Relicensing TinyCC
[tinycc.git] / tcc-doc.texi
1 \input texinfo @c -*- texinfo -*-
2 @c %**start of header
3 @setfilename tcc-doc.info
4 @settitle Tiny C Compiler Reference Documentation
5 @dircategory Software development
6 @direntry
7 * TCC: (tcc-doc).               The Tiny C Compiler.
8 @end direntry
9 @c %**end of header
10
11 @include config.texi
12
13 @iftex
14 @titlepage
15 @afourpaper
16 @sp 7
17 @center @titlefont{Tiny C Compiler Reference Documentation}
18 @sp 3
19 @end titlepage
20 @headings double
21 @end iftex
22
23 @contents
24
25 @node Top, Introduction, (dir), (dir)
26 @top Tiny C Compiler Reference Documentation
27
28 This manual documents version @value{VERSION} of the Tiny C Compiler.
29
30 @menu
31 * Introduction::                Introduction to tcc.
32 * Invoke::                      Invocation of tcc (command line, options).
33 * Clang::                       ANSI C and extensions.
34 * asm::                         Assembler syntax.
35 * linker::                      Output file generation and supported targets.
36 * Bounds::                      Automatic bounds-checking of C code.
37 * Libtcc::                      The libtcc library.
38 * devel::                       Guide for Developers.
39 @end menu
40
41
42 @node Introduction
43 @chapter Introduction
44
45 TinyCC (aka TCC) is a small but hyper fast C compiler. Unlike other C
46 compilers, it is meant to be self-relying: you do not need an
47 external assembler or linker because TCC does that for you.
48
49 TCC compiles so @emph{fast} that even for big projects @code{Makefile}s may
50 not be necessary.
51
52 TCC not only supports ANSI C, but also most of the new ISO C99
53 standard and many GNUC extensions including inline assembly.
54
55 TCC can also be used to make @emph{C scripts}, i.e. pieces of C source
56 that you run as a Perl or Python script. Compilation is so fast that
57 your script will be as fast as if it was an executable.
58
59 TCC can also automatically generate memory and bound checks
60 (@pxref{Bounds}) while allowing all C pointers operations. TCC can do
61 these checks even if non patched libraries are used.
62
63 With @code{libtcc}, you can use TCC as a backend for dynamic code
64 generation (@pxref{Libtcc}).
65
66 TCC mainly supports the i386 target on Linux and Windows. There are alpha
67 ports for the ARM (@code{arm-tcc}) and the TMS320C67xx targets
68 (@code{c67-tcc}). More information about the ARM port is available at
69 @url{http://lists.gnu.org/archive/html/tinycc-devel/2003-10/msg00044.html}.
70
71 For usage on Windows, see also @url{tcc-win32.txt}.
72
73 @node Invoke
74 @chapter Command line invocation
75
76 @section Quick start
77
78 @example
79 @c man begin SYNOPSIS
80 usage: tcc [options] [@var{infile1} @var{infile2}@dots{}] [@option{-run} @var{infile} @var{args}@dots{}]
81 @c man end
82 @end example
83
84 @noindent
85 @c man begin DESCRIPTION
86 TCC options are a very much like gcc options. The main difference is that TCC
87 can also execute directly the resulting program and give it runtime
88 arguments.
89
90 Here are some examples to understand the logic:
91
92 @table @code
93 @item @samp{tcc -run a.c}
94 Compile @file{a.c} and execute it directly
95
96 @item @samp{tcc -run a.c arg1}
97 Compile a.c and execute it directly. arg1 is given as first argument to
98 the @code{main()} of a.c.
99
100 @item @samp{tcc a.c -run b.c arg1}
101 Compile @file{a.c} and @file{b.c}, link them together and execute them. arg1 is given
102 as first argument to the @code{main()} of the resulting program. 
103 @ignore 
104 Because multiple C files are specified, @option{--} are necessary to clearly 
105 separate the program arguments from the TCC options.
106 @end ignore
107
108 @item @samp{tcc -o myprog a.c b.c}
109 Compile @file{a.c} and @file{b.c}, link them and generate the executable @file{myprog}.
110
111 @item @samp{tcc -o myprog a.o b.o}
112 link @file{a.o} and @file{b.o} together and generate the executable @file{myprog}.
113
114 @item @samp{tcc -c a.c}
115 Compile @file{a.c} and generate object file @file{a.o}.
116
117 @item @samp{tcc -c asmfile.S}
118 Preprocess with C preprocess and assemble @file{asmfile.S} and generate
119 object file @file{asmfile.o}.
120
121 @item @samp{tcc -c asmfile.s}
122 Assemble (but not preprocess) @file{asmfile.s} and generate object file
123 @file{asmfile.o}.
124
125 @item @samp{tcc -r -o ab.o a.c b.c}
126 Compile @file{a.c} and @file{b.c}, link them together and generate the object file @file{ab.o}.
127
128 @end table
129
130 Scripting:
131
132 TCC can be invoked from @emph{scripts}, just as shell scripts. You just
133 need to add @code{#!/usr/local/bin/tcc -run} at the start of your C source:
134
135 @example
136 #!/usr/local/bin/tcc -run
137 #include <stdio.h>
138
139 int main() 
140 @{
141     printf("Hello World\n");
142     return 0;
143 @}
144 @end example
145
146 TCC can read C source code from @emph{standard input} when @option{-} is used in 
147 place of @option{infile}. Example:
148
149 @example
150 echo 'main()@{puts("hello");@}' | tcc -run -
151 @end example
152 @c man end
153
154 @section Option summary
155
156 General Options:
157
158 @c man begin OPTIONS
159 @table @option
160 @item -c
161 Generate an object file.
162
163 @item -o outfile
164 Put object file, executable, or dll into output file @file{outfile}.
165
166 @item -run source [args...]
167 Compile file @var{source} and run it with the command line arguments
168 @var{args}. In order to be able to give more than one argument to a
169 script, several TCC options can be given @emph{after} the
170 @option{-run} option, separated by spaces:
171 @example
172 tcc "-run -L/usr/X11R6/lib -lX11" ex4.c
173 @end example
174 In a script, it gives the following header:
175 @example
176 #!/usr/local/bin/tcc -run -L/usr/X11R6/lib -lX11
177 @end example
178
179 @item -dumpversion
180 Print only the compiler version and nothing else.
181
182 @item -v
183 Display TCC version.
184
185 @item -vv
186 Show included files.  As sole argument, print search dirs (as below).
187
188 @item -bench
189 Display compilation statistics.
190
191 @item -print-search-dirs
192 Print the configured installation directory and a list of library
193 and include directories tcc will search.
194
195 @end table
196
197 Preprocessor options:
198
199 @table @option
200 @item -Idir
201 Specify an additional include path. Include paths are searched in the
202 order they are specified.
203
204 System include paths are always searched after. The default system
205 include paths are: @file{/usr/local/include}, @file{/usr/include}
206 and @file{PREFIX/lib/tcc/include}. (@file{PREFIX} is usually
207 @file{/usr} or @file{/usr/local}).
208
209 @item -Dsym[=val]
210 Define preprocessor symbol @samp{sym} to
211 val. If val is not present, its value is @samp{1}. Function-like macros can
212 also be defined: @option{-DF(a)=a+1}
213
214 @item -Usym
215 Undefine preprocessor symbol @samp{sym}.
216 @end table
217
218 Compilation flags:
219
220 Note: each of the following warning options has a negative form beginning with
221 @option{-fno-}.
222
223 @table @option
224 @item -funsigned-char
225 Let the @code{char} type be unsigned.
226
227 @item -fsigned-char
228 Let the @code{char} type be signed.
229
230 @item -fno-common
231 Do not generate common symbols for uninitialized data.
232
233 @item -fleading-underscore
234 Add a leading underscore at the beginning of each C symbol.
235
236 @end table
237
238 Warning options:
239
240 @table @option
241 @item -w
242 Disable all warnings.
243
244 @end table
245
246 Note: each of the following warning options has a negative form beginning with
247 @option{-Wno-}.
248
249 @table @option
250 @item -Wimplicit-function-declaration
251 Warn about implicit function declaration.
252
253 @item -Wunsupported
254 Warn about unsupported GCC features that are ignored by TCC.
255
256 @item -Wwrite-strings
257 Make string constants be of type @code{const char *} instead of @code{char
258 *}.
259
260 @item -Werror
261 Abort compilation if warnings are issued.
262
263 @item -Wall 
264 Activate all warnings, except @option{-Werror}, @option{-Wunusupported} and
265 @option{-Wwrite-strings}.
266
267 @end table
268
269 Linker options:
270
271 @table @option
272 @item -Ldir
273 Specify an additional static library path for the @option{-l} option. The
274 default library paths are @file{/usr/local/lib}, @file{/usr/lib} and @file{/lib}.
275
276 @item -lxxx
277 Link your program with dynamic library libxxx.so or static library
278 libxxx.a. The library is searched in the paths specified by the
279 @option{-L} option and @env{LIBRARY_PATH} variable.
280
281 @item -Bdir
282 Set the path where the tcc internal libraries (and include files) can be
283 found (default is @file{PREFIX/lib/tcc}).
284
285 @item -shared
286 Generate a shared library instead of an executable.
287
288 @item -soname name
289 set name for shared library to be used at runtime
290
291 @item -static
292 Generate a statically linked executable (default is a shared linked
293 executable).
294
295 @item -rdynamic
296 Export global symbols to the dynamic linker. It is useful when a library
297 opened with @code{dlopen()} needs to access executable symbols.
298
299 @item -r
300 Generate an object file combining all input files.
301
302 @item -Wl,-rpath=path
303 Put custom seatch path for dynamic libraries into executable.
304
305 @item -Wl,--oformat=fmt
306 Use @var{fmt} as output format. The supported output formats are:
307 @table @code
308 @item elf32-i386
309 ELF output format (default)
310 @item binary
311 Binary image (only for executable output)
312 @item coff
313 COFF output format (only for executable output for TMS320C67xx target)
314 @end table
315
316 @item -Wl,-subsystem=console/gui/wince/...
317 Set type for PE (Windows) executables.
318
319 @item -Wl,-[Ttext=# | section-alignment=# | file-alignment=# | image-base=# | stack=#]
320 Modify executable layout.
321
322 @item -Wl,-Bsymbolic
323 Set DT_SYMBOLIC tag.
324
325 @end table
326
327 Debugger options:
328
329 @table @option
330 @item -g
331 Generate run time debug information so that you get clear run time
332 error messages: @code{ test.c:68: in function 'test5()': dereferencing
333 invalid pointer} instead of the laconic @code{Segmentation
334 fault}.
335
336 @item -b
337 Generate additional support code to check
338 memory allocations and array/pointer bounds. @option{-g} is implied. Note
339 that the generated code is slower and bigger in this case.
340
341 Note: @option{-b} is only available on i386 for the moment.
342
343 @item -bt N
344 Display N callers in stack traces. This is useful with @option{-g} or
345 @option{-b}.
346
347 @end table
348
349 Misc options:
350
351 @table @option
352 @item -MD
353 Generate makefile fragment with dependencies.
354
355 @item -MF depfile
356 Use @file{depfile} as output for -MD.
357
358 @end table
359
360 Note: GCC options @option{-Ox}, @option{-fx} and @option{-mx} are
361 ignored.
362 @c man end
363
364 @c man begin ENVIRONMENT
365 Environment variables that affect how tcc operates.
366
367 @table @option
368
369 @item CPATH
370 @item C_INCLUDE_PATH
371 A colon-separated list of directories searched for include files,
372 directories given with @option{-I} are searched first.
373
374 @item LIBRARY_PATH
375 A colon-separated list of directories searched for libraries for the
376 @option{-l} option, directories given with @option{-L} are searched first.
377
378 @end table
379
380 @c man end
381
382 @ignore
383
384 @setfilename tcc
385 @settitle Tiny C Compiler
386
387 @c man begin SEEALSO
388 cpp(1),
389 gcc(1)
390 @c man end
391
392 @c man begin AUTHOR
393 Fabrice Bellard
394 @c man end
395
396 @end ignore
397
398 @node Clang
399 @chapter C language support
400
401 @section ANSI C
402
403 TCC implements all the ANSI C standard, including structure bit fields
404 and floating point numbers (@code{long double}, @code{double}, and
405 @code{float} fully supported).
406
407 @section ISOC99 extensions
408
409 TCC implements many features of the new C standard: ISO C99. Currently
410 missing items are: complex and imaginary numbers.
411
412 Currently implemented ISOC99 features:
413
414 @itemize
415
416 @item variable length arrays.
417
418 @item 64 bit @code{long long} types are fully supported.
419
420 @item The boolean type @code{_Bool} is supported.
421
422 @item @code{__func__} is a string variable containing the current
423 function name.
424
425 @item Variadic macros: @code{__VA_ARGS__} can be used for
426    function-like macros:
427 @example
428     #define dprintf(level, __VA_ARGS__) printf(__VA_ARGS__)
429 @end example
430
431 @noindent
432 @code{dprintf} can then be used with a variable number of parameters.
433
434 @item Declarations can appear anywhere in a block (as in C++).
435
436 @item Array and struct/union elements can be initialized in any order by
437   using designators:
438 @example
439     struct @{ int x, y; @} st[10] = @{ [0].x = 1, [0].y = 2 @};
440
441     int tab[10] = @{ 1, 2, [5] = 5, [9] = 9@};
442 @end example
443     
444 @item Compound initializers are supported:
445 @example
446     int *p = (int [])@{ 1, 2, 3 @};
447 @end example
448 to initialize a pointer pointing to an initialized array. The same
449 works for structures and strings.
450
451 @item Hexadecimal floating point constants are supported:
452 @example
453           double d = 0x1234p10;
454 @end example
455
456 @noindent
457 is the same as writing 
458 @example
459           double d = 4771840.0;
460 @end example
461
462 @item @code{inline} keyword is ignored.
463
464 @item @code{restrict} keyword is ignored.
465 @end itemize
466
467 @section GNU C extensions
468
469 TCC implements some GNU C extensions:
470
471 @itemize
472
473 @item array designators can be used without '=': 
474 @example
475     int a[10] = @{ [0] 1, [5] 2, 3, 4 @};
476 @end example
477
478 @item Structure field designators can be a label: 
479 @example
480     struct @{ int x, y; @} st = @{ x: 1, y: 1@};
481 @end example
482 instead of
483 @example
484     struct @{ int x, y; @} st = @{ .x = 1, .y = 1@};
485 @end example
486
487 @item @code{\e} is ASCII character 27.
488
489 @item case ranges : ranges can be used in @code{case}s:
490 @example
491     switch(a) @{
492     case 1 @dots{} 9:
493           printf("range 1 to 9\n");
494           break;
495     default:
496           printf("unexpected\n");
497           break;
498     @}
499 @end example
500
501 @cindex aligned attribute
502 @cindex packed attribute
503 @cindex section attribute
504 @cindex unused attribute
505 @cindex cdecl attribute
506 @cindex stdcall attribute
507 @cindex regparm attribute
508 @cindex dllexport attribute
509
510 @item The keyword @code{__attribute__} is handled to specify variable or
511 function attributes. The following attributes are supported:
512   @itemize
513
514   @item @code{aligned(n)}: align a variable or a structure field to n bytes
515 (must be a power of two).
516
517   @item @code{packed}: force alignment of a variable or a structure field to
518   1.
519
520   @item @code{section(name)}: generate function or data in assembly section
521 name (name is a string containing the section name) instead of the default
522 section.
523
524   @item @code{unused}: specify that the variable or the function is unused.
525
526   @item @code{cdecl}: use standard C calling convention (default).
527
528   @item @code{stdcall}: use Pascal-like calling convention.
529
530   @item @code{regparm(n)}: use fast i386 calling convention. @var{n} must be
531 between 1 and 3. The first @var{n} function parameters are respectively put in
532 registers @code{%eax}, @code{%edx} and @code{%ecx}.
533
534   @item @code{dllexport}: export function from dll/executable (win32 only)
535
536   @end itemize
537
538 Here are some examples:
539 @example
540     int a __attribute__ ((aligned(8), section(".mysection")));
541 @end example
542
543 @noindent
544 align variable @code{a} to 8 bytes and put it in section @code{.mysection}.
545
546 @example
547     int my_add(int a, int b) __attribute__ ((section(".mycodesection"))) 
548     @{
549         return a + b;
550     @}
551 @end example
552
553 @noindent
554 generate function @code{my_add} in section @code{.mycodesection}.
555
556 @item GNU style variadic macros:
557 @example
558     #define dprintf(fmt, args@dots{}) printf(fmt, ## args)
559
560     dprintf("no arg\n");
561     dprintf("one arg %d\n", 1);
562 @end example
563
564 @item @code{__FUNCTION__} is interpreted as C99 @code{__func__} 
565 (so it has not exactly the same semantics as string literal GNUC
566 where it is a string literal).
567
568 @item The @code{__alignof__} keyword can be used as @code{sizeof} 
569 to get the alignment of a type or an expression.
570
571 @item The @code{typeof(x)} returns the type of @code{x}. 
572 @code{x} is an expression or a type.
573
574 @item Computed gotos: @code{&&label} returns a pointer of type 
575 @code{void *} on the goto label @code{label}. @code{goto *expr} can be
576 used to jump on the pointer resulting from @code{expr}.
577
578 @item Inline assembly with asm instruction:
579 @cindex inline assembly
580 @cindex assembly, inline
581 @cindex __asm__
582 @example
583 static inline void * my_memcpy(void * to, const void * from, size_t n)
584 @{
585 int d0, d1, d2;
586 __asm__ __volatile__(
587         "rep ; movsl\n\t"
588         "testb $2,%b4\n\t"
589         "je 1f\n\t"
590         "movsw\n"
591         "1:\ttestb $1,%b4\n\t"
592         "je 2f\n\t"
593         "movsb\n"
594         "2:"
595         : "=&c" (d0), "=&D" (d1), "=&S" (d2)
596         :"0" (n/4), "q" (n),"1" ((long) to),"2" ((long) from)
597         : "memory");
598 return (to);
599 @}
600 @end example
601
602 @noindent
603 @cindex gas
604 TCC includes its own x86 inline assembler with a @code{gas}-like (GNU
605 assembler) syntax. No intermediate files are generated. GCC 3.x named
606 operands are supported.
607
608 @item @code{__builtin_types_compatible_p()} and @code{__builtin_constant_p()} 
609 are supported.
610
611 @item @code{#pragma pack} is supported for win32 compatibility.
612
613 @end itemize
614
615 @section TinyCC extensions
616
617 @itemize
618
619 @item @code{__TINYC__} is a predefined macro to indicate that you use TCC.
620
621 @item @code{#!} at the start of a line is ignored to allow scripting.
622
623 @item Binary digits can be entered (@code{0b101} instead of
624 @code{5}).
625
626 @item @code{__BOUNDS_CHECKING_ON} is defined if bound checking is activated.
627
628 @end itemize
629
630 @node asm
631 @chapter TinyCC Assembler
632
633 Since version 0.9.16, TinyCC integrates its own assembler. TinyCC
634 assembler supports a gas-like syntax (GNU assembler). You can
635 desactivate assembler support if you want a smaller TinyCC executable
636 (the C compiler does not rely on the assembler).
637
638 TinyCC Assembler is used to handle files with @file{.S} (C
639 preprocessed assembler) and @file{.s} extensions. It is also used to
640 handle the GNU inline assembler with the @code{asm} keyword.
641
642 @section Syntax
643
644 TinyCC Assembler supports most of the gas syntax. The tokens are the
645 same as C.
646
647 @itemize
648
649 @item C and C++ comments are supported.
650
651 @item Identifiers are the same as C, so you cannot use '.' or '$'.
652
653 @item Only 32 bit integer numbers are supported.
654
655 @end itemize
656
657 @section Expressions
658
659 @itemize
660
661 @item Integers in decimal, octal and hexa are supported.
662
663 @item Unary operators: +, -, ~.
664
665 @item Binary operators in decreasing priority order:
666
667 @enumerate
668 @item *, /, %
669 @item &, |, ^
670 @item +, -
671 @end enumerate
672
673 @item A value is either an absolute number or a label plus an offset. 
674 All operators accept absolute values except '+' and '-'. '+' or '-' can be
675 used to add an offset to a label. '-' supports two labels only if they
676 are the same or if they are both defined and in the same section.
677
678 @end itemize
679
680 @section Labels
681
682 @itemize
683
684 @item All labels are considered as local, except undefined ones.
685
686 @item Numeric labels can be used as local @code{gas}-like labels. 
687 They can be defined several times in the same source. Use 'b'
688 (backward) or 'f' (forward) as suffix to reference them:
689
690 @example
691  1:
692       jmp 1b /* jump to '1' label before */
693       jmp 1f /* jump to '1' label after */
694  1:
695 @end example
696
697 @end itemize
698
699 @section Directives
700 @cindex assembler directives
701 @cindex directives, assembler
702 @cindex align directive
703 @cindex skip directive
704 @cindex space directive
705 @cindex byte directive
706 @cindex word directive
707 @cindex short directive
708 @cindex int directive
709 @cindex long directive
710 @cindex quad directive
711 @cindex globl directive
712 @cindex global directive
713 @cindex section directive
714 @cindex text directive
715 @cindex data directive
716 @cindex bss directive
717 @cindex fill directive
718 @cindex org directive
719 @cindex previous directive
720 @cindex string directive
721 @cindex asciz directive
722 @cindex ascii directive
723
724 All directives are preceded by a '.'. The following directives are
725 supported:
726
727 @itemize
728 @item .align n[,value]
729 @item .skip n[,value]
730 @item .space n[,value]
731 @item .byte value1[,...]
732 @item .word value1[,...]
733 @item .short value1[,...]
734 @item .int value1[,...]
735 @item .long value1[,...]
736 @item .quad immediate_value1[,...]
737 @item .globl symbol
738 @item .global symbol
739 @item .section section
740 @item .text
741 @item .data
742 @item .bss
743 @item .fill repeat[,size[,value]]
744 @item .org n
745 @item .previous
746 @item .string string[,...]
747 @item .asciz string[,...]
748 @item .ascii string[,...]
749 @end itemize
750
751 @section X86 Assembler
752 @cindex assembler
753
754 All X86 opcodes are supported. Only ATT syntax is supported (source
755 then destination operand order). If no size suffix is given, TinyCC
756 tries to guess it from the operand sizes.
757
758 Currently, MMX opcodes are supported but not SSE ones.
759
760 @node linker
761 @chapter TinyCC Linker
762 @cindex linker
763
764 @section ELF file generation
765 @cindex ELF
766
767 TCC can directly output relocatable ELF files (object files),
768 executable ELF files and dynamic ELF libraries without relying on an
769 external linker.
770
771 Dynamic ELF libraries can be output but the C compiler does not generate
772 position independent code (PIC). It means that the dynamic library
773 code generated by TCC cannot be factorized among processes yet.
774
775 TCC linker eliminates unreferenced object code in libraries. A single pass is
776 done on the object and library list, so the order in which object files and
777 libraries are specified is important (same constraint as GNU ld). No grouping
778 options (@option{--start-group} and @option{--end-group}) are supported.
779
780 @section ELF file loader
781
782 TCC can load ELF object files, archives (.a files) and dynamic
783 libraries (.so).
784
785 @section PE-i386 file generation
786 @cindex PE-i386
787
788 TCC for Windows supports the native Win32 executable file format (PE-i386).  It
789 generates EXE files (console and gui) and DLL files.
790
791 For usage on Windows, see also tcc-win32.txt.
792
793 @section GNU Linker Scripts
794 @cindex scripts, linker
795 @cindex linker scripts
796 @cindex GROUP, linker command
797 @cindex FILE, linker command
798 @cindex OUTPUT_FORMAT, linker command
799 @cindex TARGET, linker command
800
801 Because on many Linux systems some dynamic libraries (such as
802 @file{/usr/lib/libc.so}) are in fact GNU ld link scripts (horrible!),
803 the TCC linker also supports a subset of GNU ld scripts.
804
805 The @code{GROUP} and @code{FILE} commands are supported. @code{OUTPUT_FORMAT}
806 and @code{TARGET} are ignored.
807
808 Example from @file{/usr/lib/libc.so}:
809 @example
810 /* GNU ld script
811    Use the shared library, but some functions are only in
812    the static library, so try that secondarily.  */
813 GROUP ( /lib/libc.so.6 /usr/lib/libc_nonshared.a )
814 @end example
815
816 @node Bounds
817 @chapter TinyCC Memory and Bound checks
818 @cindex bound checks
819 @cindex memory checks
820
821 This feature is activated with the @option{-b} (@pxref{Invoke}).
822
823 Note that pointer size is @emph{unchanged} and that code generated
824 with bound checks is @emph{fully compatible} with unchecked
825 code. When a pointer comes from unchecked code, it is assumed to be
826 valid. Even very obscure C code with casts should work correctly.
827
828 For more information about the ideas behind this method, see
829 @url{http://www.doc.ic.ac.uk/~phjk/BoundsChecking.html}.
830
831 Here are some examples of caught errors:
832
833 @table @asis
834
835 @item Invalid range with standard string function:
836 @example
837 @{
838     char tab[10];
839     memset(tab, 0, 11);
840 @}
841 @end example
842
843 @item Out of bounds-error in global or local arrays:
844 @example
845 @{
846     int tab[10];
847     for(i=0;i<11;i++) @{
848         sum += tab[i];
849     @}
850 @}
851 @end example
852
853 @item Out of bounds-error in malloc'ed data:
854 @example
855 @{
856     int *tab;
857     tab = malloc(20 * sizeof(int));
858     for(i=0;i<21;i++) @{
859         sum += tab4[i];
860     @}
861     free(tab);
862 @}
863 @end example
864
865 @item Access of freed memory:
866 @example
867 @{
868     int *tab;
869     tab = malloc(20 * sizeof(int));
870     free(tab);
871     for(i=0;i<20;i++) @{
872         sum += tab4[i];
873     @}
874 @}
875 @end example
876
877 @item Double free:
878 @example
879 @{
880     int *tab;
881     tab = malloc(20 * sizeof(int));
882     free(tab);
883     free(tab);
884 @}
885 @end example
886
887 @end table
888
889 @node Libtcc
890 @chapter The @code{libtcc} library
891
892 The @code{libtcc} library enables you to use TCC as a backend for
893 dynamic code generation. 
894
895 Read the @file{libtcc.h} to have an overview of the API. Read
896 @file{libtcc_test.c} to have a very simple example.
897
898 The idea consists in giving a C string containing the program you want
899 to compile directly to @code{libtcc}. Then you can access to any global
900 symbol (function or variable) defined.
901
902 @node devel
903 @chapter Developer's guide
904
905 This chapter gives some hints to understand how TCC works. You can skip
906 it if you do not intend to modify the TCC code.
907
908 @section File reading
909
910 The @code{BufferedFile} structure contains the context needed to read a
911 file, including the current line number. @code{tcc_open()} opens a new
912 file and @code{tcc_close()} closes it. @code{inp()} returns the next
913 character.
914
915 @section Lexer
916
917 @code{next()} reads the next token in the current
918 file. @code{next_nomacro()} reads the next token without macro
919 expansion.
920
921 @code{tok} contains the current token (see @code{TOK_xxx})
922 constants. Identifiers and keywords are also keywords. @code{tokc}
923 contains additional infos about the token (for example a constant value
924 if number or string token).
925
926 @section Parser
927
928 The parser is hardcoded (yacc is not necessary). It does only one pass,
929 except:
930
931 @itemize
932
933 @item For initialized arrays with unknown size, a first pass 
934 is done to count the number of elements.
935
936 @item For architectures where arguments are evaluated in 
937 reverse order, a first pass is done to reverse the argument order.
938
939 @end itemize
940
941 @section Types
942
943 The types are stored in a single 'int' variable. It was chosen in the
944 first stages of development when tcc was much simpler. Now, it may not
945 be the best solution.
946
947 @example
948 #define VT_INT        0  /* integer type */
949 #define VT_BYTE       1  /* signed byte type */
950 #define VT_SHORT      2  /* short type */
951 #define VT_VOID       3  /* void type */
952 #define VT_PTR        4  /* pointer */
953 #define VT_ENUM       5  /* enum definition */
954 #define VT_FUNC       6  /* function type */
955 #define VT_STRUCT     7  /* struct/union definition */
956 #define VT_FLOAT      8  /* IEEE float */
957 #define VT_DOUBLE     9  /* IEEE double */
958 #define VT_LDOUBLE   10  /* IEEE long double */
959 #define VT_BOOL      11  /* ISOC99 boolean type */
960 #define VT_LLONG     12  /* 64 bit integer */
961 #define VT_LONG      13  /* long integer (NEVER USED as type, only
962                             during parsing) */
963 #define VT_BTYPE      0x000f /* mask for basic type */
964 #define VT_UNSIGNED   0x0010  /* unsigned type */
965 #define VT_ARRAY      0x0020  /* array type (also has VT_PTR) */
966 #define VT_VLA        0x20000 /* VLA type (also has VT_PTR and VT_ARRAY) */
967 #define VT_BITFIELD   0x0040  /* bitfield modifier */
968 #define VT_CONSTANT   0x0800  /* const modifier */
969 #define VT_VOLATILE   0x1000  /* volatile modifier */
970 #define VT_SIGNED     0x2000  /* signed type */
971
972 #define VT_STRUCT_SHIFT 18   /* structure/enum name shift (14 bits left) */
973 @end example
974
975 When a reference to another type is needed (for pointers, functions and
976 structures), the @code{32 - VT_STRUCT_SHIFT} high order bits are used to
977 store an identifier reference.
978
979 The @code{VT_UNSIGNED} flag can be set for chars, shorts, ints and long
980 longs.
981
982 Arrays are considered as pointers @code{VT_PTR} with the flag
983 @code{VT_ARRAY} set. Variable length arrays are considered as special
984 arrays and have flag @code{VT_VLA} set instead of @code{VT_ARRAY}.
985
986 The @code{VT_BITFIELD} flag can be set for chars, shorts, ints and long
987 longs. If it is set, then the bitfield position is stored from bits
988 VT_STRUCT_SHIFT to VT_STRUCT_SHIFT + 5 and the bit field size is stored
989 from bits VT_STRUCT_SHIFT + 6 to VT_STRUCT_SHIFT + 11.
990
991 @code{VT_LONG} is never used except during parsing.
992
993 During parsing, the storage of an object is also stored in the type
994 integer:
995
996 @example
997 #define VT_EXTERN  0x00000080  /* extern definition */
998 #define VT_STATIC  0x00000100  /* static variable */
999 #define VT_TYPEDEF 0x00000200  /* typedef definition */
1000 #define VT_INLINE  0x00000400  /* inline definition */
1001 #define VT_IMPORT  0x00004000  /* win32: extern data imported from dll */
1002 #define VT_EXPORT  0x00008000  /* win32: data exported from dll */
1003 #define VT_WEAK    0x00010000  /* win32: data exported from dll */
1004 @end example
1005
1006 @section Symbols
1007
1008 All symbols are stored in hashed symbol stacks. Each symbol stack
1009 contains @code{Sym} structures.
1010
1011 @code{Sym.v} contains the symbol name (remember
1012 an idenfier is also a token, so a string is never necessary to store
1013 it). @code{Sym.t} gives the type of the symbol. @code{Sym.r} is usually
1014 the register in which the corresponding variable is stored. @code{Sym.c} is
1015 usually a constant associated to the symbol like its address for normal
1016 symbols, and the number of entries for symbols representing arrays.
1017 Variable length array types use @code{Sym.c} as a location on the stack
1018 which holds the runtime sizeof for the type.
1019
1020 Four main symbol stacks are defined:
1021
1022 @table @code
1023
1024 @item define_stack
1025 for the macros (@code{#define}s).
1026
1027 @item global_stack
1028 for the global variables, functions and types.
1029
1030 @item local_stack
1031 for the local variables, functions and types.
1032
1033 @item global_label_stack
1034 for the local labels (for @code{goto}).
1035
1036 @item label_stack
1037 for GCC block local labels (see the @code{__label__} keyword).
1038
1039 @end table
1040
1041 @code{sym_push()} is used to add a new symbol in the local symbol
1042 stack. If no local symbol stack is active, it is added in the global
1043 symbol stack.
1044
1045 @code{sym_pop(st,b)} pops symbols from the symbol stack @var{st} until
1046 the symbol @var{b} is on the top of stack. If @var{b} is NULL, the stack
1047 is emptied.
1048
1049 @code{sym_find(v)} return the symbol associated to the identifier
1050 @var{v}. The local stack is searched first from top to bottom, then the
1051 global stack.
1052
1053 @section Sections
1054
1055 The generated code and datas are written in sections. The structure
1056 @code{Section} contains all the necessary information for a given
1057 section. @code{new_section()} creates a new section. ELF file semantics
1058 is assumed for each section.
1059
1060 The following sections are predefined:
1061
1062 @table @code
1063
1064 @item text_section
1065 is the section containing the generated code. @var{ind} contains the
1066 current position in the code section.
1067
1068 @item data_section
1069 contains initialized data
1070
1071 @item bss_section
1072 contains uninitialized data
1073
1074 @item bounds_section
1075 @itemx lbounds_section
1076 are used when bound checking is activated
1077
1078 @item stab_section
1079 @itemx stabstr_section
1080 are used when debugging is actived to store debug information
1081
1082 @item symtab_section
1083 @itemx strtab_section
1084 contain the exported symbols (currently only used for debugging).
1085
1086 @end table
1087
1088 @section Code generation
1089 @cindex code generation
1090
1091 @subsection Introduction
1092
1093 The TCC code generator directly generates linked binary code in one
1094 pass. It is rather unusual these days (see gcc for example which
1095 generates text assembly), but it can be very fast and surprisingly
1096 little complicated.
1097
1098 The TCC code generator is register based. Optimization is only done at
1099 the expression level. No intermediate representation of expression is
1100 kept except the current values stored in the @emph{value stack}.
1101
1102 On x86, three temporary registers are used. When more registers are
1103 needed, one register is spilled into a new temporary variable on the stack.
1104
1105 @subsection The value stack
1106 @cindex value stack, introduction
1107
1108 When an expression is parsed, its value is pushed on the value stack
1109 (@var{vstack}). The top of the value stack is @var{vtop}. Each value
1110 stack entry is the structure @code{SValue}.
1111
1112 @code{SValue.t} is the type. @code{SValue.r} indicates how the value is
1113 currently stored in the generated code. It is usually a CPU register
1114 index (@code{REG_xxx} constants), but additional values and flags are
1115 defined:
1116
1117 @example
1118 #define VT_CONST     0x00f0
1119 #define VT_LLOCAL    0x00f1
1120 #define VT_LOCAL     0x00f2
1121 #define VT_CMP       0x00f3
1122 #define VT_JMP       0x00f4
1123 #define VT_JMPI      0x00f5
1124 #define VT_LVAL      0x0100
1125 #define VT_SYM       0x0200
1126 #define VT_MUSTCAST  0x0400
1127 #define VT_MUSTBOUND 0x0800
1128 #define VT_BOUNDED   0x8000
1129 #define VT_LVAL_BYTE     0x1000
1130 #define VT_LVAL_SHORT    0x2000
1131 #define VT_LVAL_UNSIGNED 0x4000
1132 #define VT_LVAL_TYPE     (VT_LVAL_BYTE | VT_LVAL_SHORT | VT_LVAL_UNSIGNED)
1133 @end example
1134
1135 @table @code
1136
1137 @item VT_CONST
1138 indicates that the value is a constant. It is stored in the union
1139 @code{SValue.c}, depending on its type.
1140
1141 @item VT_LOCAL
1142 indicates a local variable pointer at offset @code{SValue.c.i} in the
1143 stack.
1144
1145 @item VT_CMP
1146 indicates that the value is actually stored in the CPU flags (i.e. the
1147 value is the consequence of a test). The value is either 0 or 1. The
1148 actual CPU flags used is indicated in @code{SValue.c.i}. 
1149
1150 If any code is generated which destroys the CPU flags, this value MUST be
1151 put in a normal register.
1152
1153 @item VT_JMP
1154 @itemx VT_JMPI
1155 indicates that the value is the consequence of a conditional jump. For VT_JMP,
1156 it is 1 if the jump is taken, 0 otherwise. For VT_JMPI it is inverted.
1157
1158 These values are used to compile the @code{||} and @code{&&} logical
1159 operators.
1160
1161 If any code is generated, this value MUST be put in a normal
1162 register. Otherwise, the generated code won't be executed if the jump is
1163 taken.
1164
1165 @item VT_LVAL
1166 is a flag indicating that the value is actually an lvalue (left value of
1167 an assignment). It means that the value stored is actually a pointer to
1168 the wanted value. 
1169
1170 Understanding the use @code{VT_LVAL} is very important if you want to
1171 understand how TCC works.
1172
1173 @item VT_LVAL_BYTE
1174 @itemx VT_LVAL_SHORT
1175 @itemx VT_LVAL_UNSIGNED
1176 if the lvalue has an integer type, then these flags give its real
1177 type. The type alone is not enough in case of cast optimisations.
1178
1179 @item VT_LLOCAL
1180 is a saved lvalue on the stack. @code{VT_LLOCAL} should be eliminated
1181 ASAP because its semantics are rather complicated.
1182
1183 @item VT_MUSTCAST
1184 indicates that a cast to the value type must be performed if the value
1185 is used (lazy casting).
1186
1187 @item VT_SYM
1188 indicates that the symbol @code{SValue.sym} must be added to the constant.
1189
1190 @item VT_MUSTBOUND
1191 @itemx VT_BOUNDED
1192 are only used for optional bound checking.
1193
1194 @end table
1195
1196 @subsection Manipulating the value stack
1197 @cindex value stack
1198
1199 @code{vsetc()} and @code{vset()} pushes a new value on the value
1200 stack. If the previous @var{vtop} was stored in a very unsafe place(for
1201 example in the CPU flags), then some code is generated to put the
1202 previous @var{vtop} in a safe storage.
1203
1204 @code{vpop()} pops @var{vtop}. In some cases, it also generates cleanup
1205 code (for example if stacked floating point registers are used as on
1206 x86).
1207
1208 The @code{gv(rc)} function generates code to evaluate @var{vtop} (the
1209 top value of the stack) into registers. @var{rc} selects in which
1210 register class the value should be put. @code{gv()} is the @emph{most
1211 important function} of the code generator.
1212
1213 @code{gv2()} is the same as @code{gv()} but for the top two stack
1214 entries.
1215
1216 @subsection CPU dependent code generation
1217 @cindex CPU dependent
1218 See the @file{i386-gen.c} file to have an example.
1219
1220 @table @code
1221
1222 @item load()
1223 must generate the code needed to load a stack value into a register.
1224
1225 @item store()
1226 must generate the code needed to store a register into a stack value
1227 lvalue.
1228
1229 @item gfunc_start()
1230 @itemx gfunc_param()
1231 @itemx gfunc_call()
1232 should generate a function call
1233
1234 @item gfunc_prolog()
1235 @itemx gfunc_epilog()
1236 should generate a function prolog/epilog.
1237
1238 @item gen_opi(op)
1239 must generate the binary integer operation @var{op} on the two top
1240 entries of the stack which are guaranted to contain integer types.
1241
1242 The result value should be put on the stack.
1243
1244 @item gen_opf(op)
1245 same as @code{gen_opi()} for floating point operations. The two top
1246 entries of the stack are guaranted to contain floating point values of
1247 same types.
1248
1249 @item gen_cvt_itof()
1250 integer to floating point conversion.
1251
1252 @item gen_cvt_ftoi()
1253 floating point to integer conversion.
1254
1255 @item gen_cvt_ftof()
1256 floating point to floating point of different size conversion.
1257
1258 @item gen_bounded_ptr_add()
1259 @item gen_bounded_ptr_deref()
1260 are only used for bounds checking.
1261
1262 @end table
1263
1264 @section Optimizations done
1265 @cindex optimizations
1266 @cindex constant propagation
1267 @cindex strength reduction
1268 @cindex comparison operators
1269 @cindex caching processor flags
1270 @cindex flags, caching
1271 @cindex jump optimization
1272 Constant propagation is done for all operations. Multiplications and
1273 divisions are optimized to shifts when appropriate. Comparison
1274 operators are optimized by maintaining a special cache for the
1275 processor flags. &&, || and ! are optimized by maintaining a special
1276 'jump target' value. No other jump optimization is currently performed
1277 because it would require to store the code in a more abstract fashion.
1278
1279 @unnumbered Concept Index
1280 @printindex cp
1281
1282 @bye
1283
1284 @c Local variables:
1285 @c fill-column: 78
1286 @c texinfo-column-for-description: 32
1287 @c End: