Accept standard input as an inputstream (Hanzac Chen)
[tinycc.git] / tcc-doc.texi
blobe2bf89be4711b90d701980dac3fc82407e8f65f7
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 on Linux and Windows. There are alpha
62 ports for the ARM (@code{arm-tcc}) and the TMS320C67xx targets
63 (@code{c67-tcc}). More 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. 
98 @ignore 
99 Because multiple C files are specified, @option{--} are necessary to clearly 
100 separate the program arguments from the TCC options.
101 @end ignore
103 @item @samp{tcc -o myprog a.c b.c}
104 Compile @file{a.c} and @file{b.c}, link them and generate the executable @file{myprog}.
106 @item @samp{tcc -o myprog a.o b.o}
107 link @file{a.o} and @file{b.o} together and generate the executable @file{myprog}.
109 @item @samp{tcc -c a.c}
110 Compile @file{a.c} and generate object file @file{a.o}.
112 @item @samp{tcc -c asmfile.S}
113 Preprocess with C preprocess and assemble @file{asmfile.S} and generate
114 object file @file{asmfile.o}.
116 @item @samp{tcc -c asmfile.s}
117 Assemble (but not preprocess) @file{asmfile.s} and generate object file
118 @file{asmfile.o}.
120 @item @samp{tcc -r -o ab.o a.c b.c}
121 Compile @file{a.c} and @file{b.c}, link them together and generate the object file @file{ab.o}.
123 @end table
125 Scripting:
127 TCC can be invoked from @emph{scripts}, just as shell scripts. You just
128 need to add @code{#!/usr/local/bin/tcc -run} at the start of your C source:
130 @example
131 #!/usr/local/bin/tcc -run
132 #include <stdio.h>
134 int main() 
136     printf("Hello World\n");
137     return 0;
139 @end example
141 TCC can read C source code from @emph{standard input} when @option{-} is used in 
142 place of @option{infile}. Example:
144 @example
145 echo 'main(){puts("hello");}' | tcc -run -
146 @end example
147 @c man end
149 @section Option summary
151 General Options:
153 @c man begin OPTIONS
154 @table @option
155 @item -v
156 Display current TCC version.
158 @item -c
159 Generate an object file (@option{-o} option must also be given).
161 @item -o outfile
162 Put object file, executable, or dll into output file @file{outfile}.
164 @item -Bdir
165 Set the path where the tcc internal libraries can be found (default is
166 @file{PREFIX/lib/tcc}).
168 @item -bench
169 Output compilation statistics.
171 @item -run source [args...]
172 Compile file @var{source} and run it with the command line arguments
173 @var{args}. In order to be able to give more than one argument to a
174 script, several TCC options can be given @emph{after} the
175 @option{-run} option, separated by spaces. Example:
177 @example
178 tcc "-run -L/usr/X11R6/lib -lX11" ex4.c
179 @end example
181 In a script, it gives the following header:
183 @example
184 #!/usr/local/bin/tcc -run -L/usr/X11R6/lib -lX11
185 #include <stdlib.h>
186 int main(int argc, char **argv)
188     ...
190 @end example
192 @end table
194 Preprocessor options:
196 @table @option
197 @item -Idir
198 Specify an additional include path. Include paths are searched in the
199 order they are specified.
201 System include paths are always searched after. The default system
202 include paths are: @file{/usr/local/include}, @file{/usr/include}
203 and @file{PREFIX/lib/tcc/include}. (@file{PREFIX} is usually
204 @file{/usr} or @file{/usr/local}).
206 @item -Dsym[=val]
207 Define preprocessor symbol @samp{sym} to
208 val. If val is not present, its value is @samp{1}. Function-like macros can
209 also be defined: @option{-DF(a)=a+1}
211 @item -Usym
212 Undefine preprocessor symbol @samp{sym}.
213 @end table
215 Compilation flags:
217 Note: each of the following warning options has a negative form beginning with
218 @option{-fno-}.
220 @table @option
221 @item -funsigned-char
222 Let the @code{char} type be unsigned.
224 @item -fsigned-char
225 Let the @code{char} type be signed.
227 @item -fno-common
228 Do not generate common symbols for uninitialized data.
230 @item -fleading-underscore
231 Add a leading underscore at the beginning of each C symbol.
233 @end table
235 Warning options:
237 @table @option
238 @item -w
239 Disable all warnings.
241 @end table
243 Note: each of the following warning options has a negative form beginning with
244 @option{-Wno-}.
246 @table @option
247 @item -Wimplicit-function-declaration
248 Warn about implicit function declaration.
250 @item -Wunsupported
251 Warn about unsupported GCC features that are ignored by TCC.
253 @item -Wwrite-strings
254 Make string constants be of type @code{const char *} instead of @code{char
257 @item -Werror
258 Abort compilation if warnings are issued.
260 @item -Wall 
261 Activate all warnings, except @option{-Werror}, @option{-Wunusupported} and
262 @option{-Wwrite-strings}.
264 @end table
266 Linker options:
268 @table @option
269 @item -Ldir
270 Specify an additional static library path for the @option{-l} option. The
271 default library paths are @file{/usr/local/lib}, @file{/usr/lib} and @file{/lib}.
273 @item -lxxx
274 Link your program with dynamic library libxxx.so or static library
275 libxxx.a. The library is searched in the paths specified by the
276 @option{-L} option.
278 @item -shared
279 Generate a shared library instead of an executable (@option{-o} option
280 must also be given).
282 @item -static
283 Generate a statically linked executable (default is a shared linked
284 executable) (@option{-o} option must also be given).
286 @item -rdynamic
287 Export global symbols to the dynamic linker. It is useful when a library
288 opened with @code{dlopen()} needs to access executable symbols.
290 @item -r
291 Generate an object file combining all input files (@option{-o} option must
292 also be given).
294 @item -Wl,-Ttext,address
295 Set the start of the .text section to @var{address}.
297 @item -Wl,--oformat,fmt
298 Use @var{fmt} as output format. The supported output formats are:
299 @table @code
300 @item elf32-i386
301 ELF output format (default)
302 @item binary
303 Binary image (only for executable output)
304 @item coff
305 COFF output format (only for executable output for TMS320C67xx target)
306 @end table
308 @end table
310 Debugger options:
312 @table @option
313 @item -g
314 Generate run time debug information so that you get clear run time
315 error messages: @code{ test.c:68: in function 'test5()': dereferencing
316 invalid pointer} instead of the laconic @code{Segmentation
317 fault}.
319 @item -b
320 Generate additional support code to check
321 memory allocations and array/pointer bounds. @option{-g} is implied. Note
322 that the generated code is slower and bigger in this case.
324 @item -bt N
325 Display N callers in stack traces. This is useful with @option{-g} or
326 @option{-b}.
328 @end table
330 Note: GCC options @option{-Ox}, @option{-fx} and @option{-mx} are
331 ignored.
332 @c man end
334 @ignore
336 @setfilename tcc
337 @settitle Tiny C Compiler
339 @c man begin SEEALSO
340 gcc(1)
341 @c man end
343 @c man begin AUTHOR
344 Fabrice Bellard
345 @c man end
347 @end ignore
349 @chapter C language support
351 @section ANSI C
353 TCC implements all the ANSI C standard, including structure bit fields
354 and floating point numbers (@code{long double}, @code{double}, and
355 @code{float} fully supported).
357 @section ISOC99 extensions
359 TCC implements many features of the new C standard: ISO C99. Currently
360 missing items are: complex and imaginary numbers and variable length
361 arrays.
363 Currently implemented ISOC99 features:
365 @itemize
367 @item 64 bit @code{long long} types are fully supported.
369 @item The boolean type @code{_Bool} is supported.
371 @item @code{__func__} is a string variable containing the current
372 function name.
374 @item Variadic macros: @code{__VA_ARGS__} can be used for
375    function-like macros:
376 @example
377     #define dprintf(level, __VA_ARGS__) printf(__VA_ARGS__)
378 @end example
380 @noindent
381 @code{dprintf} can then be used with a variable number of parameters.
383 @item Declarations can appear anywhere in a block (as in C++).
385 @item Array and struct/union elements can be initialized in any order by
386   using designators:
387 @example
388     struct @{ int x, y; @} st[10] = @{ [0].x = 1, [0].y = 2 @};
390     int tab[10] = @{ 1, 2, [5] = 5, [9] = 9@};
391 @end example
392     
393 @item Compound initializers are supported:
394 @example
395     int *p = (int [])@{ 1, 2, 3 @};
396 @end example
397 to initialize a pointer pointing to an initialized array. The same
398 works for structures and strings.
400 @item Hexadecimal floating point constants are supported:
401 @example
402           double d = 0x1234p10;
403 @end example
405 @noindent
406 is the same as writing 
407 @example
408           double d = 4771840.0;
409 @end example
411 @item @code{inline} keyword is ignored.
413 @item @code{restrict} keyword is ignored.
414 @end itemize
416 @section GNU C extensions
417 @cindex aligned attribute
418 @cindex packed attribute
419 @cindex section attribute
420 @cindex unused attribute
421 @cindex cdecl attribute
422 @cindex stdcall attribute
423 @cindex regparm attribute
425 TCC implements some GNU C extensions:
427 @itemize
429 @item array designators can be used without '=': 
430 @example
431     int a[10] = @{ [0] 1, [5] 2, 3, 4 @};
432 @end example
434 @item Structure field designators can be a label: 
435 @example
436     struct @{ int x, y; @} st = @{ x: 1, y: 1@};
437 @end example
438 instead of
439 @example
440     struct @{ int x, y; @} st = @{ .x = 1, .y = 1@};
441 @end example
443 @item @code{\e} is ASCII character 27.
445 @item case ranges : ranges can be used in @code{case}s:
446 @example
447     switch(a) @{
448     case 1 @dots{} 9:
449           printf("range 1 to 9\n");
450           break;
451     default:
452           printf("unexpected\n");
453           break;
454     @}
455 @end example
457 @item The keyword @code{__attribute__} is handled to specify variable or
458 function attributes. The following attributes are supported:
459   @itemize
461   @item @code{aligned(n)}: align a variable or a structure field to n bytes
462 (must be a power of two).
463   
464   @item @code{packed}: force alignment of a variable or a structure field to
465   1.
467   @item @code{section(name)}: generate function or data in assembly section
468 name (name is a string containing the section name) instead of the default
469 section.
471   @item @code{unused}: specify that the variable or the function is unused.
473   @item @code{cdecl}: use standard C calling convention (default).
475   @item @code{stdcall}: use Pascal-like calling convention.
477   @item @code{regparm(n)}: use fast i386 calling convention. @var{n} must be
478 between 1 and 3. The first @var{n} function parameters are respectively put in
479 registers @code{%eax}, @code{%edx} and @code{%ecx}.
481   @end itemize
483 Here are some examples:
484 @example
485     int a __attribute__ ((aligned(8), section(".mysection")));
486 @end example
488 @noindent
489 align variable @code{a} to 8 bytes and put it in section @code{.mysection}.
491 @example
492     int my_add(int a, int b) __attribute__ ((section(".mycodesection"))) 
493     @{
494         return a + b;
495     @}
496 @end example
498 @noindent
499 generate function @code{my_add} in section @code{.mycodesection}.
501 @item GNU style variadic macros:
502 @example
503     #define dprintf(fmt, args@dots{}) printf(fmt, ## args)
505     dprintf("no arg\n");
506     dprintf("one arg %d\n", 1);
507 @end example
509 @item @code{__FUNCTION__} is interpreted as C99 @code{__func__} 
510 (so it has not exactly the same semantics as string literal GNUC
511 where it is a string literal).
513 @item The @code{__alignof__} keyword can be used as @code{sizeof} 
514 to get the alignment of a type or an expression.
516 @item The @code{typeof(x)} returns the type of @code{x}. 
517 @code{x} is an expression or a type.
519 @item Computed gotos: @code{&&label} returns a pointer of type 
520 @code{void *} on the goto label @code{label}. @code{goto *expr} can be
521 used to jump on the pointer resulting from @code{expr}.
523 @item Inline assembly with asm instruction:
524 @cindex inline assembly
525 @cindex assembly, inline
526 @cindex __asm__
527 @example
528 static inline void * my_memcpy(void * to, const void * from, size_t n)
530 int d0, d1, d2;
531 __asm__ __volatile__(
532         "rep ; movsl\n\t"
533         "testb $2,%b4\n\t"
534         "je 1f\n\t"
535         "movsw\n"
536         "1:\ttestb $1,%b4\n\t"
537         "je 2f\n\t"
538         "movsb\n"
539         "2:"
540         : "=&c" (d0), "=&D" (d1), "=&S" (d2)
541         :"0" (n/4), "q" (n),"1" ((long) to),"2" ((long) from)
542         : "memory");
543 return (to);
545 @end example
547 @noindent
548 @cindex gas
549 TCC includes its own x86 inline assembler with a @code{gas}-like (GNU
550 assembler) syntax. No intermediate files are generated. GCC 3.x named
551 operands are supported.
553 @item @code{__builtin_types_compatible_p()} and @code{__builtin_constant_p()} 
554 are supported.
556 @item @code{#pragma pack} is supported for win32 compatibility.
558 @end itemize
560 @section TinyCC extensions
562 @itemize
564 @item @code{__TINYC__} is a predefined macro to @code{1} to
565 indicate that you use TCC.
567 @item @code{#!} at the start of a line is ignored to allow scripting.
569 @item Binary digits can be entered (@code{0b101} instead of
570 @code{5}).
572 @item @code{__BOUNDS_CHECKING_ON} is defined if bound checking is activated.
574 @end itemize
576 @chapter TinyCC Assembler
578 Since version 0.9.16, TinyCC integrates its own assembler. TinyCC
579 assembler supports a gas-like syntax (GNU assembler). You can
580 desactivate assembler support if you want a smaller TinyCC executable
581 (the C compiler does not rely on the assembler).
583 TinyCC Assembler is used to handle files with @file{.S} (C
584 preprocessed assembler) and @file{.s} extensions. It is also used to
585 handle the GNU inline assembler with the @code{asm} keyword.
587 @section Syntax
589 TinyCC Assembler supports most of the gas syntax. The tokens are the
590 same as C.
592 @itemize
594 @item C and C++ comments are supported.
596 @item Identifiers are the same as C, so you cannot use '.' or '$'.
598 @item Only 32 bit integer numbers are supported.
600 @end itemize
602 @section Expressions
604 @itemize
606 @item Integers in decimal, octal and hexa are supported.
608 @item Unary operators: +, -, ~.
610 @item Binary operators in decreasing priority order:
612 @enumerate
613 @item *, /, %
614 @item &, |, ^
615 @item +, -
616 @end enumerate
618 @item A value is either an absolute number or a label plus an offset. 
619 All operators accept absolute values except '+' and '-'. '+' or '-' can be
620 used to add an offset to a label. '-' supports two labels only if they
621 are the same or if they are both defined and in the same section.
623 @end itemize
625 @section Labels
627 @itemize
629 @item All labels are considered as local, except undefined ones.
631 @item Numeric labels can be used as local @code{gas}-like labels. 
632 They can be defined several times in the same source. Use 'b'
633 (backward) or 'f' (forward) as suffix to reference them:
635 @example
636  1:
637       jmp 1b /* jump to '1' label before */
638       jmp 1f /* jump to '1' label after */
639  1:
640 @end example
642 @end itemize
644 @section Directives
645 @cindex assembler directives
646 @cindex directives, assembler
647 @cindex align directive
648 @cindex skip directive
649 @cindex space directive
650 @cindex byte directive
651 @cindex word directive
652 @cindex short directive
653 @cindex int directive
654 @cindex long directive
655 @cindex quad directive
656 @cindex globl directive
657 @cindex global directive
658 @cindex section directive
659 @cindex text directive
660 @cindex data directive
661 @cindex bss directive
662 @cindex fill directive
663 @cindex org directive
664 @cindex previous directive
665 @cindex string directive
666 @cindex asciz directive
667 @cindex ascii directive
669 All directives are preceeded by a '.'. The following directives are
670 supported:
672 @itemize
673 @item .align n[,value]
674 @item .skip n[,value]
675 @item .space n[,value]
676 @item .byte value1[,...]
677 @item .word value1[,...]
678 @item .short value1[,...]
679 @item .int value1[,...]
680 @item .long value1[,...]
681 @item .quad immediate_value1[,...]
682 @item .globl symbol
683 @item .global symbol
684 @item .section section
685 @item .text
686 @item .data
687 @item .bss
688 @item .fill repeat[,size[,value]]
689 @item .org n
690 @item .previous
691 @item .string string[,...]
692 @item .asciz string[,...]
693 @item .ascii string[,...]
694 @end itemize
696 @section X86 Assembler
697 @cindex assembler
699 All X86 opcodes are supported. Only ATT syntax is supported (source
700 then destination operand order). If no size suffix is given, TinyCC
701 tries to guess it from the operand sizes.
703 Currently, MMX opcodes are supported but not SSE ones.
705 @chapter TinyCC Linker
706 @cindex linker
708 @section ELF file generation
709 @cindex ELF
711 TCC can directly output relocatable ELF files (object files),
712 executable ELF files and dynamic ELF libraries without relying on an
713 external linker.
715 Dynamic ELF libraries can be output but the C compiler does not generate
716 position independent code (PIC). It means that the dynamic library
717 code generated by TCC cannot be factorized among processes yet.
719 TCC linker eliminates unreferenced object code in libraries. A single pass is
720 done on the object and library list, so the order in which object files and
721 libraries are specified is important (same constraint as GNU ld). No grouping
722 options (@option{--start-group} and @option{--end-group}) are supported.
724 @section ELF file loader
726 TCC can load ELF object files, archives (.a files) and dynamic
727 libraries (.so).
729 @section PE-i386 file generation
730 @cindex PE-i386
732 TCC for Windows supports the native Win32 executable file format (PE-i386). It
733 generates both EXE and DLL files. DLL symbols can be imported thru DEF files
734 generated with the @code{tiny_impdef} tool.
736 Currently TCC for Windows cannot generate nor read PE object files, so ELF
737 object files are used for that purpose. It can be a problem if
738 interoperability with MSVC is needed. Moreover, no leading underscore is
739 currently generated in the ELF symbols.
741 @section GNU Linker Scripts
742 @cindex scripts, linker
743 @cindex linker scripts
744 @cindex GROUP, linker command
745 @cindex FILE, linker command
746 @cindex OUTPUT_FORMAT, linker command
747 @cindex TARGET, linker command
749 Because on many Linux systems some dynamic libraries (such as
750 @file{/usr/lib/libc.so}) are in fact GNU ld link scripts (horrible!),
751 the TCC linker also supports a subset of GNU ld scripts.
753 The @code{GROUP} and @code{FILE} commands are supported. @code{OUTPUT_FORMAT}
754 and @code{TARGET} are ignored.
756 Example from @file{/usr/lib/libc.so}:
757 @example
758 /* GNU ld script
759    Use the shared library, but some functions are only in
760    the static library, so try that secondarily.  */
761 GROUP ( /lib/libc.so.6 /usr/lib/libc_nonshared.a )
762 @end example
764 @node Bounds
765 @chapter TinyCC Memory and Bound checks
766 @cindex bound checks
767 @cindex memory checks
769 This feature is activated with the @option{-b} (@pxref{Invoke}).
771 Note that pointer size is @emph{unchanged} and that code generated
772 with bound checks is @emph{fully compatible} with unchecked
773 code. When a pointer comes from unchecked code, it is assumed to be
774 valid. Even very obscure C code with casts should work correctly.
776 For more information about the ideas behind this method, see
777 @url{http://www.doc.ic.ac.uk/~phjk/BoundsChecking.html}.
779 Here are some examples of caught errors:
781 @table @asis
783 @item Invalid range with standard string function:
784 @example
786     char tab[10];
787     memset(tab, 0, 11);
789 @end example
791 @item Out of bounds-error in global or local arrays:
792 @example
794     int tab[10];
795     for(i=0;i<11;i++) @{
796         sum += tab[i];
797     @}
799 @end example
801 @item Out of bounds-error in malloc'ed data:
802 @example
804     int *tab;
805     tab = malloc(20 * sizeof(int));
806     for(i=0;i<21;i++) @{
807         sum += tab4[i];
808     @}
809     free(tab);
811 @end example
813 @item Access of freed memory:
814 @example
816     int *tab;
817     tab = malloc(20 * sizeof(int));
818     free(tab);
819     for(i=0;i<20;i++) @{
820         sum += tab4[i];
821     @}
823 @end example
825 @item Double free:
826 @example
828     int *tab;
829     tab = malloc(20 * sizeof(int));
830     free(tab);
831     free(tab);
833 @end example
835 @end table
837 @node Libtcc
838 @chapter The @code{libtcc} library
840 The @code{libtcc} library enables you to use TCC as a backend for
841 dynamic code generation. 
843 Read the @file{libtcc.h} to have an overview of the API. Read
844 @file{libtcc_test.c} to have a very simple example.
846 The idea consists in giving a C string containing the program you want
847 to compile directly to @code{libtcc}. Then you can access to any global
848 symbol (function or variable) defined.
850 @chapter Developer's guide
852 This chapter gives some hints to understand how TCC works. You can skip
853 it if you do not intend to modify the TCC code.
855 @section File reading
857 The @code{BufferedFile} structure contains the context needed to read a
858 file, including the current line number. @code{tcc_open()} opens a new
859 file and @code{tcc_close()} closes it. @code{inp()} returns the next
860 character.
862 @section Lexer
864 @code{next()} reads the next token in the current
865 file. @code{next_nomacro()} reads the next token without macro
866 expansion.
868 @code{tok} contains the current token (see @code{TOK_xxx})
869 constants. Identifiers and keywords are also keywords. @code{tokc}
870 contains additional infos about the token (for example a constant value
871 if number or string token).
873 @section Parser
875 The parser is hardcoded (yacc is not necessary). It does only one pass,
876 except:
878 @itemize
880 @item For initialized arrays with unknown size, a first pass 
881 is done to count the number of elements.
883 @item For architectures where arguments are evaluated in 
884 reverse order, a first pass is done to reverse the argument order.
886 @end itemize
888 @section Types
890 The types are stored in a single 'int' variable. It was choosen in the
891 first stages of development when tcc was much simpler. Now, it may not
892 be the best solution.
894 @example
895 #define VT_INT        0  /* integer type */
896 #define VT_BYTE       1  /* signed byte type */
897 #define VT_SHORT      2  /* short type */
898 #define VT_VOID       3  /* void type */
899 #define VT_PTR        4  /* pointer */
900 #define VT_ENUM       5  /* enum definition */
901 #define VT_FUNC       6  /* function type */
902 #define VT_STRUCT     7  /* struct/union definition */
903 #define VT_FLOAT      8  /* IEEE float */
904 #define VT_DOUBLE     9  /* IEEE double */
905 #define VT_LDOUBLE   10  /* IEEE long double */
906 #define VT_BOOL      11  /* ISOC99 boolean type */
907 #define VT_LLONG     12  /* 64 bit integer */
908 #define VT_LONG      13  /* long integer (NEVER USED as type, only
909                             during parsing) */
910 #define VT_BTYPE      0x000f /* mask for basic type */
911 #define VT_UNSIGNED   0x0010  /* unsigned type */
912 #define VT_ARRAY      0x0020  /* array type (also has VT_PTR) */
913 #define VT_BITFIELD   0x0040  /* bitfield modifier */
915 #define VT_STRUCT_SHIFT 16   /* structure/enum name shift (16 bits left) */
916 @end example
918 When a reference to another type is needed (for pointers, functions and
919 structures), the @code{32 - VT_STRUCT_SHIFT} high order bits are used to
920 store an identifier reference.
922 The @code{VT_UNSIGNED} flag can be set for chars, shorts, ints and long
923 longs.
925 Arrays are considered as pointers @code{VT_PTR} with the flag
926 @code{VT_ARRAY} set.
928 The @code{VT_BITFIELD} flag can be set for chars, shorts, ints and long
929 longs. If it is set, then the bitfield position is stored from bits
930 VT_STRUCT_SHIFT to VT_STRUCT_SHIFT + 5 and the bit field size is stored
931 from bits VT_STRUCT_SHIFT + 6 to VT_STRUCT_SHIFT + 11.
933 @code{VT_LONG} is never used except during parsing.
935 During parsing, the storage of an object is also stored in the type
936 integer:
938 @example
939 #define VT_EXTERN  0x00000080  /* extern definition */
940 #define VT_STATIC  0x00000100  /* static variable */
941 #define VT_TYPEDEF 0x00000200  /* typedef definition */
942 @end example
944 @section Symbols
946 All symbols are stored in hashed symbol stacks. Each symbol stack
947 contains @code{Sym} structures.
949 @code{Sym.v} contains the symbol name (remember
950 an idenfier is also a token, so a string is never necessary to store
951 it). @code{Sym.t} gives the type of the symbol. @code{Sym.r} is usually
952 the register in which the corresponding variable is stored. @code{Sym.c} is
953 usually a constant associated to the symbol.
955 Four main symbol stacks are defined:
957 @table @code
959 @item define_stack
960 for the macros (@code{#define}s).
962 @item global_stack
963 for the global variables, functions and types.
965 @item local_stack
966 for the local variables, functions and types.
968 @item global_label_stack
969 for the local labels (for @code{goto}).
971 @item label_stack
972 for GCC block local labels (see the @code{__label__} keyword).
974 @end table
976 @code{sym_push()} is used to add a new symbol in the local symbol
977 stack. If no local symbol stack is active, it is added in the global
978 symbol stack.
980 @code{sym_pop(st,b)} pops symbols from the symbol stack @var{st} until
981 the symbol @var{b} is on the top of stack. If @var{b} is NULL, the stack
982 is emptied.
984 @code{sym_find(v)} return the symbol associated to the identifier
985 @var{v}. The local stack is searched first from top to bottom, then the
986 global stack.
988 @section Sections
990 The generated code and datas are written in sections. The structure
991 @code{Section} contains all the necessary information for a given
992 section. @code{new_section()} creates a new section. ELF file semantics
993 is assumed for each section.
995 The following sections are predefined:
997 @table @code
999 @item text_section
1000 is the section containing the generated code. @var{ind} contains the
1001 current position in the code section.
1003 @item data_section
1004 contains initialized data
1006 @item bss_section
1007 contains uninitialized data
1009 @item bounds_section
1010 @itemx lbounds_section
1011 are used when bound checking is activated
1013 @item stab_section
1014 @itemx stabstr_section
1015 are used when debugging is actived to store debug information
1017 @item symtab_section
1018 @itemx strtab_section
1019 contain the exported symbols (currently only used for debugging).
1021 @end table
1023 @section Code generation
1024 @cindex code generation
1026 @subsection Introduction
1028 The TCC code generator directly generates linked binary code in one
1029 pass. It is rather unusual these days (see gcc for example which
1030 generates text assembly), but it can be very fast and surprisingly
1031 little complicated.
1033 The TCC code generator is register based. Optimization is only done at
1034 the expression level. No intermediate representation of expression is
1035 kept except the current values stored in the @emph{value stack}.
1037 On x86, three temporary registers are used. When more registers are
1038 needed, one register is spilled into a new temporary variable on the stack.
1040 @subsection The value stack
1041 @cindex value stack, introduction
1043 When an expression is parsed, its value is pushed on the value stack
1044 (@var{vstack}). The top of the value stack is @var{vtop}. Each value
1045 stack entry is the structure @code{SValue}.
1047 @code{SValue.t} is the type. @code{SValue.r} indicates how the value is
1048 currently stored in the generated code. It is usually a CPU register
1049 index (@code{REG_xxx} constants), but additional values and flags are
1050 defined:
1052 @example
1053 #define VT_CONST     0x00f0
1054 #define VT_LLOCAL    0x00f1
1055 #define VT_LOCAL     0x00f2
1056 #define VT_CMP       0x00f3
1057 #define VT_JMP       0x00f4
1058 #define VT_JMPI      0x00f5
1059 #define VT_LVAL      0x0100
1060 #define VT_SYM       0x0200
1061 #define VT_MUSTCAST  0x0400
1062 #define VT_MUSTBOUND 0x0800
1063 #define VT_BOUNDED   0x8000
1064 #define VT_LVAL_BYTE     0x1000
1065 #define VT_LVAL_SHORT    0x2000
1066 #define VT_LVAL_UNSIGNED 0x4000
1067 #define VT_LVAL_TYPE     (VT_LVAL_BYTE | VT_LVAL_SHORT | VT_LVAL_UNSIGNED)
1068 @end example
1070 @table @code
1072 @item VT_CONST
1073 indicates that the value is a constant. It is stored in the union
1074 @code{SValue.c}, depending on its type.
1076 @item VT_LOCAL
1077 indicates a local variable pointer at offset @code{SValue.c.i} in the
1078 stack.
1080 @item VT_CMP
1081 indicates that the value is actually stored in the CPU flags (i.e. the
1082 value is the consequence of a test). The value is either 0 or 1. The
1083 actual CPU flags used is indicated in @code{SValue.c.i}. 
1085 If any code is generated which destroys the CPU flags, this value MUST be
1086 put in a normal register.
1088 @item VT_JMP
1089 @itemx VT_JMPI
1090 indicates that the value is the consequence of a conditional jump. For VT_JMP,
1091 it is 1 if the jump is taken, 0 otherwise. For VT_JMPI it is inverted.
1093 These values are used to compile the @code{||} and @code{&&} logical
1094 operators.
1096 If any code is generated, this value MUST be put in a normal
1097 register. Otherwise, the generated code won't be executed if the jump is
1098 taken.
1100 @item VT_LVAL
1101 is a flag indicating that the value is actually an lvalue (left value of
1102 an assignment). It means that the value stored is actually a pointer to
1103 the wanted value. 
1105 Understanding the use @code{VT_LVAL} is very important if you want to
1106 understand how TCC works.
1108 @item VT_LVAL_BYTE
1109 @itemx VT_LVAL_SHORT
1110 @itemx VT_LVAL_UNSIGNED
1111 if the lvalue has an integer type, then these flags give its real
1112 type. The type alone is not enough in case of cast optimisations.
1114 @item VT_LLOCAL
1115 is a saved lvalue on the stack. @code{VT_LLOCAL} should be eliminated
1116 ASAP because its semantics are rather complicated.
1118 @item VT_MUSTCAST
1119 indicates that a cast to the value type must be performed if the value
1120 is used (lazy casting).
1122 @item VT_SYM
1123 indicates that the symbol @code{SValue.sym} must be added to the constant.
1125 @item VT_MUSTBOUND
1126 @itemx VT_BOUNDED
1127 are only used for optional bound checking.
1129 @end table
1131 @subsection Manipulating the value stack
1132 @cindex value stack
1134 @code{vsetc()} and @code{vset()} pushes a new value on the value
1135 stack. If the previous @var{vtop} was stored in a very unsafe place(for
1136 example in the CPU flags), then some code is generated to put the
1137 previous @var{vtop} in a safe storage.
1139 @code{vpop()} pops @var{vtop}. In some cases, it also generates cleanup
1140 code (for example if stacked floating point registers are used as on
1141 x86).
1143 The @code{gv(rc)} function generates code to evaluate @var{vtop} (the
1144 top value of the stack) into registers. @var{rc} selects in which
1145 register class the value should be put. @code{gv()} is the @emph{most
1146 important function} of the code generator.
1148 @code{gv2()} is the same as @code{gv()} but for the top two stack
1149 entries.
1151 @subsection CPU dependent code generation
1152 @cindex CPU dependent
1153 See the @file{i386-gen.c} file to have an example.
1155 @table @code
1157 @item load()
1158 must generate the code needed to load a stack value into a register.
1160 @item store()
1161 must generate the code needed to store a register into a stack value
1162 lvalue.
1164 @item gfunc_start()
1165 @itemx gfunc_param()
1166 @itemx gfunc_call()
1167 should generate a function call
1169 @item gfunc_prolog()
1170 @itemx gfunc_epilog()
1171 should generate a function prolog/epilog.
1173 @item gen_opi(op)
1174 must generate the binary integer operation @var{op} on the two top
1175 entries of the stack which are guaranted to contain integer types.
1177 The result value should be put on the stack.
1179 @item gen_opf(op)
1180 same as @code{gen_opi()} for floating point operations. The two top
1181 entries of the stack are guaranted to contain floating point values of
1182 same types.
1184 @item gen_cvt_itof()
1185 integer to floating point conversion.
1187 @item gen_cvt_ftoi()
1188 floating point to integer conversion.
1190 @item gen_cvt_ftof()
1191 floating point to floating point of different size conversion.
1193 @item gen_bounded_ptr_add()
1194 @item gen_bounded_ptr_deref()
1195 are only used for bounds checking.
1197 @end table
1199 @section Optimizations done
1200 @cindex optimizations
1201 @cindex constant propagation
1202 @cindex strength reduction
1203 @cindex comparison operators
1204 @cindex caching processor flags
1205 @cindex flags, caching
1206 @cindex jump optimization
1207 Constant propagation is done for all operations. Multiplications and
1208 divisions are optimized to shifts when appropriate. Comparison
1209 operators are optimized by maintaining a special cache for the
1210 processor flags. &&, || and ! are optimized by maintaining a special
1211 'jump target' value. No other jump optimization is currently performed
1212 because it would require to store the code in a more abstract fashion.
1214 @unnumbered Concept Index
1215 @printindex cp
1217 @bye
1219 @c Local variables:
1220 @c fill-column: 78
1221 @c texinfo-column-for-description: 32
1222 @c End: