 @c man begin AUTHOR
333 Fabrice Bellard
334 @c man end
336 @end ignore
338 @chapter C language support
340 @section ANSI C
342 TCC implements all the ANSI C standard, including structure bit fields
343 and floating point numbers (@code{long double}, @code{double}, and
344 @code{float} fully supported).
346 @section ISOC99 extensions
348 TCC implements many features of the new C standard: ISO C99. Currently
349 missing items are: complex and imaginary numbers and variable length
350 arrays.
352 Currently implemented ISOC99 features:
354 @itemize
356 @item 64 bit @code{long long} types are fully supported.
358 @item The boolean type @code{_Bool} is supported.
360 @item @code{__func__} is a string variable containing the current
361 function name.
363 @item Variadic macros: @code{__VA_ARGS__} can be used for
364    function-like macros:
365 @example
366     #define dprintf(level, __VA_ARGS__) printf(__VA_ARGS__)
367 @end example
369 @noindent
370 @code{dprintf} can then be used with a variable number of parameters.
372 @item Declarations can appear anywhere in a block (as in C++).
374 @item Array and struct/union elements can be initialized in any order by
375   using designators:
376 @example
377     struct @{ int x, y; @} st[10] = @{ [0].x = 1, [0].y = 2 @};
379     int tab[10] = @{ 1, 2, [5] = 5, [9] = 9@};
380 @end example
381     
382 @item Compound initializers are supported:
383 @example
384     int *p = (int [])@{ 1, 2, 3 @};
385 @end example
386 to initialize a pointer pointing to an initialized array. The same
387 works for structures and strings.
389 @item Hexadecimal floating point constants are supported:
390 @example
391           double d = 0x1234p10;
392 @end example
394 @noindent
395 is the same as writing 
396 @example
397           double d = 4771840.0;
398 @end example
400 @item @code{inline} keyword is ignored.
402 @item @code{restrict} keyword is ignored.
403 @end itemize
405 @section GNU C extensions
407 TCC implements some GNU C extensions:
409 @itemize
411 @item array designators can be used without '=': 
412 @example
413     int a[10] = @{ [0] 1, [5] 2, 3, 4 @};
414 @end example
416 @item Structure field designators can be a label: 
417 @example
418     struct @{ int x, y; @} st = @{ x: 1, y: 1@};
419 @end example
420 instead of
421 @example
422     struct @{ int x, y; @} st = @{ .x = 1, .y = 1@};
423 @end example
425 @item @code{\e} is ASCII character 27.
427 @item case ranges : ranges can be used in @code{case}s:
428 @example
429     switch(a) @{
430     case 1 @dots{} 9:
431           printf("range 1 to 9\n");
432           break;
433     default:
434           printf("unexpected\n");
435           break;
436     @}
437 @end example
439 @item The keyword @code{__attribute__} is handled to specify variable or
440 function attributes. The following attributes are supported:
441   @itemize
442   @item @code{aligned(n)}: align data to n bytes (must be a power of two).
444   @item @code{section(name)}: generate function or data in assembly
445   section name (name is a string containing the section name) instead
446   of the default section.
448   @item @code{unused}: specify that the variable or the function is unused.
450   @item @code{cdecl}: use standard C calling convention.
452   @item @code{stdcall}: use Pascal-like calling convention.
454   @end itemize
456 Here are some examples:
457 @example
458     int a __attribute__ ((aligned(8), section(".mysection")));
459 @end example
461 @noindent
462 align variable @code{a} to 8 bytes and put it in section @code{.mysection}.
464 @example
465     int my_add(int a, int b) __attribute__ ((section(".mycodesection"))) 
466     @{
467         return a + b;
468     @}
469 @end example
471 @noindent
472 generate function @code{my_add} in section @code{.mycodesection}.
474 @item GNU style variadic macros:
475 @example
476     #define dprintf(fmt, args@dots{}) printf(fmt, ## args)
478     dprintf("no arg\n");
479     dprintf("one arg %d\n", 1);
480 @end example
482 @item @code{__FUNCTION__} is interpreted as C99 @code{__func__} 
483 (so it has not exactly the same semantics as string literal GNUC
484 where it is a string literal).
486 @item The @code{__alignof__} keyword can be used as @code{sizeof} 
487 to get the alignment of a type or an expression.
489 @item The @code{typeof(x)} returns the type of @code{x}. 
490 @code{x} is an expression or a type.
492 @item Computed gotos: @code{&&label} returns a pointer of type 
493 @code{void *} on the goto label @code{label}. @code{goto *expr} can be
494 used to jump on the pointer resulting from @code{expr}.
496 @item Inline assembly with asm instruction:
497 @cindex inline assembly
498 @cindex assembly, inline
499 @cindex __asm__
500 @example
501 static inline void * my_memcpy(void * to, const void * from, size_t n)
503 int d0, d1, d2;
504 __asm__ __volatile__(
505         "rep ; movsl\n\t"
506         "testb $2,%b4\n\t"
507         "je 1f\n\t"
508         "movsw\n"
509         "1:\ttestb $1,%b4\n\t"
510         "je 2f\n\t"
511         "movsb\n"
512         "2:"
513         : "=&c" (d0), "=&D" (d1), "=&S" (d2)
514         :"0" (n/4), "q" (n),"1" ((long) to),"2" ((long) from)
515         : "memory");
516 return (to);
518 @end example
520 @noindent
521 @cindex gas
522 TCC includes its own x86 inline assembler with a @code{gas}-like (GNU
523 assembler) syntax. No intermediate files are generated. GCC 3.x named
524 operands are supported.
526 @item @code{__builtin_types_compatible_p()} and @code{__builtin_constant_p()} 
527 are supported.
529 @end itemize
531 @section TinyCC extensions
533 @itemize
535 @item @code{__TINYC__} is a predefined macro to @code{1} to
536 indicate that you use TCC.
538 @item @code{#!} at the start of a line is ignored to allow scripting.
540 @item Binary digits can be entered (@code{0b101} instead of
541 @code{5}).
543 @item @code{__BOUNDS_CHECKING_ON} is defined if bound checking is activated.
545 @end itemize
547 @chapter TinyCC Assembler
549 Since version 0.9.16, TinyCC integrates its own assembler. TinyCC
550 assembler supports a gas-like syntax (GNU assembler). You can
551 desactivate assembler support if you want a smaller TinyCC executable
552 (the C compiler does not rely on the assembler).
554 TinyCC Assembler is used to handle files with @file{.S} (C
555 preprocessed assembler) and @file{.s} extensions. It is also used to
556 handle the GNU inline assembler with the @code{asm} keyword.
558 @section Syntax
560 TinyCC Assembler supports most of the gas syntax. The tokens are the
561 same as C.
563 @itemize
565 @item C and C++ comments are supported.
567 @item Identifiers are the same as C, so you cannot use '.' or '$'.
569 @item Only 32 bit integer numbers are supported.
571 @end itemize
573 @section Expressions
575 @itemize
577 @item Integers in decimal, octal and hexa are supported.
579 @item Unary operators: +, -, ~.
581 @item Binary operators in decreasing priority order:
583 @enumerate
584 @item *, /, %
585 @item &, |, ^
586 @item +, -
587 @end enumerate
589 @item A value is either an absolute number or a label plus an offset. 
590 All operators accept absolute values except '+' and '-'. '+' or '-' can be
591 used to add an offset to a label. '-' supports two labels only if they
592 are the same or if they are both defined and in the same section.
594 @end itemize
596 @section Labels
598 @itemize
600 @item All labels are considered as local, except undefined ones.
602 @item Numeric labels can be used as local @code{gas}-like labels. 
603 They can be defined several times in the same source. Use 'b'
604 (backward) or 'f' (forward) as suffix to reference them:
606 @example
607  1:
608       jmp 1b /* jump to '1' label before */
609       jmp 1f /* jump to '1' label after */
610  1:
611 @end example
613 @end itemize
615 @section Directives
616 @cindex assembler directives
617 @cindex directives, assembler
618 @cindex .align
619 @cindex .skip
620 @cindex .space
621 @cindex .byte
622 @cindex .word
623 @cindex .short
624 @cindex .int
625 @cindex .long
626 @cindex .string
627 @cindex .globl
628 @cindex .global
629 @cindex .section
630 @cindex .text
631 @cindex .data
632 @cindex .bss
634 All directives are preceeded by a '.'. The following directives are
635 supported:
637 @itemize
638 @item .align n[,value]
639 @item .skip n[,value]
640 @item .space n[,value]
641 @item .byte value1[,value2...]
642 @item .word value1[,value2...]
643 @item .short value1[,value2...]
644 @item .int value1[,value2...]
645 @item .long value1[,value2...]
646 @item .string string
647 @item .globl symbol
648 @item .global symbol
649 @item .section section
650 @item .text
651 @item .data
652 @item .bss
653 @item .fill repeat[,size[,value]]
654 @item .org n
655 @item .previous
656 @item .string string[,...]
657 @item .asciz string[,...]
658 @item .ascii string[,...]
659 @end itemize
661 @section X86 Assembler
662 @cindex assembler
664 All X86 opcodes are supported. Only ATT syntax is supported (source
665 then destination operand order). If no size suffix is given, TinyCC
666 tries to guess it from the operand sizes.
668 Currently, MMX opcodes are supported but not SSE ones.
670 @chapter TinyCC Linker
671 @cindex linker
673 @section ELF file generation
674 @cindex ELF
676 TCC can directly output relocatable ELF files (object files),
677 executable ELF files and dynamic ELF libraries without relying on an
678 external linker.
680 Dynamic ELF libraries can be output but the C compiler does not generate
681 position independent code (PIC). It means that the dynamic library
682 code generated by TCC cannot be factorized among processes yet.
684 TCC linker eliminates unreferenced object code in libraries. A single pass is
685 done on the object and library list, so the order in which object files and
686 libraries are specified is important (same constraint as GNU ld). No grouping
687 options (@option{--start-group} and @option{--end-group}) are supported.
689 @section ELF file loader
691 TCC can load ELF object files, archives (.a files) and dynamic
692 libraries (.so).
694 @section GNU Linker Scripts
695 @cindex scripts, linker
696 @cindex linker scripts
697 @cindex GROUP, linker command
698 @cindex FILE, linker command
699 @cindex OUTPUT_FORMAT, linker command
700 @cindex TARGET, linker command
702 Because on many Linux systems some dynamic libraries (such as
703 @file{/usr/lib/libc.so}) are in fact GNU ld link scripts (horrible!),
704 the TCC linker also supports a subset of GNU ld scripts.
706 The @code{GROUP} and @code{FILE} commands are supported. @code{OUTPUT_FORMAT}
707 and @code{TARGET} are ignored.
709 Example from @file{/usr/lib/libc.so}:
710 @example
711 /* GNU ld script
712    Use the shared library, but some functions are only in
713    the static library, so try that secondarily.  */
714 GROUP ( /lib/libc.so.6 /usr/lib/libc_nonshared.a )
715 @end example
717 @node Bounds
718 @chapter TinyCC Memory and Bound checks
719 @cindex bound checks
720 @cindex memory checks
722 This feature is activated with the @option{-b} (@pxref{Invoke}).
724 Note that pointer size is @emph{unchanged} and that code generated
725 with bound checks is @emph{fully compatible} with unchecked
726 code. When a pointer comes from unchecked code, it is assumed to be
727 valid. Even very obscure C code with casts should work correctly.
729 For more information about the ideas behind this method, see
730 @url{http://www.doc.ic.ac.uk/~phjk/BoundsChecking.html}.
732 Here are some examples of caught errors:
734 @table @asis
736 @item Invalid range with standard string function:
737 @example
739     char tab[10];
740     memset(tab, 0, 11);
742 @end example
744 @item Out of bounds-error in global or local arrays:
745 @example
747     int tab[10];
748     for(i=0;i<11;i++) @{
749         sum += tab[i];
750     @}
752 @end example
754 @item Out of bounds-error in malloc'ed data:
755 @example
757     int *tab;
758     tab = malloc(20 * sizeof(int));
759     for(i=0;i<21;i++) @{
760         sum += tab4[i];
761     @}
762     free(tab);
764 @end example
766 @item Access of freed memory:
767 @example
769     int *tab;
770     tab = malloc(20 * sizeof(int));
771     free(tab);
772     for(i=0;i<20;i++) @{
773         sum += tab4[i];
774     @}
776 @end example
778 @item Double free:
779 @example
781     int *tab;
782     tab = malloc(20 * sizeof(int));
783     free(tab);
784     free(tab);
786 @end example
788 @end table
790 @node Libtcc
791 @chapter The @code{libtcc} library
793 The @code{libtcc} library enables you to use TCC as a backend for
794 dynamic code generation. 
796 Read the @file{libtcc.h} to have an overview of the API. Read
797 @file{libtcc_test.c} to have a very simple example.
799 The idea consists in giving a C string containing the program you want
800 to compile directly to @code{libtcc}. Then you can access to any global
801 symbol (function or variable) defined.
803 @chapter Developer's guide
805 This chapter gives some hints to understand how TCC works. You can skip
806 it if you do not intend to modify the TCC code.
808 @section File reading
810 The @code{BufferedFile} structure contains the context needed to read a
811 file, including the current line number. @code{tcc_open()} opens a new
812 file and @code{tcc_close()} closes it. @code{inp()} returns the next
813 character.
815 @section Lexer
817 @code{next()} reads the next token in the current
818 file. @code{next_nomacro()} reads the next token without macro
819 expansion.
821 @code{tok} contains the current token (see @code{TOK_xxx})
822 constants. Identifiers and keywords are also keywords. @code{tokc}
823 contains additional infos about the token (for example a constant value
824 if number or string token).
826 @section Parser
828 The parser is hardcoded (yacc is not necessary). It does only one pass,
829 except:
831 @itemize
833 @item For initialized arrays with unknown size, a first pass 
834 is done to count the number of elements.
836 @item For architectures where arguments are evaluated in 
837 reverse order, a first pass is done to reverse the argument order.
839 @end itemize
841 @section Types
843 The types are stored in a single 'int' variable. It was choosen in the
844 first stages of development when tcc was much simpler. Now, it may not
845 be the best solution.
847 @example
848 #define VT_INT        0  /* integer type */
849 #define VT_BYTE       1  /* signed byte type */
850 #define VT_SHORT      2  /* short type */
851 #define VT_VOID       3  /* void type */
852 #define VT_PTR        4  /* pointer */
853 #define VT_ENUM       5  /* enum definition */
854 #define VT_FUNC       6  /* function type */
855 #define VT_STRUCT     7  /* struct/union definition */
856 #define VT_FLOAT      8  /* IEEE float */
857 #define VT_DOUBLE     9  /* IEEE double */
858 #define VT_LDOUBLE   10  /* IEEE long double */
859 #define VT_BOOL      11  /* ISOC99 boolean type */
860 #define VT_LLONG     12  /* 64 bit integer */
861 #define VT_LONG      13  /* long integer (NEVER USED as type, only
862                             during parsing) */
863 #define VT_BTYPE      0x000f /* mask for basic type */
864 #define VT_UNSIGNED   0x0010  /* unsigned type */
865 #define VT_ARRAY      0x0020  /* array type (also has VT_PTR) */
866 #define VT_BITFIELD   0x0040  /* bitfield modifier */
868 #define VT_STRUCT_SHIFT 16   /* structure/enum name shift (16 bits left) */
869 @end example
871 When a reference to another type is needed (for pointers, functions and
872 structures), the @code{32 - VT_STRUCT_SHIFT} high order bits are used to
873 store an identifier reference.
875 The @code{VT_UNSIGNED} flag can be set for chars, shorts, ints and long
876 longs.
878 Arrays are considered as pointers @code{VT_PTR} with the flag
879 @code{VT_ARRAY} set.
881 The @code{VT_BITFIELD} flag can be set for chars, shorts, ints and long
882 longs. If it is set, then the bitfield position is stored from bits
883 VT_STRUCT_SHIFT to VT_STRUCT_SHIFT + 5 and the bit field size is stored
884 from bits VT_STRUCT_SHIFT + 6 to VT_STRUCT_SHIFT + 11.
886 @code{VT_LONG} is never used except during parsing.
888 During parsing, the storage of an object is also stored in the type
889 integer:
891 @example
892 #define VT_EXTERN  0x00000080  /* extern definition */
893 #define VT_STATIC  0x00000100  /* static variable */
894 #define VT_TYPEDEF 0x00000200  /* typedef definition */
895 @end example
897 @section Symbols
899 All symbols are stored in hashed symbol stacks. Each symbol stack
900 contains @code{Sym} structures.
902 @code{Sym.v} contains the symbol name (remember
903 an idenfier is also a token, so a string is never necessary to store
904 it). @code{Sym.t} gives the type of the symbol. @code{Sym.r} is usually
905 the register in which the corresponding variable is stored. @code{Sym.c} is
906 usually a constant associated to the symbol.
908 Four main symbol stacks are defined:
910 @table @code
912 @item define_stack
913 for the macros (@code{#define}s).
915 @item global_stack
916 for the global variables, functions and types.
918 @item local_stack
919 for the local variables, functions and types.
921 @item global_label_stack
922 for the local labels (for @code{goto}).
924 @item label_stack
925 for GCC block local labels (see the @code{__label__} keyword).
927 @end table
929 @code{sym_push()} is used to add a new symbol in the local symbol
930 stack. If no local symbol stack is active, it is added in the global
931 symbol stack.
933 @code{sym_pop(st,b)} pops symbols from the symbol stack @var{st} until
934 the symbol @var{b} is on the top of stack. If @var{b} is NULL, the stack
935 is emptied.
937 @code{sym_find(v)} return the symbol associated to the identifier
938 @var{v}. The local stack is searched first from top to bottom, then the
939 global stack.
941 @section Sections
943 The generated code and datas are written in sections. The structure
944 @code{Section} contains all the necessary information for a given
945 section. @code{new_section()} creates a new section. ELF file semantics
946 is assumed for each section.
948 The following sections are predefined:
950 @table @code
952 @item text_section
953 is the section containing the generated code. @var{ind} contains the
954 current position in the code section.
956 @item data_section
957 contains initialized data
959 @item bss_section
960 contains uninitialized data
962 @item bounds_section
963 @itemx lbounds_section
964 are used when bound checking is activated
966 @item stab_section
967 @itemx stabstr_section
968 are used when debugging is actived to store debug information
970 @item symtab_section
971 @itemx strtab_section
972 contain the exported symbols (currently only used for debugging).
974 @end table
976 @section Code generation
977 @cindex code generation
979 @subsection Introduction
981 The TCC code generator directly generates linked binary code in one
982 pass. It is rather unusual these days (see gcc for example which
983 generates text assembly), but it can be very fast and surprisingly
984 little complicated.
986 The TCC code generator is register based. Optimization is only done at
987 the expression level. No intermediate representation of expression is
988 kept except the current values stored in the @emph{value stack}.
990 On x86, three temporary registers are used. When more registers are
991 needed, one register is spilled into a new temporary variable on the stack.
993 @subsection The value stack
994 @cindex value stack, introduction
996 When an expression is parsed, its value is pushed on the value stack
997 (@var{vstack}). The top of the value stack is @var{vtop}. Each value
998 stack entry is the structure @code{SValue}.
1000 @code{SValue.t} is the type. @code{SValue.r} indicates how the value is
1001 currently stored in the generated code. It is usually a CPU register
1002 index (@code{REG_xxx} constants), but additional values and flags are
1003 defined:
1005 @example
1006 #define VT_CONST     0x00f0
1007 #define VT_LLOCAL    0x00f1
1008 #define VT_LOCAL     0x00f2
1009 #define VT_CMP       0x00f3
1010 #define VT_JMP       0x00f4
1011 #define VT_JMPI      0x00f5
1012 #define VT_LVAL      0x0100
1013 #define VT_SYM       0x0200
1014 #define VT_MUSTCAST  0x0400
1015 #define VT_MUSTBOUND 0x0800
1016 #define VT_BOUNDED   0x8000
1017 #define VT_LVAL_BYTE     0x1000
1018 #define VT_LVAL_SHORT    0x2000
1019 #define VT_LVAL_UNSIGNED 0x4000
1020 #define VT_LVAL_TYPE     (VT_LVAL_BYTE | VT_LVAL_SHORT | VT_LVAL_UNSIGNED)
1021 @end example
1023 @table @code
1025 @item VT_CONST
1026 indicates that the value is a constant. It is stored in the union
1027 @code{SValue.c}, depending on its type.
1029 @item VT_LOCAL
1030 indicates a local variable pointer at offset @code{SValue.c.i} in the
1031 stack.
1033 @item VT_CMP
1034 indicates that the value is actually stored in the CPU flags (i.e. the
1035 value is the consequence of a test). The value is either 0 or 1. The
1036 actual CPU flags used is indicated in @code{SValue.c.i}. 
1038 If any code is generated which destroys the CPU flags, this value MUST be
1039 put in a normal register.
1041 @item VT_JMP
1042 @itemx VT_JMPI
1043 indicates that the value is the consequence of a conditional jump. For VT_JMP,
1044 it is 1 if the jump is taken, 0 otherwise. For VT_JMPI it is inverted.
1046 These values are used to compile the @code{||} and @code{&&} logical
1047 operators.
1049 If any code is generated, this value MUST be put in a normal
1050 register. Otherwise, the generated code won't be executed if the jump is
1051 taken.
1053 @item VT_LVAL
1054 is a flag indicating that the value is actually an lvalue (left value of
1055 an assignment). It means that the value stored is actually a pointer to
1056 the wanted value. 
1058 Understanding the use @code{VT_LVAL} is very important if you want to
1059 understand how TCC works.
1061 @item VT_LVAL_BYTE
1062 @itemx VT_LVAL_SHORT
1063 @itemx VT_LVAL_UNSIGNED
1064 if the lvalue has an integer type, then these flags give its real
1065 type. The type alone is not enough in case of cast optimisations.
1067 @item VT_LLOCAL
1068 is a saved lvalue on the stack. @code{VT_LLOCAL} should be eliminated
1069 ASAP because its semantics are rather complicated.
1071 @item VT_MUSTCAST
1072 indicates that a cast to the value type must be performed if the value
1073 is used (lazy casting).
1075 @item VT_SYM
1076 indicates that the symbol @code{SValue.sym} must be added to the constant.
1078 @item VT_MUSTBOUND
1079 @itemx VT_BOUNDED
1080 are only used for optional bound checking.
1082 @end table
1084 @subsection Manipulating the value stack
1085 @cindex value stack
1087 @code{vsetc()} and @code{vset()} pushes a new value on the value
1088 stack. If the previous @var{vtop} was stored in a very unsafe place(for
1089 example in the CPU flags), then some code is generated to put the
1090 previous @var{vtop} in a safe storage.
1092 @code{vpop()} pops @var{vtop}. In some cases, it also generates cleanup
1093 code (for example if stacked floating point registers are used as on
1094 x86).
1096 The @code{gv(rc)} function generates code to evaluate @var{vtop} (the
1097 top value of the stack) into registers. @var{rc} selects in which
1098 register class the value should be put. @code{gv()} is the @emph{most
1099 important function} of the code generator.
1101 @code{gv2()} is the same as @code{gv()} but for the top two stack
1102 entries.
1104 @subsection CPU dependent code generation
1105 @cindex CPU dependent
1106 See the @file{i386-gen.c} file to have an example.
1108 @table @code
1110 @item load()
1111 must generate the code needed to load a stack value into a register.
1113 @item store()
1114 must generate the code needed to store a register into a stack value
1115 lvalue.
1117 @item gfunc_start()
1118 @itemx gfunc_param()
1119 @itemx gfunc_call()
1120 should generate a function call
1122 @item gfunc_prolog()
1123 @itemx gfunc_epilog()
1124 should generate a function prolog/epilog.
1126 @item gen_opi(op)
1127 must generate the binary integer operation @var{op} on the two top
1128 entries of the stack which are guaranted to contain integer types.
1130 The result value should be put on the stack.
1132 @item gen_opf(op)
1133 same as @code{gen_opi()} for floating point operations. The two top
1134 entries of the stack are guaranted to contain floating point values of
1135 same types.
1137 @item gen_cvt_itof()
1138 integer to floating point conversion.
1140 @item gen_cvt_ftoi()
1141 floating point to integer conversion.
1143 @item gen_cvt_ftof()
1144 floating point to floating point of different size conversion.
1146 @item gen_bounded_ptr_add()
1147 @item gen_bounded_ptr_deref()
1148 are only used for bounds checking.
1150 @end table
1152 @section Optimizations done
1153 @cindex optimizations
1154 @cindex constant propagation
1155 @cindex strength reduction
1156 @cindex comparison operators
1157 @cindex caching processor flags
1158 @cindex flags, caching
1159 @cindex jump optimization
1160 Constant propagation is done for all operations. Multiplications and
1161 divisions are optimized to shifts when appropriate. Comparison
1162 operators are optimized by maintaining a special cache for the
1163 processor flags. &&, || and ! are optimized by maintaining a special
1164 'jump target' value. No other jump optimization is currently performed
1165 because it would require to store the code in a more abstract fashion.
1167 @unnumbered Concept Index
1168 @printindex cp
1170 @bye
1172 @c Local variables:
1173 @c fill-column: 78
1174 @c texinfo-column-for-description: 32
1175 @c End: