added -w option
[tinycc.git] / tcc-doc.texi
blobdf36984ca74a6848e6e25c1f5d113b4563d33e8d
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 @node Invoke
62 @chapter Command line invocation
64 [This manual documents version @value{VERSION} of the Tiny C Compiler]
66 @section Quick start
68 @example
69 @c man begin SYNOPSIS
70 usage: tcc [options] [@var{infile1} @var{infile2}@dots{}] [@option{-run} @var{infile} @var{args}@dots{}]
71 @c man end
72 @end example
74 @noindent
75 @c man begin DESCRIPTION
76 TCC options are a very much like gcc options. The main difference is that TCC
77 can also execute directly the resulting program and give it runtime
78 arguments.
80 Here are some examples to understand the logic:
82 @table @code
83 @item @samp{tcc -run a.c}
84 Compile @file{a.c} and execute it directly
86 @item @samp{tcc -run a.c arg1}
87 Compile a.c and execute it directly. arg1 is given as first argument to
88 the @code{main()} of a.c.
90 @item @samp{tcc a.c -run b.c arg1}
91 Compile @file{a.c} and @file{b.c}, link them together and execute them. arg1 is given
92 as first argument to the @code{main()} of the resulting program. Because
93 multiple C files are specified, @option{--} are necessary to clearly separate the
94 program arguments from the TCC options.
96 @item @samp{tcc -o myprog a.c b.c}
97 Compile @file{a.c} and @file{b.c}, link them and generate the executable @file{myprog}.
99 @item @samp{tcc -o myprog a.o b.o}
100 link @file{a.o} and @file{b.o} together and generate the executable @file{myprog}.
102 @item @samp{tcc -c a.c}
103 Compile @file{a.c} and generate object file @file{a.o}.
105 @item @samp{tcc -c asmfile.S}
106 Preprocess with C preprocess and assemble @file{asmfile.S} and generate
107 object file @file{asmfile.o}.
109 @item @samp{tcc -c asmfile.s}
110 Assemble (but not preprocess) @file{asmfile.s} and generate object file
111 @file{asmfile.o}.
113 @item @samp{tcc -r -o ab.o a.c b.c}
114 Compile @file{a.c} and @file{b.c}, link them together and generate the object file @file{ab.o}.
116 @end table
118 Scripting:
120 TCC can be invoked from @emph{scripts}, just as shell scripts. You just
121 need to add @code{#!/usr/local/bin/tcc -run} at the start of your C source:
123 @example
124 #!/usr/local/bin/tcc -run
125 #include <stdio.h>
127 int main() 
129     printf("Hello World\n");
130     return 0;
132 @end example
133 @c man end
135 @section Option summary
137 General Options:
139 @c man begin OPTIONS
140 @table @option
141 @item -v
142 Display current TCC version.
144 @item -c
145 Generate an object file (@option{-o} option must also be given).
147 @item -o outfile
148 Put object file, executable, or dll into output file @file{outfile}.
150 @item -Bdir
151 Set the path where the tcc internal libraries can be found (default is
152 @file{PREFIX/lib/tcc}).
154 @item -bench
155 Output compilation statistics.
157 @item -run
158 Run compiled source.
159 @end table
161 Preprocessor options:
163 @table @option
164 @item -Idir
165 Specify an additional include path. Include paths are searched in the
166 order they are specified.
168 System include paths are always searched after. The default system
169 include paths are: @file{/usr/local/include}, @file{/usr/include}
170 and @file{PREFIX/lib/tcc/include}. (@file{PREFIX} is usually
171 @file{/usr} or @file{/usr/local}).
173 @item -Dsym[=val]
174 Define preprocessor symbol @samp{sym} to
175 val. If val is not present, its value is @samp{1}. Function-like macros can
176 also be defined: @option{-DF(a)=a+1}
178 @item -Usym
179 Undefine preprocessor symbol @samp{sym}.
180 @end table
182 Warning options:
184 Note: each warning option has a negative form beginning with @option{-Wno-}.
186 @table @option
187 @item -Wunsupported
188 Warn about unsupported GCC features that are ignored by TCC.
190 @item -Wwrite-strings
191 Make string constants being of type @code{const char *} intead of @code{char
194 @item -Werror
195 Abort compilation if warnings are issued.
197 @item -Wall 
198 Activate all warnings, except @option{-Werror}, @option{-Wunusupported} and
199 @option{-Wwrite-strings} (currently not useful).
201 @end table
203 Linker options:
205 @table @option
206 @item -Ldir
207 Specify an additional static library path for the @option{-l} option. The
208 default library paths are @file{/usr/local/lib}, @file{/usr/lib} and @file{/lib}.
210 @item -lxxx
211 Link your program with dynamic library libxxx.so or static library
212 libxxx.a. The library is searched in the paths specified by the
213 @option{-L} option.
215 @item -shared
216 Generate a shared library instead of an executable (@option{-o} option
217 must also be given).
219 @item -static
220 Generate a statically linked executable (default is a shared linked
221 executable) (@option{-o} option must also be given).
223 @item -rdynamic
224 Export global symbols to the dynamic linker. It is useful when a library
225 opened with @code{dlopen()} needs to access executable symbols.
227 @item -r
228 Generate an object file combining all input files (@option{-o} option must
229 also be given).
231 @end table
233 Debugger options:
235 @table @option
236 @item -g
237 Generate run time debug information so that you get clear run time
238 error messages: @code{ test.c:68: in function 'test5()': dereferencing
239 invalid pointer} instead of the laconic @code{Segmentation
240 fault}.
242 @item -b
243 Generate additional support code to check
244 memory allocations and array/pointer bounds. @option{-g} is implied. Note
245 that the generated code is slower and bigger in this case.
247 @item -bt N
248 Display N callers in stack traces. This is useful with @option{-g} or
249 @option{-b}.
251 @end table
253 Note: GCC options @option{-Ox}, @option{-fx} and @option{-mx} are
254 ignored.
255 @c man end
257 @ignore
259 @setfilename tcc
260 @settitle Tiny C Compiler
262 @c man begin SEEALSO
263 gcc(1)
264 @c man end
266 @c man begin AUTHOR
267 Fabrice Bellard
268 @c man end
270 @end ignore
272 @chapter C language support
274 @section ANSI C
276 TCC implements all the ANSI C standard, including structure bit fields
277 and floating point numbers (@code{long double}, @code{double}, and
278 @code{float} fully supported).
280 @section ISOC99 extensions
282 TCC implements many features of the new C standard: ISO C99. Currently
283 missing items are: complex and imaginary numbers and variable length
284 arrays.
286 Currently implemented ISOC99 features:
288 @itemize
290 @item 64 bit @code{long long} types are fully supported.
292 @item The boolean type @code{_Bool} is supported.
294 @item @code{__func__} is a string variable containing the current
295 function name.
297 @item Variadic macros: @code{__VA_ARGS__} can be used for
298    function-like macros:
299 @example
300     #define dprintf(level, __VA_ARGS__) printf(__VA_ARGS__)
301 @end example
303 @noindent
304 @code{dprintf} can then be used with a variable number of parameters.
306 @item Declarations can appear anywhere in a block (as in C++).
308 @item Array and struct/union elements can be initialized in any order by
309   using designators:
310 @example
311     struct @{ int x, y; @} st[10] = @{ [0].x = 1, [0].y = 2 @};
313     int tab[10] = @{ 1, 2, [5] = 5, [9] = 9@};
314 @end example
315     
316 @item Compound initializers are supported:
317 @example
318     int *p = (int [])@{ 1, 2, 3 @};
319 @end example
320 to initialize a pointer pointing to an initialized array. The same
321 works for structures and strings.
323 @item Hexadecimal floating point constants are supported:
324 @example
325           double d = 0x1234p10;
326 @end example
328 @noindent
329 is the same as writing 
330 @example
331           double d = 4771840.0;
332 @end example
334 @item @code{inline} keyword is ignored.
336 @item @code{restrict} keyword is ignored.
337 @end itemize
339 @section GNU C extensions
341 TCC implements some GNU C extensions:
343 @itemize
345 @item array designators can be used without '=': 
346 @example
347     int a[10] = @{ [0] 1, [5] 2, 3, 4 @};
348 @end example
350 @item Structure field designators can be a label: 
351 @example
352     struct @{ int x, y; @} st = @{ x: 1, y: 1@};
353 @end example
354 instead of
355 @example
356     struct @{ int x, y; @} st = @{ .x = 1, .y = 1@};
357 @end example
359 @item @code{\e} is ASCII character 27.
361 @item case ranges : ranges can be used in @code{case}s:
362 @example
363     switch(a) @{
364     case 1 @dots{} 9:
365           printf("range 1 to 9\n");
366           break;
367     default:
368           printf("unexpected\n");
369           break;
370     @}
371 @end example
373 @item The keyword @code{__attribute__} is handled to specify variable or
374 function attributes. The following attributes are supported:
375   @itemize
376   @item @code{aligned(n)}: align data to n bytes (must be a power of two).
378   @item @code{section(name)}: generate function or data in assembly
379   section name (name is a string containing the section name) instead
380   of the default section.
382   @item @code{unused}: specify that the variable or the function is unused.
384   @item @code{cdecl}: use standard C calling convention.
386   @item @code{stdcall}: use Pascal-like calling convention.
388   @end itemize
390 Here are some examples:
391 @example
392     int a __attribute__ ((aligned(8), section(".mysection")));
393 @end example
395 @noindent
396 align variable @code{a} to 8 bytes and put it in section @code{.mysection}.
398 @example
399     int my_add(int a, int b) __attribute__ ((section(".mycodesection"))) 
400     @{
401         return a + b;
402     @}
403 @end example
405 @noindent
406 generate function @code{my_add} in section @code{.mycodesection}.
408 @item GNU style variadic macros:
409 @example
410     #define dprintf(fmt, args@dots{}) printf(fmt, ## args)
412     dprintf("no arg\n");
413     dprintf("one arg %d\n", 1);
414 @end example
416 @item @code{__FUNCTION__} is interpreted as C99 @code{__func__} 
417 (so it has not exactly the same semantics as string literal GNUC
418 where it is a string literal).
420 @item The @code{__alignof__} keyword can be used as @code{sizeof} 
421 to get the alignment of a type or an expression.
423 @item The @code{typeof(x)} returns the type of @code{x}. 
424 @code{x} is an expression or a type.
426 @item Computed gotos: @code{&&label} returns a pointer of type 
427 @code{void *} on the goto label @code{label}. @code{goto *expr} can be
428 used to jump on the pointer resulting from @code{expr}.
430 @item Inline assembly with asm instruction:
431 @cindex inline assembly
432 @cindex assembly, inline
433 @cindex __asm__
434 @example
435 static inline void * my_memcpy(void * to, const void * from, size_t n)
437 int d0, d1, d2;
438 __asm__ __volatile__(
439         "rep ; movsl\n\t"
440         "testb $2,%b4\n\t"
441         "je 1f\n\t"
442         "movsw\n"
443         "1:\ttestb $1,%b4\n\t"
444         "je 2f\n\t"
445         "movsb\n"
446         "2:"
447         : "=&c" (d0), "=&D" (d1), "=&S" (d2)
448         :"0" (n/4), "q" (n),"1" ((long) to),"2" ((long) from)
449         : "memory");
450 return (to);
452 @end example
454 @noindent
455 @cindex gas
456 TCC includes its own x86 inline assembler with a @code{gas}-like (GNU
457 assembler) syntax. No intermediate files are generated. GCC 3.x named
458 operands are supported.
460 @item @code{__builtin_types_compatible_p()} and @code{__builtin_constant_p()} 
461 are supported.
463 @end itemize
465 @section TinyCC extensions
467 @itemize
469 @item @code{__TINYC__} is a predefined macro to @code{1} to
470 indicate that you use TCC.
472 @item @code{#!} at the start of a line is ignored to allow scripting.
474 @item Binary digits can be entered (@code{0b101} instead of
475 @code{5}).
477 @item @code{__BOUNDS_CHECKING_ON} is defined if bound checking is activated.
479 @end itemize
481 @chapter TinyCC Assembler
483 Since version 0.9.16, TinyCC integrates its own assembler. TinyCC
484 assembler supports a gas-like syntax (GNU assembler). You can
485 desactivate assembler support if you want a smaller TinyCC executable
486 (the C compiler does not rely on the assembler).
488 TinyCC Assembler is used to handle files with @file{.S} (C
489 preprocessed assembler) and @file{.s} extensions. It is also used to
490 handle the GNU inline assembler with the @code{asm} keyword.
492 @section Syntax
494 TinyCC Assembler supports most of the gas syntax. The tokens are the
495 same as C.
497 @itemize
499 @item C and C++ comments are supported.
501 @item Identifiers are the same as C, so you cannot use '.' or '$'.
503 @item Only 32 bit integer numbers are supported.
505 @end itemize
507 @section Expressions
509 @itemize
511 @item Integers in decimal, octal and hexa are supported.
513 @item Unary operators: +, -, ~.
515 @item Binary operators in decreasing priority order:
517 @enumerate
518 @item *, /, %
519 @item &, |, ^
520 @item +, -
521 @end enumerate
523 @item A value is either an absolute number or a label plus an offset. 
524 All operators accept absolute values except '+' and '-'. '+' or '-' can be
525 used to add an offset to a label. '-' supports two labels only if they
526 are the same or if they are both defined and in the same section.
528 @end itemize
530 @section Labels
532 @itemize
534 @item All labels are considered as local, except undefined ones.
536 @item Numeric labels can be used as local @code{gas}-like labels. 
537 They can be defined several times in the same source. Use 'b'
538 (backward) or 'f' (forward) as suffix to reference them:
540 @example
541  1:
542       jmp 1b /* jump to '1' label before */
543       jmp 1f /* jump to '1' label after */
544  1:
545 @end example
547 @end itemize
549 @section Directives
550 @cindex assembler directives
551 @cindex directives, assembler
552 @cindex .align
553 @cindex .skip
554 @cindex .space
555 @cindex .byte
556 @cindex .word
557 @cindex .short
558 @cindex .int
559 @cindex .long
560 @cindex .string
561 @cindex .globl
562 @cindex .section
563 @cindex .text
564 @cindex .data
565 @cindex .bss
567 All directives are preceeded by a '.'. The following directives are
568 supported:
570 @itemize
571 @item .align n[,value]
572 @item .skip n[,value]
573 @item .space n[,value]
574 @item .byte value1[,value2...]
575 @item .word value1[,value2...]
576 @item .short value1[,value2...]
577 @item .int value1[,value2...]
578 @item .long value1[,value2...]
579 @item .string string
580 @item .global symbol
581 @item .section section
582 @item .text
583 @item .data
584 @item .bss
585 @end itemize
587 @section X86 Assembler
588 @cindex assembler
590 All X86 opcodes are supported. Only ATT syntax is supported (source
591 then destination operand order). If no size suffix is given, TinyCC
592 tries to guess it from the operand sizes.
594 Currently, MMX opcodes are supported but not SSE ones.
596 @chapter TinyCC Linker
597 @cindex linker
599 @section ELF file generation
600 @cindex ELF
602 TCC can directly output relocatable ELF files (object files),
603 executable ELF files and dynamic ELF libraries without relying on an
604 external linker.
606 Dynamic ELF libraries can be output but the C compiler does not generate
607 position independent code (PIC). It means that the dynamic librairy
608 code generated by TCC cannot be factorized among processes yet.
610 TCC linker eliminates unreferenced object code in libraries. A single pass is
611 done on the object and library list, so the order in which object files and
612 libraries are specified is important (same constraint as GNU ld). No grouping
613 options (@option{--start-group} and @option{--end-group}) are supported.
615 @section ELF file loader
617 TCC can load ELF object files, archives (.a files) and dynamic
618 libraries (.so).
620 @section GNU Linker Scripts
621 @cindex scripts, linker
622 @cindex linker scripts
623 @cindex GROUP, linker command
624 @cindex FILE, linker command
625 @cindex OUTPUT_FORMAT, linker command
626 @cindex TARGET, linker command
628 Because on many Linux systems some dynamic libraries (such as
629 @file{/usr/lib/libc.so}) are in fact GNU ld link scripts (horrible!),
630 the TCC linker also supports a subset of GNU ld scripts.
632 The @code{GROUP} and @code{FILE} commands are supported. @code{OUTPUT_FORMAT}
633 and @code{TARGET} are ignored.
635 Example from @file{/usr/lib/libc.so}:
636 @example
637 /* GNU ld script
638    Use the shared library, but some functions are only in
639    the static library, so try that secondarily.  */
640 GROUP ( /lib/libc.so.6 /usr/lib/libc_nonshared.a )
641 @end example
643 @node Bounds
644 @chapter TinyCC Memory and Bound checks
645 @cindex bound checks
646 @cindex memory checks
648 This feature is activated with the @option{-b} (@pxref{Invoke}).
650 Note that pointer size is @emph{unchanged} and that code generated
651 with bound checks is @emph{fully compatible} with unchecked
652 code. When a pointer comes from unchecked code, it is assumed to be
653 valid. Even very obscure C code with casts should work correctly.
655 For more information about the ideas behind this method, see
656 @url{http://www.doc.ic.ac.uk/~phjk/BoundsChecking.html}.
658 Here are some examples of caught errors:
660 @table @asis
662 @item Invalid range with standard string function:
663 @example
665     char tab[10];
666     memset(tab, 0, 11);
668 @end example
670 @item Out of bounds-error in global or local arrays:
671 @example
673     int tab[10];
674     for(i=0;i<11;i++) @{
675         sum += tab[i];
676     @}
678 @end example
680 @item Out of bounds-error in malloc'ed data:
681 @example
683     int *tab;
684     tab = malloc(20 * sizeof(int));
685     for(i=0;i<21;i++) @{
686         sum += tab4[i];
687     @}
688     free(tab);
690 @end example
692 @item Access of freed memory:
693 @example
695     int *tab;
696     tab = malloc(20 * sizeof(int));
697     free(tab);
698     for(i=0;i<20;i++) @{
699         sum += tab4[i];
700     @}
702 @end example
704 @item Double free:
705 @example
707     int *tab;
708     tab = malloc(20 * sizeof(int));
709     free(tab);
710     free(tab);
712 @end example
714 @end table
716 @node Libtcc
717 @chapter The @code{libtcc} library
719 The @code{libtcc} library enables you to use TCC as a backend for
720 dynamic code generation. 
722 Read the @file{libtcc.h} to have an overview of the API. Read
723 @file{libtcc_test.c} to have a very simple example.
725 The idea consists in giving a C string containing the program you want
726 to compile directly to @code{libtcc}. Then you can access to any global
727 symbol (function or variable) defined.
729 @chapter Developer's guide
731 This chapter gives some hints to understand how TCC works. You can skip
732 it if you do not intend to modify the TCC code.
734 @section File reading
736 The @code{BufferedFile} structure contains the context needed to read a
737 file, including the current line number. @code{tcc_open()} opens a new
738 file and @code{tcc_close()} closes it. @code{inp()} returns the next
739 character.
741 @section Lexer
743 @code{next()} reads the next token in the current
744 file. @code{next_nomacro()} reads the next token without macro
745 expansion.
747 @code{tok} contains the current token (see @code{TOK_xxx})
748 constants. Identifiers and keywords are also keywords. @code{tokc}
749 contains additional infos about the token (for example a constant value
750 if number or string token).
752 @section Parser
754 The parser is hardcoded (yacc is not necessary). It does only one pass,
755 except:
757 @itemize
759 @item For initialized arrays with unknown size, a first pass 
760 is done to count the number of elements.
762 @item For architectures where arguments are evaluated in 
763 reverse order, a first pass is done to reverse the argument order.
765 @end itemize
767 @section Types
769 The types are stored in a single 'int' variable. It was choosen in the
770 first stages of development when tcc was much simpler. Now, it may not
771 be the best solution.
773 @example
774 #define VT_INT        0  /* integer type */
775 #define VT_BYTE       1  /* signed byte type */
776 #define VT_SHORT      2  /* short type */
777 #define VT_VOID       3  /* void type */
778 #define VT_PTR        4  /* pointer */
779 #define VT_ENUM       5  /* enum definition */
780 #define VT_FUNC       6  /* function type */
781 #define VT_STRUCT     7  /* struct/union definition */
782 #define VT_FLOAT      8  /* IEEE float */
783 #define VT_DOUBLE     9  /* IEEE double */
784 #define VT_LDOUBLE   10  /* IEEE long double */
785 #define VT_BOOL      11  /* ISOC99 boolean type */
786 #define VT_LLONG     12  /* 64 bit integer */
787 #define VT_LONG      13  /* long integer (NEVER USED as type, only
788                             during parsing) */
789 #define VT_BTYPE      0x000f /* mask for basic type */
790 #define VT_UNSIGNED   0x0010  /* unsigned type */
791 #define VT_ARRAY      0x0020  /* array type (also has VT_PTR) */
792 #define VT_BITFIELD   0x0040  /* bitfield modifier */
794 #define VT_STRUCT_SHIFT 16   /* structure/enum name shift (16 bits left) */
795 @end example
797 When a reference to another type is needed (for pointers, functions and
798 structures), the @code{32 - VT_STRUCT_SHIFT} high order bits are used to
799 store an identifier reference.
801 The @code{VT_UNSIGNED} flag can be set for chars, shorts, ints and long
802 longs.
804 Arrays are considered as pointers @code{VT_PTR} with the flag
805 @code{VT_ARRAY} set.
807 The @code{VT_BITFIELD} flag can be set for chars, shorts, ints and long
808 longs. If it is set, then the bitfield position is stored from bits
809 VT_STRUCT_SHIFT to VT_STRUCT_SHIFT + 5 and the bit field size is stored
810 from bits VT_STRUCT_SHIFT + 6 to VT_STRUCT_SHIFT + 11.
812 @code{VT_LONG} is never used except during parsing.
814 During parsing, the storage of an object is also stored in the type
815 integer:
817 @example
818 #define VT_EXTERN  0x00000080  /* extern definition */
819 #define VT_STATIC  0x00000100  /* static variable */
820 #define VT_TYPEDEF 0x00000200  /* typedef definition */
821 @end example
823 @section Symbols
825 All symbols are stored in hashed symbol stacks. Each symbol stack
826 contains @code{Sym} structures.
828 @code{Sym.v} contains the symbol name (remember
829 an idenfier is also a token, so a string is never necessary to store
830 it). @code{Sym.t} gives the type of the symbol. @code{Sym.r} is usually
831 the register in which the corresponding variable is stored. @code{Sym.c} is
832 usually a constant associated to the symbol.
834 Four main symbol stacks are defined:
836 @table @code
838 @item define_stack
839 for the macros (@code{#define}s).
841 @item global_stack
842 for the global variables, functions and types.
844 @item local_stack
845 for the local variables, functions and types.
847 @item global_label_stack
848 for the local labels (for @code{goto}).
850 @item label_stack
851 for GCC block local labels (see the @code{__label__} keyword).
853 @end table
855 @code{sym_push()} is used to add a new symbol in the local symbol
856 stack. If no local symbol stack is active, it is added in the global
857 symbol stack.
859 @code{sym_pop(st,b)} pops symbols from the symbol stack @var{st} until
860 the symbol @var{b} is on the top of stack. If @var{b} is NULL, the stack
861 is emptied.
863 @code{sym_find(v)} return the symbol associated to the identifier
864 @var{v}. The local stack is searched first from top to bottom, then the
865 global stack.
867 @section Sections
869 The generated code and datas are written in sections. The structure
870 @code{Section} contains all the necessary information for a given
871 section. @code{new_section()} creates a new section. ELF file semantics
872 is assumed for each section.
874 The following sections are predefined:
876 @table @code
878 @item text_section
879 is the section containing the generated code. @var{ind} contains the
880 current position in the code section.
882 @item data_section
883 contains initialized data
885 @item bss_section
886 contains uninitialized data
888 @item bounds_section
889 @itemx lbounds_section
890 are used when bound checking is activated
892 @item stab_section
893 @itemx stabstr_section
894 are used when debugging is actived to store debug information
896 @item symtab_section
897 @itemx strtab_section
898 contain the exported symbols (currently only used for debugging).
900 @end table
902 @section Code generation
903 @cindex code generation
905 @subsection Introduction
907 The TCC code generator directly generates linked binary code in one
908 pass. It is rather unusual these days (see gcc for example which
909 generates text assembly), but it can be very fast and surprisingly
910 little complicated.
912 The TCC code generator is register based. Optimization is only done at
913 the expression level. No intermediate representation of expression is
914 kept except the current values stored in the @emph{value stack}.
916 On x86, three temporary registers are used. When more registers are
917 needed, one register is spilled into a new temporary variable on the stack.
919 @subsection The value stack
920 @cindex value stack, introduction
922 When an expression is parsed, its value is pushed on the value stack
923 (@var{vstack}). The top of the value stack is @var{vtop}. Each value
924 stack entry is the structure @code{SValue}.
926 @code{SValue.t} is the type. @code{SValue.r} indicates how the value is
927 currently stored in the generated code. It is usually a CPU register
928 index (@code{REG_xxx} constants), but additional values and flags are
929 defined:
931 @example
932 #define VT_CONST     0x00f0
933 #define VT_LLOCAL    0x00f1
934 #define VT_LOCAL     0x00f2
935 #define VT_CMP       0x00f3
936 #define VT_JMP       0x00f4
937 #define VT_JMPI      0x00f5
938 #define VT_LVAL      0x0100
939 #define VT_SYM       0x0200
940 #define VT_MUSTCAST  0x0400
941 #define VT_MUSTBOUND 0x0800
942 #define VT_BOUNDED   0x8000
943 #define VT_LVAL_BYTE     0x1000
944 #define VT_LVAL_SHORT    0x2000
945 #define VT_LVAL_UNSIGNED 0x4000
946 #define VT_LVAL_TYPE     (VT_LVAL_BYTE | VT_LVAL_SHORT | VT_LVAL_UNSIGNED)
947 @end example
949 @table @code
951 @item VT_CONST
952 indicates that the value is a constant. It is stored in the union
953 @code{SValue.c}, depending on its type.
955 @item VT_LOCAL
956 indicates a local variable pointer at offset @code{SValue.c.i} in the
957 stack.
959 @item VT_CMP
960 indicates that the value is actually stored in the CPU flags (i.e. the
961 value is the consequence of a test). The value is either 0 or 1. The
962 actual CPU flags used is indicated in @code{SValue.c.i}. 
964 If any code is generated which destroys the CPU flags, this value MUST be
965 put in a normal register.
967 @item VT_JMP
968 @itemx VT_JMPI
969 indicates that the value is the consequence of a conditional jump. For VT_JMP,
970 it is 1 if the jump is taken, 0 otherwise. For VT_JMPI it is inverted.
972 These values are used to compile the @code{||} and @code{&&} logical
973 operators.
975 If any code is generated, this value MUST be put in a normal
976 register. Otherwise, the generated code won't be executed if the jump is
977 taken.
979 @item VT_LVAL
980 is a flag indicating that the value is actually an lvalue (left value of
981 an assignment). It means that the value stored is actually a pointer to
982 the wanted value. 
984 Understanding the use @code{VT_LVAL} is very important if you want to
985 understand how TCC works.
987 @item VT_LVAL_BYTE
988 @itemx VT_LVAL_SHORT
989 @itemx VT_LVAL_UNSIGNED
990 if the lvalue has an integer type, then these flags give its real
991 type. The type alone is not enough in case of cast optimisations.
993 @item VT_LLOCAL
994 is a saved lvalue on the stack. @code{VT_LLOCAL} should be eliminated
995 ASAP because its semantics are rather complicated.
997 @item VT_MUSTCAST
998 indicates that a cast to the value type must be performed if the value
999 is used (lazy casting).
1001 @item VT_SYM
1002 indicates that the symbol @code{SValue.sym} must be added to the constant.
1004 @item VT_MUSTBOUND
1005 @itemx VT_BOUNDED
1006 are only used for optional bound checking.
1008 @end table
1010 @subsection Manipulating the value stack
1011 @cindex value stack
1013 @code{vsetc()} and @code{vset()} pushes a new value on the value
1014 stack. If the previous @var{vtop} was stored in a very unsafe place(for
1015 example in the CPU flags), then some code is generated to put the
1016 previous @var{vtop} in a safe storage.
1018 @code{vpop()} pops @var{vtop}. In some cases, it also generates cleanup
1019 code (for example if stacked floating point registers are used as on
1020 x86).
1022 The @code{gv(rc)} function generates code to evaluate @var{vtop} (the
1023 top value of the stack) into registers. @var{rc} selects in which
1024 register class the value should be put. @code{gv()} is the @emph{most
1025 important function} of the code generator.
1027 @code{gv2()} is the same as @code{gv()} but for the top two stack
1028 entries.
1030 @subsection CPU dependent code generation
1031 @cindex CPU dependent
1032 See the @file{i386-gen.c} file to have an example.
1034 @table @code
1036 @item load()
1037 must generate the code needed to load a stack value into a register.
1039 @item store()
1040 must generate the code needed to store a register into a stack value
1041 lvalue.
1043 @item gfunc_start()
1044 @itemx gfunc_param()
1045 @itemx gfunc_call()
1046 should generate a function call
1048 @item gfunc_prolog()
1049 @itemx gfunc_epilog()
1050 should generate a function prolog/epilog.
1052 @item gen_opi(op)
1053 must generate the binary integer operation @var{op} on the two top
1054 entries of the stack which are guaranted to contain integer types.
1056 The result value should be put on the stack.
1058 @item gen_opf(op)
1059 same as @code{gen_opi()} for floating point operations. The two top
1060 entries of the stack are guaranted to contain floating point values of
1061 same types.
1063 @item gen_cvt_itof()
1064 integer to floating point conversion.
1066 @item gen_cvt_ftoi()
1067 floating point to integer conversion.
1069 @item gen_cvt_ftof()
1070 floating point to floating point of different size conversion.
1072 @item gen_bounded_ptr_add()
1073 @item gen_bounded_ptr_deref()
1074 are only used for bounds checking.
1076 @end table
1078 @section Optimizations done
1079 @cindex optimizations
1080 @cindex constant propagation
1081 @cindex strength reduction
1082 @cindex comparison operators
1083 @cindex caching processor flags
1084 @cindex flags, caching
1085 @cindex jump optimization
1086 Constant propagation is done for all operations. Multiplications and
1087 divisions are optimized to shifts when appropriate. Comparison
1088 operators are optimized by maintaining a special cache for the
1089 processor flags. &&, || and ! are optimized by maintaining a special
1090 'jump target' value. No other jump optimization is currently performed
1091 because it would require to store the code in a more abstract fashion.
1093 @unnumbered Concept Index
1094 @printindex cp
1096 @bye
1098 @c Local variables:
1099 @c fill-column: 78
1100 @c texinfo-column-for-description: 32
1101 @c End: