f5e6d6d0f980cd357104029b6f2e3ae0e212f69c
[tinycc.git] / tcc-doc.texi
blobf5e6d6d0f980cd357104029b6f2e3ae0e212f69c
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
11 @include config.texi
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
23 @contents
25 @node Top, Introduction, (dir), (dir)
26 @top Tiny C Compiler Reference Documentation
28 This manual documents version @value{VERSION} of the Tiny C Compiler.
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
42 @node Introduction
43 @chapter Introduction
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.
49 TCC compiles so @emph{fast} that even for big projects @code{Makefile}s may
50 not be necessary.
52 TCC not only supports ANSI C, but also most of the new ISO C99
53 standard and many GNUC extensions including inline assembly.
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.
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.
63 With @code{libtcc}, you can use TCC as a backend for dynamic code
64 generation (@pxref{Libtcc}).
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}.
71 For usage on Windows, see also @url{tcc-win32.txt}.
73 @node Invoke
74 @chapter Command line invocation
76 @section Quick start
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
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.
90 Here are some examples to understand the logic:
92 @table @code
93 @item @samp{tcc -run a.c}
94 Compile @file{a.c} and execute it directly
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.
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
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}.
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}.
114 @item @samp{tcc -c a.c}
115 Compile @file{a.c} and generate object file @file{a.o}.
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}.
121 @item @samp{tcc -c asmfile.s}
122 Assemble (but not preprocess) @file{asmfile.s} and generate object file
123 @file{asmfile.o}.
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}.
128 @end table
130 Scripting:
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:
135 @example
136 #!/usr/local/bin/tcc -run
137 #include <stdio.h>
139 int main() 
141     printf("Hello World\n");
142     return 0;
144 @end example
146 TCC can read C source code from @emph{standard input} when @option{-} is used in 
147 place of @option{infile}. Example:
149 @example
150 echo 'main()@{puts("hello");@}' | tcc -run -
151 @end example
152 @c man end
154 @section Option summary
156 General Options:
158 @c man begin OPTIONS
159 @table @option
160 @item -c
161 Generate an object file.
163 @item -o outfile
164 Put object file, executable, or dll into output file @file{outfile}.
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
179 @item -dumpversion
180 Print only the compiler version and nothing else.
182 @item -v
183 Display TCC version.
185 @item -vv
186 Show included files.  As sole argument, print search dirs (as below).
188 @item -bench
189 Display compilation statistics.
191 @item -print-search-dirs
192 Print the configured installation directory and a list of library
193 and include directories tcc will search.
195 @end table
197 Preprocessor options:
199 @table @option
200 @item -Idir
201 Specify an additional include path. Include paths are searched in the
202 order they are specified.
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}).
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}
214 @item -Usym
215 Undefine preprocessor symbol @samp{sym}.
216 @end table
218 Compilation flags:
220 Note: each of the following warning options has a negative form beginning with
221 @option{-fno-}.
223 @table @option
224 @item -funsigned-char
225 Let the @code{char} type be unsigned.
227 @item -fsigned-char
228 Let the @code{char} type be signed.
230 @item -fno-common
231 Do not generate common symbols for uninitialized data.
233 @item -fleading-underscore
234 Add a leading underscore at the beginning of each C symbol.
236 @end table
238 Warning options:
240 @table @option
241 @item -w
242 Disable all warnings.
244 @end table
246 Note: each of the following warning options has a negative form beginning with
247 @option{-Wno-}.
249 @table @option
250 @item -Wimplicit-function-declaration
251 Warn about implicit function declaration.
253 @item -Wunsupported
254 Warn about unsupported GCC features that are ignored by TCC.
256 @item -Wwrite-strings
257 Make string constants be of type @code{const char *} instead of @code{char
260 @item -Werror
261 Abort compilation if warnings are issued.
263 @item -Wall 
264 Activate all warnings, except @option{-Werror}, @option{-Wunusupported} and
265 @option{-Wwrite-strings}.
267 @end table
269 Linker options:
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}.
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.
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}).
285 @item -shared
286 Generate a shared library instead of an executable.
288 @item -soname name
289 set name for shared library to be used at runtime
291 @item -static
292 Generate a statically linked executable (default is a shared linked
293 executable).
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.
299 @item -r
300 Generate an object file combining all input files.
302 @item -Wl,-rpath=path
303 Put custom seatch path for dynamic libraries into executable.
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
316 @item -Wl,-subsystem=console/gui/wince/...
317 Set type for PE (Windows) executables.
319 @item -Wl,-[Ttext=# | section-alignment=# | file-alignment=# | image-base=# | stack=#]
320 Modify executable layout.
322 @item -Wl,-Bsymbolic
323 Set DT_SYMBOLIC tag.
325 @end table
327 Debugger options:
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}.
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.
341 Note: @option{-b} is only available on i386 for the moment.
343 @item -bt N
344 Display N callers in stack traces. This is useful with @option{-g} or
345 @option{-b}.
347 @end table
349 Misc options:
351 @table @option
352 @item -MD
353 Generate makefile fragment with dependencies.
355 @item -MF depfile
356 Use @file{depfile} as output for -MD.
358 @end table
360 Note: GCC options @option{-Ox}, @option{-fx} and @option{-mx} are
361 ignored.
362 @c man end
364 @ignore
366 @setfilename tcc
367 @settitle Tiny C Compiler
369 @c man begin SEEALSO
370 gcc(1)
371 @c man end
373 @c man begin AUTHOR
374 Fabrice Bellard
375 @c man end
377 @end ignore
379 @node Clang
380 @chapter C language support
382 @section ANSI C
384 TCC implements all the ANSI C standard, including structure bit fields
385 and floating point numbers (@code{long double}, @code{double}, and
386 @code{float} fully supported).
388 @section ISOC99 extensions
390 TCC implements many features of the new C standard: ISO C99. Currently
391 missing items are: complex and imaginary numbers.
393 Currently implemented ISOC99 features:
395 @itemize
397 @item variable length arrays.
399 @item 64 bit @code{long long} types are fully supported.
401 @item The boolean type @code{_Bool} is supported.
403 @item @code{__func__} is a string variable containing the current
404 function name.
406 @item Variadic macros: @code{__VA_ARGS__} can be used for
407    function-like macros:
408 @example
409     #define dprintf(level, __VA_ARGS__) printf(__VA_ARGS__)
410 @end example
412 @noindent
413 @code{dprintf} can then be used with a variable number of parameters.
415 @item Declarations can appear anywhere in a block (as in C++).
417 @item Array and struct/union elements can be initialized in any order by
418   using designators:
419 @example
420     struct @{ int x, y; @} st[10] = @{ [0].x = 1, [0].y = 2 @};
422     int tab[10] = @{ 1, 2, [5] = 5, [9] = 9@};
423 @end example
424     
425 @item Compound initializers are supported:
426 @example
427     int *p = (int [])@{ 1, 2, 3 @};
428 @end example
429 to initialize a pointer pointing to an initialized array. The same
430 works for structures and strings.
432 @item Hexadecimal floating point constants are supported:
433 @example
434           double d = 0x1234p10;
435 @end example
437 @noindent
438 is the same as writing 
439 @example
440           double d = 4771840.0;
441 @end example
443 @item @code{inline} keyword is ignored.
445 @item @code{restrict} keyword is ignored.
446 @end itemize
448 @section GNU C extensions
450 TCC implements some GNU C extensions:
452 @itemize
454 @item array designators can be used without '=': 
455 @example
456     int a[10] = @{ [0] 1, [5] 2, 3, 4 @};
457 @end example
459 @item Structure field designators can be a label: 
460 @example
461     struct @{ int x, y; @} st = @{ x: 1, y: 1@};
462 @end example
463 instead of
464 @example
465     struct @{ int x, y; @} st = @{ .x = 1, .y = 1@};
466 @end example
468 @item @code{\e} is ASCII character 27.
470 @item case ranges : ranges can be used in @code{case}s:
471 @example
472     switch(a) @{
473     case 1 @dots{} 9:
474           printf("range 1 to 9\n");
475           break;
476     default:
477           printf("unexpected\n");
478           break;
479     @}
480 @end example
482 @cindex aligned attribute
483 @cindex packed attribute
484 @cindex section attribute
485 @cindex unused attribute
486 @cindex cdecl attribute
487 @cindex stdcall attribute
488 @cindex regparm attribute
489 @cindex dllexport attribute
491 @item The keyword @code{__attribute__} is handled to specify variable or
492 function attributes. The following attributes are supported:
493   @itemize
495   @item @code{aligned(n)}: align a variable or a structure field to n bytes
496 (must be a power of two).
498   @item @code{packed}: force alignment of a variable or a structure field to
499   1.
501   @item @code{section(name)}: generate function or data in assembly section
502 name (name is a string containing the section name) instead of the default
503 section.
505   @item @code{unused}: specify that the variable or the function is unused.
507   @item @code{cdecl}: use standard C calling convention (default).
509   @item @code{stdcall}: use Pascal-like calling convention.
511   @item @code{regparm(n)}: use fast i386 calling convention. @var{n} must be
512 between 1 and 3. The first @var{n} function parameters are respectively put in
513 registers @code{%eax}, @code{%edx} and @code{%ecx}.
515   @item @code{dllexport}: export function from dll/executable (win32 only)
517   @end itemize
519 Here are some examples:
520 @example
521     int a __attribute__ ((aligned(8), section(".mysection")));
522 @end example
524 @noindent
525 align variable @code{a} to 8 bytes and put it in section @code{.mysection}.
527 @example
528     int my_add(int a, int b) __attribute__ ((section(".mycodesection"))) 
529     @{
530         return a + b;
531     @}
532 @end example
534 @noindent
535 generate function @code{my_add} in section @code{.mycodesection}.
537 @item GNU style variadic macros:
538 @example
539     #define dprintf(fmt, args@dots{}) printf(fmt, ## args)
541     dprintf("no arg\n");
542     dprintf("one arg %d\n", 1);
543 @end example
545 @item @code{__FUNCTION__} is interpreted as C99 @code{__func__} 
546 (so it has not exactly the same semantics as string literal GNUC
547 where it is a string literal).
549 @item The @code{__alignof__} keyword can be used as @code{sizeof} 
550 to get the alignment of a type or an expression.
552 @item The @code{typeof(x)} returns the type of @code{x}. 
553 @code{x} is an expression or a type.
555 @item Computed gotos: @code{&&label} returns a pointer of type 
556 @code{void *} on the goto label @code{label}. @code{goto *expr} can be
557 used to jump on the pointer resulting from @code{expr}.
559 @item Inline assembly with asm instruction:
560 @cindex inline assembly
561 @cindex assembly, inline
562 @cindex __asm__
563 @example
564 static inline void * my_memcpy(void * to, const void * from, size_t n)
566 int d0, d1, d2;
567 __asm__ __volatile__(
568         "rep ; movsl\n\t"
569         "testb $2,%b4\n\t"
570         "je 1f\n\t"
571         "movsw\n"
572         "1:\ttestb $1,%b4\n\t"
573         "je 2f\n\t"
574         "movsb\n"
575         "2:"
576         : "=&c" (d0), "=&D" (d1), "=&S" (d2)
577         :"0" (n/4), "q" (n),"1" ((long) to),"2" ((long) from)
578         : "memory");
579 return (to);
581 @end example
583 @noindent
584 @cindex gas
585 TCC includes its own x86 inline assembler with a @code{gas}-like (GNU
586 assembler) syntax. No intermediate files are generated. GCC 3.x named
587 operands are supported.
589 @item @code{__builtin_types_compatible_p()} and @code{__builtin_constant_p()} 
590 are supported.
592 @item @code{#pragma pack} is supported for win32 compatibility.
594 @end itemize
596 @section TinyCC extensions
598 @itemize
600 @item @code{__TINYC__} is a predefined macro to @code{1} to
601 indicate that you use TCC.
603 @item @code{#!} at the start of a line is ignored to allow scripting.
605 @item Binary digits can be entered (@code{0b101} instead of
606 @code{5}).
608 @item @code{__BOUNDS_CHECKING_ON} is defined if bound checking is activated.
610 @end itemize
612 @node asm
613 @chapter TinyCC Assembler
615 Since version 0.9.16, TinyCC integrates its own assembler. TinyCC
616 assembler supports a gas-like syntax (GNU assembler). You can
617 desactivate assembler support if you want a smaller TinyCC executable
618 (the C compiler does not rely on the assembler).
620 TinyCC Assembler is used to handle files with @file{.S} (C
621 preprocessed assembler) and @file{.s} extensions. It is also used to
622 handle the GNU inline assembler with the @code{asm} keyword.
624 @section Syntax
626 TinyCC Assembler supports most of the gas syntax. The tokens are the
627 same as C.
629 @itemize
631 @item C and C++ comments are supported.
633 @item Identifiers are the same as C, so you cannot use '.' or '$'.
635 @item Only 32 bit integer numbers are supported.
637 @end itemize
639 @section Expressions
641 @itemize
643 @item Integers in decimal, octal and hexa are supported.
645 @item Unary operators: +, -, ~.
647 @item Binary operators in decreasing priority order:
649 @enumerate
650 @item *, /, %
651 @item &, |, ^
652 @item +, -
653 @end enumerate
655 @item A value is either an absolute number or a label plus an offset. 
656 All operators accept absolute values except '+' and '-'. '+' or '-' can be
657 used to add an offset to a label. '-' supports two labels only if they
658 are the same or if they are both defined and in the same section.
660 @end itemize
662 @section Labels
664 @itemize
666 @item All labels are considered as local, except undefined ones.
668 @item Numeric labels can be used as local @code{gas}-like labels. 
669 They can be defined several times in the same source. Use 'b'
670 (backward) or 'f' (forward) as suffix to reference them:
672 @example
673  1:
674       jmp 1b /* jump to '1' label before */
675       jmp 1f /* jump to '1' label after */
676  1:
677 @end example
679 @end itemize
681 @section Directives
682 @cindex assembler directives
683 @cindex directives, assembler
684 @cindex align directive
685 @cindex skip directive
686 @cindex space directive
687 @cindex byte directive
688 @cindex word directive
689 @cindex short directive
690 @cindex int directive
691 @cindex long directive
692 @cindex quad directive
693 @cindex globl directive
694 @cindex global directive
695 @cindex section directive
696 @cindex text directive
697 @cindex data directive
698 @cindex bss directive
699 @cindex fill directive
700 @cindex org directive
701 @cindex previous directive
702 @cindex string directive
703 @cindex asciz directive
704 @cindex ascii directive
706 All directives are preceeded by a '.'. The following directives are
707 supported:
709 @itemize
710 @item .align n[,value]
711 @item .skip n[,value]
712 @item .space n[,value]
713 @item .byte value1[,...]
714 @item .word value1[,...]
715 @item .short value1[,...]
716 @item .int value1[,...]
717 @item .long value1[,...]
718 @item .quad immediate_value1[,...]
719 @item .globl symbol
720 @item .global symbol
721 @item .section section
722 @item .text
723 @item .data
724 @item .bss
725 @item .fill repeat[,size[,value]]
726 @item .org n
727 @item .previous
728 @item .string string[,...]
729 @item .asciz string[,...]
730 @item .ascii string[,...]
731 @end itemize
733 @section X86 Assembler
734 @cindex assembler
736 All X86 opcodes are supported. Only ATT syntax is supported (source
737 then destination operand order). If no size suffix is given, TinyCC
738 tries to guess it from the operand sizes.
740 Currently, MMX opcodes are supported but not SSE ones.
742 @node linker
743 @chapter TinyCC Linker
744 @cindex linker
746 @section ELF file generation
747 @cindex ELF
749 TCC can directly output relocatable ELF files (object files),
750 executable ELF files and dynamic ELF libraries without relying on an
751 external linker.
753 Dynamic ELF libraries can be output but the C compiler does not generate
754 position independent code (PIC). It means that the dynamic library
755 code generated by TCC cannot be factorized among processes yet.
757 TCC linker eliminates unreferenced object code in libraries. A single pass is
758 done on the object and library list, so the order in which object files and
759 libraries are specified is important (same constraint as GNU ld). No grouping
760 options (@option{--start-group} and @option{--end-group}) are supported.
762 @section ELF file loader
764 TCC can load ELF object files, archives (.a files) and dynamic
765 libraries (.so).
767 @section PE-i386 file generation
768 @cindex PE-i386
770 TCC for Windows supports the native Win32 executable file format (PE-i386).  It
771 generates EXE files (console and gui) and DLL files.
773 For usage on Windows, see also tcc-win32.txt.
775 @section GNU Linker Scripts
776 @cindex scripts, linker
777 @cindex linker scripts
778 @cindex GROUP, linker command
779 @cindex FILE, linker command
780 @cindex OUTPUT_FORMAT, linker command
781 @cindex TARGET, linker command
783 Because on many Linux systems some dynamic libraries (such as
784 @file{/usr/lib/libc.so}) are in fact GNU ld link scripts (horrible!),
785 the TCC linker also supports a subset of GNU ld scripts.
787 The @code{GROUP} and @code{FILE} commands are supported. @code{OUTPUT_FORMAT}
788 and @code{TARGET} are ignored.
790 Example from @file{/usr/lib/libc.so}:
791 @example
792 /* GNU ld script
793    Use the shared library, but some functions are only in
794    the static library, so try that secondarily.  */
795 GROUP ( /lib/libc.so.6 /usr/lib/libc_nonshared.a )
796 @end example
798 @node Bounds
799 @chapter TinyCC Memory and Bound checks
800 @cindex bound checks
801 @cindex memory checks
803 This feature is activated with the @option{-b} (@pxref{Invoke}).
805 Note that pointer size is @emph{unchanged} and that code generated
806 with bound checks is @emph{fully compatible} with unchecked
807 code. When a pointer comes from unchecked code, it is assumed to be
808 valid. Even very obscure C code with casts should work correctly.
810 For more information about the ideas behind this method, see
811 @url{http://www.doc.ic.ac.uk/~phjk/BoundsChecking.html}.
813 Here are some examples of caught errors:
815 @table @asis
817 @item Invalid range with standard string function:
818 @example
820     char tab[10];
821     memset(tab, 0, 11);
823 @end example
825 @item Out of bounds-error in global or local arrays:
826 @example
828     int tab[10];
829     for(i=0;i<11;i++) @{
830         sum += tab[i];
831     @}
833 @end example
835 @item Out of bounds-error in malloc'ed data:
836 @example
838     int *tab;
839     tab = malloc(20 * sizeof(int));
840     for(i=0;i<21;i++) @{
841         sum += tab4[i];
842     @}
843     free(tab);
845 @end example
847 @item Access of freed memory:
848 @example
850     int *tab;
851     tab = malloc(20 * sizeof(int));
852     free(tab);
853     for(i=0;i<20;i++) @{
854         sum += tab4[i];
855     @}
857 @end example
859 @item Double free:
860 @example
862     int *tab;
863     tab = malloc(20 * sizeof(int));
864     free(tab);
865     free(tab);
867 @end example
869 @end table
871 @node Libtcc
872 @chapter The @code{libtcc} library
874 The @code{libtcc} library enables you to use TCC as a backend for
875 dynamic code generation. 
877 Read the @file{libtcc.h} to have an overview of the API. Read
878 @file{libtcc_test.c} to have a very simple example.
880 The idea consists in giving a C string containing the program you want
881 to compile directly to @code{libtcc}. Then you can access to any global
882 symbol (function or variable) defined.
884 @node devel
885 @chapter Developer's guide
887 This chapter gives some hints to understand how TCC works. You can skip
888 it if you do not intend to modify the TCC code.
890 @section File reading
892 The @code{BufferedFile} structure contains the context needed to read a
893 file, including the current line number. @code{tcc_open()} opens a new
894 file and @code{tcc_close()} closes it. @code{inp()} returns the next
895 character.
897 @section Lexer
899 @code{next()} reads the next token in the current
900 file. @code{next_nomacro()} reads the next token without macro
901 expansion.
903 @code{tok} contains the current token (see @code{TOK_xxx})
904 constants. Identifiers and keywords are also keywords. @code{tokc}
905 contains additional infos about the token (for example a constant value
906 if number or string token).
908 @section Parser
910 The parser is hardcoded (yacc is not necessary). It does only one pass,
911 except:
913 @itemize
915 @item For initialized arrays with unknown size, a first pass 
916 is done to count the number of elements.
918 @item For architectures where arguments are evaluated in 
919 reverse order, a first pass is done to reverse the argument order.
921 @end itemize
923 @section Types
925 The types are stored in a single 'int' variable. It was choosen in the
926 first stages of development when tcc was much simpler. Now, it may not
927 be the best solution.
929 @example
930 #define VT_INT        0  /* integer type */
931 #define VT_BYTE       1  /* signed byte type */
932 #define VT_SHORT      2  /* short type */
933 #define VT_VOID       3  /* void type */
934 #define VT_PTR        4  /* pointer */
935 #define VT_ENUM       5  /* enum definition */
936 #define VT_FUNC       6  /* function type */
937 #define VT_STRUCT     7  /* struct/union definition */
938 #define VT_FLOAT      8  /* IEEE float */
939 #define VT_DOUBLE     9  /* IEEE double */
940 #define VT_LDOUBLE   10  /* IEEE long double */
941 #define VT_BOOL      11  /* ISOC99 boolean type */
942 #define VT_LLONG     12  /* 64 bit integer */
943 #define VT_LONG      13  /* long integer (NEVER USED as type, only
944                             during parsing) */
945 #define VT_BTYPE      0x000f /* mask for basic type */
946 #define VT_UNSIGNED   0x0010  /* unsigned type */
947 #define VT_ARRAY      0x0020  /* array type (also has VT_PTR) */
948 #define VT_VLA        0x20000 /* VLA type (also has VT_PTR and VT_ARRAY) */
949 #define VT_BITFIELD   0x0040  /* bitfield modifier */
950 #define VT_CONSTANT   0x0800  /* const modifier */
951 #define VT_VOLATILE   0x1000  /* volatile modifier */
952 #define VT_SIGNED     0x2000  /* signed type */
954 #define VT_STRUCT_SHIFT 18   /* structure/enum name shift (14 bits left) */
955 @end example
957 When a reference to another type is needed (for pointers, functions and
958 structures), the @code{32 - VT_STRUCT_SHIFT} high order bits are used to
959 store an identifier reference.
961 The @code{VT_UNSIGNED} flag can be set for chars, shorts, ints and long
962 longs.
964 Arrays are considered as pointers @code{VT_PTR} with the flag
965 @code{VT_ARRAY} set. Variable length arrays are considered as special
966 arrays and have flag @code{VT_VLA} set instead of @code{VT_ARRAY}.
968 The @code{VT_BITFIELD} flag can be set for chars, shorts, ints and long
969 longs. If it is set, then the bitfield position is stored from bits
970 VT_STRUCT_SHIFT to VT_STRUCT_SHIFT + 5 and the bit field size is stored
971 from bits VT_STRUCT_SHIFT + 6 to VT_STRUCT_SHIFT + 11.
973 @code{VT_LONG} is never used except during parsing.
975 During parsing, the storage of an object is also stored in the type
976 integer:
978 @example
979 #define VT_EXTERN  0x00000080  /* extern definition */
980 #define VT_STATIC  0x00000100  /* static variable */
981 #define VT_TYPEDEF 0x00000200  /* typedef definition */
982 #define VT_INLINE  0x00000400  /* inline definition */
983 #define VT_IMPORT  0x00004000  /* win32: extern data imported from dll */
984 #define VT_EXPORT  0x00008000  /* win32: data exported from dll */
985 #define VT_WEAK    0x00010000  /* win32: data exported from dll */
986 @end example
988 @section Symbols
990 All symbols are stored in hashed symbol stacks. Each symbol stack
991 contains @code{Sym} structures.
993 @code{Sym.v} contains the symbol name (remember
994 an idenfier is also a token, so a string is never necessary to store
995 it). @code{Sym.t} gives the type of the symbol. @code{Sym.r} is usually
996 the register in which the corresponding variable is stored. @code{Sym.c} is
997 usually a constant associated to the symbol like its address for normal
998 symbols, and the number of entries for symbols representing arrays.
999 Variable length array types use @code{Sym.c} as a location on the stack
1000 which holds the runtime sizeof for the type.
1002 Four main symbol stacks are defined:
1004 @table @code
1006 @item define_stack
1007 for the macros (@code{#define}s).
1009 @item global_stack
1010 for the global variables, functions and types.
1012 @item local_stack
1013 for the local variables, functions and types.
1015 @item global_label_stack
1016 for the local labels (for @code{goto}).
1018 @item label_stack
1019 for GCC block local labels (see the @code{__label__} keyword).
1021 @end table
1023 @code{sym_push()} is used to add a new symbol in the local symbol
1024 stack. If no local symbol stack is active, it is added in the global
1025 symbol stack.
1027 @code{sym_pop(st,b)} pops symbols from the symbol stack @var{st} until
1028 the symbol @var{b} is on the top of stack. If @var{b} is NULL, the stack
1029 is emptied.
1031 @code{sym_find(v)} return the symbol associated to the identifier
1032 @var{v}. The local stack is searched first from top to bottom, then the
1033 global stack.
1035 @section Sections
1037 The generated code and datas are written in sections. The structure
1038 @code{Section} contains all the necessary information for a given
1039 section. @code{new_section()} creates a new section. ELF file semantics
1040 is assumed for each section.
1042 The following sections are predefined:
1044 @table @code
1046 @item text_section
1047 is the section containing the generated code. @var{ind} contains the
1048 current position in the code section.
1050 @item data_section
1051 contains initialized data
1053 @item bss_section
1054 contains uninitialized data
1056 @item bounds_section
1057 @itemx lbounds_section
1058 are used when bound checking is activated
1060 @item stab_section
1061 @itemx stabstr_section
1062 are used when debugging is actived to store debug information
1064 @item symtab_section
1065 @itemx strtab_section
1066 contain the exported symbols (currently only used for debugging).
1068 @end table
1070 @section Code generation
1071 @cindex code generation
1073 @subsection Introduction
1075 The TCC code generator directly generates linked binary code in one
1076 pass. It is rather unusual these days (see gcc for example which
1077 generates text assembly), but it can be very fast and surprisingly
1078 little complicated.
1080 The TCC code generator is register based. Optimization is only done at
1081 the expression level. No intermediate representation of expression is
1082 kept except the current values stored in the @emph{value stack}.
1084 On x86, three temporary registers are used. When more registers are
1085 needed, one register is spilled into a new temporary variable on the stack.
1087 @subsection The value stack
1088 @cindex value stack, introduction
1090 When an expression is parsed, its value is pushed on the value stack
1091 (@var{vstack}). The top of the value stack is @var{vtop}. Each value
1092 stack entry is the structure @code{SValue}.
1094 @code{SValue.t} is the type. @code{SValue.r} indicates how the value is
1095 currently stored in the generated code. It is usually a CPU register
1096 index (@code{REG_xxx} constants), but additional values and flags are
1097 defined:
1099 @example
1100 #define VT_CONST     0x00f0
1101 #define VT_LLOCAL    0x00f1
1102 #define VT_LOCAL     0x00f2
1103 #define VT_CMP       0x00f3
1104 #define VT_JMP       0x00f4
1105 #define VT_JMPI      0x00f5
1106 #define VT_LVAL      0x0100
1107 #define VT_SYM       0x0200
1108 #define VT_MUSTCAST  0x0400
1109 #define VT_MUSTBOUND 0x0800
1110 #define VT_BOUNDED   0x8000
1111 #define VT_LVAL_BYTE     0x1000
1112 #define VT_LVAL_SHORT    0x2000
1113 #define VT_LVAL_UNSIGNED 0x4000
1114 #define VT_LVAL_TYPE     (VT_LVAL_BYTE | VT_LVAL_SHORT | VT_LVAL_UNSIGNED)
1115 @end example
1117 @table @code
1119 @item VT_CONST
1120 indicates that the value is a constant. It is stored in the union
1121 @code{SValue.c}, depending on its type.
1123 @item VT_LOCAL
1124 indicates a local variable pointer at offset @code{SValue.c.i} in the
1125 stack.
1127 @item VT_CMP
1128 indicates that the value is actually stored in the CPU flags (i.e. the
1129 value is the consequence of a test). The value is either 0 or 1. The
1130 actual CPU flags used is indicated in @code{SValue.c.i}. 
1132 If any code is generated which destroys the CPU flags, this value MUST be
1133 put in a normal register.
1135 @item VT_JMP
1136 @itemx VT_JMPI
1137 indicates that the value is the consequence of a conditional jump. For VT_JMP,
1138 it is 1 if the jump is taken, 0 otherwise. For VT_JMPI it is inverted.
1140 These values are used to compile the @code{||} and @code{&&} logical
1141 operators.
1143 If any code is generated, this value MUST be put in a normal
1144 register. Otherwise, the generated code won't be executed if the jump is
1145 taken.
1147 @item VT_LVAL
1148 is a flag indicating that the value is actually an lvalue (left value of
1149 an assignment). It means that the value stored is actually a pointer to
1150 the wanted value. 
1152 Understanding the use @code{VT_LVAL} is very important if you want to
1153 understand how TCC works.
1155 @item VT_LVAL_BYTE
1156 @itemx VT_LVAL_SHORT
1157 @itemx VT_LVAL_UNSIGNED
1158 if the lvalue has an integer type, then these flags give its real
1159 type. The type alone is not enough in case of cast optimisations.
1161 @item VT_LLOCAL
1162 is a saved lvalue on the stack. @code{VT_LLOCAL} should be eliminated
1163 ASAP because its semantics are rather complicated.
1165 @item VT_MUSTCAST
1166 indicates that a cast to the value type must be performed if the value
1167 is used (lazy casting).
1169 @item VT_SYM
1170 indicates that the symbol @code{SValue.sym} must be added to the constant.
1172 @item VT_MUSTBOUND
1173 @itemx VT_BOUNDED
1174 are only used for optional bound checking.
1176 @end table
1178 @subsection Manipulating the value stack
1179 @cindex value stack
1181 @code{vsetc()} and @code{vset()} pushes a new value on the value
1182 stack. If the previous @var{vtop} was stored in a very unsafe place(for
1183 example in the CPU flags), then some code is generated to put the
1184 previous @var{vtop} in a safe storage.
1186 @code{vpop()} pops @var{vtop}. In some cases, it also generates cleanup
1187 code (for example if stacked floating point registers are used as on
1188 x86).
1190 The @code{gv(rc)} function generates code to evaluate @var{vtop} (the
1191 top value of the stack) into registers. @var{rc} selects in which
1192 register class the value should be put. @code{gv()} is the @emph{most
1193 important function} of the code generator.
1195 @code{gv2()} is the same as @code{gv()} but for the top two stack
1196 entries.
1198 @subsection CPU dependent code generation
1199 @cindex CPU dependent
1200 See the @file{i386-gen.c} file to have an example.
1202 @table @code
1204 @item load()
1205 must generate the code needed to load a stack value into a register.
1207 @item store()
1208 must generate the code needed to store a register into a stack value
1209 lvalue.
1211 @item gfunc_start()
1212 @itemx gfunc_param()
1213 @itemx gfunc_call()
1214 should generate a function call
1216 @item gfunc_prolog()
1217 @itemx gfunc_epilog()
1218 should generate a function prolog/epilog.
1220 @item gen_opi(op)
1221 must generate the binary integer operation @var{op} on the two top
1222 entries of the stack which are guaranted to contain integer types.
1224 The result value should be put on the stack.
1226 @item gen_opf(op)
1227 same as @code{gen_opi()} for floating point operations. The two top
1228 entries of the stack are guaranted to contain floating point values of
1229 same types.
1231 @item gen_cvt_itof()
1232 integer to floating point conversion.
1234 @item gen_cvt_ftoi()
1235 floating point to integer conversion.
1237 @item gen_cvt_ftof()
1238 floating point to floating point of different size conversion.
1240 @item gen_bounded_ptr_add()
1241 @item gen_bounded_ptr_deref()
1242 are only used for bounds checking.
1244 @end table
1246 @section Optimizations done
1247 @cindex optimizations
1248 @cindex constant propagation
1249 @cindex strength reduction
1250 @cindex comparison operators
1251 @cindex caching processor flags
1252 @cindex flags, caching
1253 @cindex jump optimization
1254 Constant propagation is done for all operations. Multiplications and
1255 divisions are optimized to shifts when appropriate. Comparison
1256 operators are optimized by maintaining a special cache for the
1257 processor flags. &&, || and ! are optimized by maintaining a special
1258 'jump target' value. No other jump optimization is currently performed
1259 because it would require to store the code in a more abstract fashion.
1261 @unnumbered Concept Index
1262 @printindex cp
1264 @bye
1266 @c Local variables:
1267 @c fill-column: 78
1268 @c texinfo-column-for-description: 32
1269 @c End: