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[tinycc/k1w1.git] / tcc-doc.texi
blobc634ad6f8a466db554e8864a4c338448eed2a7cd
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 @contents
21 @node Top, Introduction, (dir), (dir)
22 @top Tiny C Compiler Reference Documentation
24 This manual documents version @value{VERSION} of the Tiny C Compiler.
26 @menu
27 * Introduction::                Introduction to tcc.
28 * Invoke::                      Invocation of tcc (command line, options).
29 * Clang::                       ANSI C and extensions.
30 * asm::                         Assembler syntax.
31 * linker::                      Output file generation and supported targets.
32 * Bounds::                      Automatic bounds-checking of C code.
33 * Libtcc::                      The libtcc library.
34 * devel::                       Guide for Developers.
35 @end menu
38 @node Introduction
39 @chapter Introduction
41 TinyCC (aka TCC) is a small but hyper fast C compiler. Unlike other C
42 compilers, it is meant to be self-relying: you do not need an
43 external assembler or linker because TCC does that for you.
45 TCC compiles so @emph{fast} that even for big projects @code{Makefile}s may
46 not be necessary.
48 TCC not only supports ANSI C, but also most of the new ISO C99
49 standard and many GNUC extensions including inline assembly.
51 TCC can also be used to make @emph{C scripts}, i.e. pieces of C source
52 that you run as a Perl or Python script. Compilation is so fast that
53 your script will be as fast as if it was an executable.
55 TCC can also automatically generate memory and bound checks
56 (@pxref{Bounds}) while allowing all C pointers operations. TCC can do
57 these checks even if non patched libraries are used.
59 With @code{libtcc}, you can use TCC as a backend for dynamic code
60 generation (@pxref{Libtcc}).
62 TCC mainly supports the i386 target on Linux and Windows. There are alpha
63 ports for the ARM (@code{arm-tcc}) and the TMS320C67xx targets
64 (@code{c67-tcc}). More information about the ARM port is available at
65 @url{http://lists.gnu.org/archive/html/tinycc-devel/2003-10/msg00044.html}.
67 For usage on Windows, see also tcc-win32.txt.
69 @node Invoke
70 @chapter Command line invocation
72 @section Quick start
74 @example
75 @c man begin SYNOPSIS
76 usage: tcc [options] [@var{infile1} @var{infile2}@dots{}] [@option{-run} @var{infile} @var{args}@dots{}]
77 @c man end
78 @end example
80 @noindent
81 @c man begin DESCRIPTION
82 TCC options are a very much like gcc options. The main difference is that TCC
83 can also execute directly the resulting program and give it runtime
84 arguments.
86 Here are some examples to understand the logic:
88 @table @code
89 @item @samp{tcc -run a.c}
90 Compile @file{a.c} and execute it directly
92 @item @samp{tcc -run a.c arg1}
93 Compile a.c and execute it directly. arg1 is given as first argument to
94 the @code{main()} of a.c.
96 @item @samp{tcc a.c -run b.c arg1}
97 Compile @file{a.c} and @file{b.c}, link them together and execute them. arg1 is given
98 as first argument to the @code{main()} of the resulting program. 
99 @ignore 
100 Because multiple C files are specified, @option{--} are necessary to clearly 
101 separate the program arguments from the TCC options.
102 @end ignore
104 @item @samp{tcc -o myprog a.c b.c}
105 Compile @file{a.c} and @file{b.c}, link them and generate the executable @file{myprog}.
107 @item @samp{tcc -o myprog a.o b.o}
108 link @file{a.o} and @file{b.o} together and generate the executable @file{myprog}.
110 @item @samp{tcc -c a.c}
111 Compile @file{a.c} and generate object file @file{a.o}.
113 @item @samp{tcc -c asmfile.S}
114 Preprocess with C preprocess and assemble @file{asmfile.S} and generate
115 object file @file{asmfile.o}.
117 @item @samp{tcc -c asmfile.s}
118 Assemble (but not preprocess) @file{asmfile.s} and generate object file
119 @file{asmfile.o}.
121 @item @samp{tcc -r -o ab.o a.c b.c}
122 Compile @file{a.c} and @file{b.c}, link them together and generate the object file @file{ab.o}.
124 @end table
126 Scripting:
128 TCC can be invoked from @emph{scripts}, just as shell scripts. You just
129 need to add @code{#!/usr/local/bin/tcc -run} at the start of your C source:
131 @example
132 #!/usr/local/bin/tcc -run
133 #include <stdio.h>
135 int main() 
137     printf("Hello World\n");
138     return 0;
140 @end example
142 TCC can read C source code from @emph{standard input} when @option{-} is used in 
143 place of @option{infile}. Example:
145 @example
146 echo 'main()@{puts("hello");@}' | tcc -run -
147 @end example
148 @c man end
150 @section Option summary
152 General Options:
154 @c man begin OPTIONS
155 @table @option
156 @item -v
157 Display current TCC version, increase verbosity.
159 @item -print-search-dirs
160 Print the name of the configured installation directory and a list
161 of program and library directories tcc will search.
163 @item -c
164 Generate an object file (@option{-o} option must also be given).
166 @item -o outfile
167 Put object file, executable, or dll into output file @file{outfile}.
169 @item -Bdir
170 Set the path where the tcc internal libraries can be found (default is
171 @file{PREFIX/lib/tcc}).
173 @item -bench
174 Output compilation statistics.
176 @item -run source [args...]
177 Compile file @var{source} and run it with the command line arguments
178 @var{args}. In order to be able to give more than one argument to a
179 script, several TCC options can be given @emph{after} the
180 @option{-run} option, separated by spaces. Example:
182 @example
183 tcc "-run -L/usr/X11R6/lib -lX11" ex4.c
184 @end example
186 In a script, it gives the following header:
188 @example
189 #!/usr/local/bin/tcc -run -L/usr/X11R6/lib -lX11
190 #include <stdlib.h>
191 int main(int argc, char **argv)
193     ...
195 @end example
197 @end table
199 Preprocessor options:
201 @table @option
202 @item -Idir
203 Specify an additional include path. Include paths are searched in the
204 order they are specified.
206 System include paths are always searched after. The default system
207 include paths are: @file{/usr/local/include}, @file{/usr/include}
208 and @file{PREFIX/lib/tcc/include}. (@file{PREFIX} is usually
209 @file{/usr} or @file{/usr/local}).
211 @item -Dsym[=val]
212 Define preprocessor symbol @samp{sym} to
213 val. If val is not present, its value is @samp{1}. Function-like macros can
214 also be defined: @option{-DF(a)=a+1}
216 @item -Usym
217 Undefine preprocessor symbol @samp{sym}.
218 @end table
220 Compilation flags:
222 Note: each of the following warning options has a negative form beginning with
223 @option{-fno-}.
225 @table @option
226 @item -funsigned-char
227 Let the @code{char} type be unsigned.
229 @item -fsigned-char
230 Let the @code{char} type be signed.
232 @item -fno-common
233 Do not generate common symbols for uninitialized data.
235 @item -fleading-underscore
236 Add a leading underscore at the beginning of each C symbol.
238 @end table
240 Warning options:
242 @table @option
243 @item -w
244 Disable all warnings.
246 @end table
248 Note: each of the following warning options has a negative form beginning with
249 @option{-Wno-}.
251 @table @option
252 @item -Wimplicit-function-declaration
253 Warn about implicit function declaration.
255 @item -Wunsupported
256 Warn about unsupported GCC features that are ignored by TCC.
258 @item -Wwrite-strings
259 Make string constants be of type @code{const char *} instead of @code{char
262 @item -Werror
263 Abort compilation if warnings are issued.
265 @item -Wall 
266 Activate all warnings, except @option{-Werror}, @option{-Wunusupported} and
267 @option{-Wwrite-strings}.
269 @end table
271 Linker options:
273 @table @option
274 @item -Ldir
275 Specify an additional static library path for the @option{-l} option. The
276 default library paths are @file{/usr/local/lib}, @file{/usr/lib} and @file{/lib}.
278 @item -lxxx
279 Link your program with dynamic library libxxx.so or static library
280 libxxx.a. The library is searched in the paths specified by the
281 @option{-L} option.
283 @item -shared
284 Generate a shared library instead of an executable (@option{-o} option
285 must also be given).
287 @item -static
288 Generate a statically linked executable (default is a shared linked
289 executable) (@option{-o} option must also be given).
291 @item -rdynamic
292 Export global symbols to the dynamic linker. It is useful when a library
293 opened with @code{dlopen()} needs to access executable symbols.
295 @item -r
296 Generate an object file combining all input files (@option{-o} option must
297 also be given).
299 @item -Wl,-Ttext,address
300 Set the start of the .text section to @var{address}.
302 @item -Wl,--oformat,fmt
303 Use @var{fmt} as output format. The supported output formats are:
304 @table @code
305 @item elf32-i386
306 ELF output format (default)
307 @item binary
308 Binary image (only for executable output)
309 @item coff
310 COFF output format (only for executable output for TMS320C67xx target)
311 @end table
313 @end table
315 Debugger options:
317 @table @option
318 @item -g
319 Generate run time debug information so that you get clear run time
320 error messages: @code{ test.c:68: in function 'test5()': dereferencing
321 invalid pointer} instead of the laconic @code{Segmentation
322 fault}.
324 @item -b
325 Generate additional support code to check
326 memory allocations and array/pointer bounds. @option{-g} is implied. Note
327 that the generated code is slower and bigger in this case.
329 @item -bt N
330 Display N callers in stack traces. This is useful with @option{-g} or
331 @option{-b}.
333 @end table
335 Note: GCC options @option{-Ox}, @option{-fx} and @option{-mx} are
336 ignored.
337 @c man end
339 @ignore
341 @setfilename tcc
342 @settitle Tiny C Compiler
344 @c man begin SEEALSO
345 gcc(1)
346 @c man end
348 @c man begin AUTHOR
349 Fabrice Bellard
350 @c man end
352 @end ignore
354 @node Clang
355 @chapter C language support
357 @section ANSI C
359 TCC implements all the ANSI C standard, including structure bit fields
360 and floating point numbers (@code{long double}, @code{double}, and
361 @code{float} fully supported).
363 @section ISOC99 extensions
365 TCC implements many features of the new C standard: ISO C99. Currently
366 missing items are: complex and imaginary numbers and variable length
367 arrays.
369 Currently implemented ISOC99 features:
371 @itemize
373 @item 64 bit @code{long long} types are fully supported.
375 @item The boolean type @code{_Bool} is supported.
377 @item @code{__func__} is a string variable containing the current
378 function name.
380 @item Variadic macros: @code{__VA_ARGS__} can be used for
381    function-like macros:
382 @example
383     #define dprintf(level, __VA_ARGS__) printf(__VA_ARGS__)
384 @end example
386 @noindent
387 @code{dprintf} can then be used with a variable number of parameters.
389 @item Declarations can appear anywhere in a block (as in C++).
391 @item Array and struct/union elements can be initialized in any order by
392   using designators:
393 @example
394     struct @{ int x, y; @} st[10] = @{ [0].x = 1, [0].y = 2 @};
396     int tab[10] = @{ 1, 2, [5] = 5, [9] = 9@};
397 @end example
398     
399 @item Compound initializers are supported:
400 @example
401     int *p = (int [])@{ 1, 2, 3 @};
402 @end example
403 to initialize a pointer pointing to an initialized array. The same
404 works for structures and strings.
406 @item Hexadecimal floating point constants are supported:
407 @example
408           double d = 0x1234p10;
409 @end example
411 @noindent
412 is the same as writing 
413 @example
414           double d = 4771840.0;
415 @end example
417 @item @code{inline} keyword is ignored.
419 @item @code{restrict} keyword is ignored.
420 @end itemize
422 @section GNU C extensions
424 TCC implements some GNU C extensions:
426 @itemize
428 @item array designators can be used without '=': 
429 @example
430     int a[10] = @{ [0] 1, [5] 2, 3, 4 @};
431 @end example
433 @item Structure field designators can be a label: 
434 @example
435     struct @{ int x, y; @} st = @{ x: 1, y: 1@};
436 @end example
437 instead of
438 @example
439     struct @{ int x, y; @} st = @{ .x = 1, .y = 1@};
440 @end example
442 @item @code{\e} is ASCII character 27.
444 @item case ranges : ranges can be used in @code{case}s:
445 @example
446     switch(a) @{
447     case 1 @dots{} 9:
448           printf("range 1 to 9\n");
449           break;
450     default:
451           printf("unexpected\n");
452           break;
453     @}
454 @end example
456 @cindex aligned attribute
457 @cindex packed attribute
458 @cindex section attribute
459 @cindex unused attribute
460 @cindex cdecl attribute
461 @cindex stdcall attribute
462 @cindex regparm attribute
463 @cindex dllexport attribute
465 @item The keyword @code{__attribute__} is handled to specify variable or
466 function attributes. The following attributes are supported:
467   @itemize
469   @item @code{aligned(n)}: align a variable or a structure field to n bytes
470 (must be a power of two).
472   @item @code{packed}: force alignment of a variable or a structure field to
473   1.
475   @item @code{section(name)}: generate function or data in assembly section
476 name (name is a string containing the section name) instead of the default
477 section.
479   @item @code{unused}: specify that the variable or the function is unused.
481   @item @code{cdecl}: use standard C calling convention (default).
483   @item @code{stdcall}: use Pascal-like calling convention.
485   @item @code{regparm(n)}: use fast i386 calling convention. @var{n} must be
486 between 1 and 3. The first @var{n} function parameters are respectively put in
487 registers @code{%eax}, @code{%edx} and @code{%ecx}.
489   @item @code{dllexport}: export function from dll/executable (win32 only)
491   @end itemize
493 Here are some examples:
494 @example
495     int a __attribute__ ((aligned(8), section(".mysection")));
496 @end example
498 @noindent
499 align variable @code{a} to 8 bytes and put it in section @code{.mysection}.
501 @example
502     int my_add(int a, int b) __attribute__ ((section(".mycodesection"))) 
503     @{
504         return a + b;
505     @}
506 @end example
508 @noindent
509 generate function @code{my_add} in section @code{.mycodesection}.
511 @item GNU style variadic macros:
512 @example
513     #define dprintf(fmt, args@dots{}) printf(fmt, ## args)
515     dprintf("no arg\n");
516     dprintf("one arg %d\n", 1);
517 @end example
519 @item @code{__FUNCTION__} is interpreted as C99 @code{__func__} 
520 (so it has not exactly the same semantics as string literal GNUC
521 where it is a string literal).
523 @item The @code{__alignof__} keyword can be used as @code{sizeof} 
524 to get the alignment of a type or an expression.
526 @item The @code{typeof(x)} returns the type of @code{x}. 
527 @code{x} is an expression or a type.
529 @item Computed gotos: @code{&&label} returns a pointer of type 
530 @code{void *} on the goto label @code{label}. @code{goto *expr} can be
531 used to jump on the pointer resulting from @code{expr}.
533 @item Inline assembly with asm instruction:
534 @cindex inline assembly
535 @cindex assembly, inline
536 @cindex __asm__
537 @example
538 static inline void * my_memcpy(void * to, const void * from, size_t n)
540 int d0, d1, d2;
541 __asm__ __volatile__(
542         "rep ; movsl\n\t"
543         "testb $2,%b4\n\t"
544         "je 1f\n\t"
545         "movsw\n"
546         "1:\ttestb $1,%b4\n\t"
547         "je 2f\n\t"
548         "movsb\n"
549         "2:"
550         : "=&c" (d0), "=&D" (d1), "=&S" (d2)
551         :"0" (n/4), "q" (n),"1" ((long) to),"2" ((long) from)
552         : "memory");
553 return (to);
555 @end example
557 @noindent
558 @cindex gas
559 TCC includes its own x86 inline assembler with a @code{gas}-like (GNU
560 assembler) syntax. No intermediate files are generated. GCC 3.x named
561 operands are supported.
563 @item @code{__builtin_types_compatible_p()} and @code{__builtin_constant_p()} 
564 are supported.
566 @item @code{#pragma pack} is supported for win32 compatibility.
568 @end itemize
570 @section TinyCC extensions
572 @itemize
574 @item @code{__TINYC__} is a predefined macro to @code{1} to
575 indicate that you use TCC.
577 @item @code{#!} at the start of a line is ignored to allow scripting.
579 @item Binary digits can be entered (@code{0b101} instead of
580 @code{5}).
582 @item @code{__BOUNDS_CHECKING_ON} is defined if bound checking is activated.
584 @end itemize
586 @node asm
587 @chapter TinyCC Assembler
589 Since version 0.9.16, TinyCC integrates its own assembler. TinyCC
590 assembler supports a gas-like syntax (GNU assembler). You can
591 desactivate assembler support if you want a smaller TinyCC executable
592 (the C compiler does not rely on the assembler).
594 TinyCC Assembler is used to handle files with @file{.S} (C
595 preprocessed assembler) and @file{.s} extensions. It is also used to
596 handle the GNU inline assembler with the @code{asm} keyword.
598 @section Syntax
600 TinyCC Assembler supports most of the gas syntax. The tokens are the
601 same as C.
603 @itemize
605 @item C and C++ comments are supported.
607 @item Identifiers are the same as C, so you cannot use '.' or '$'.
609 @item Only 32 bit integer numbers are supported.
611 @end itemize
613 @section Expressions
615 @itemize
617 @item Integers in decimal, octal and hexa are supported.
619 @item Unary operators: +, -, ~.
621 @item Binary operators in decreasing priority order:
623 @enumerate
624 @item *, /, %
625 @item &, |, ^
626 @item +, -
627 @end enumerate
629 @item A value is either an absolute number or a label plus an offset. 
630 All operators accept absolute values except '+' and '-'. '+' or '-' can be
631 used to add an offset to a label. '-' supports two labels only if they
632 are the same or if they are both defined and in the same section.
634 @end itemize
636 @section Labels
638 @itemize
640 @item All labels are considered as local, except undefined ones.
642 @item Numeric labels can be used as local @code{gas}-like labels. 
643 They can be defined several times in the same source. Use 'b'
644 (backward) or 'f' (forward) as suffix to reference them:
646 @example
647  1:
648       jmp 1b /* jump to '1' label before */
649       jmp 1f /* jump to '1' label after */
650  1:
651 @end example
653 @end itemize
655 @section Directives
656 @cindex assembler directives
657 @cindex directives, assembler
658 @cindex align directive
659 @cindex skip directive
660 @cindex space directive
661 @cindex byte directive
662 @cindex word directive
663 @cindex short directive
664 @cindex int directive
665 @cindex long directive
666 @cindex quad directive
667 @cindex globl directive
668 @cindex global directive
669 @cindex section directive
670 @cindex text directive
671 @cindex data directive
672 @cindex bss directive
673 @cindex fill directive
674 @cindex org directive
675 @cindex previous directive
676 @cindex string directive
677 @cindex asciz directive
678 @cindex ascii directive
680 All directives are preceeded by a '.'. The following directives are
681 supported:
683 @itemize
684 @item .align n[,value]
685 @item .skip n[,value]
686 @item .space n[,value]
687 @item .byte value1[,...]
688 @item .word value1[,...]
689 @item .short value1[,...]
690 @item .int value1[,...]
691 @item .long value1[,...]
692 @item .quad immediate_value1[,...]
693 @item .globl symbol
694 @item .global symbol
695 @item .section section
696 @item .text
697 @item .data
698 @item .bss
699 @item .fill repeat[,size[,value]]
700 @item .org n
701 @item .previous
702 @item .string string[,...]
703 @item .asciz string[,...]
704 @item .ascii string[,...]
705 @end itemize
707 @section X86 Assembler
708 @cindex assembler
710 All X86 opcodes are supported. Only ATT syntax is supported (source
711 then destination operand order). If no size suffix is given, TinyCC
712 tries to guess it from the operand sizes.
714 Currently, MMX opcodes are supported but not SSE ones.
716 @node linker
717 @chapter TinyCC Linker
718 @cindex linker
720 @section ELF file generation
721 @cindex ELF
723 TCC can directly output relocatable ELF files (object files),
724 executable ELF files and dynamic ELF libraries without relying on an
725 external linker.
727 Dynamic ELF libraries can be output but the C compiler does not generate
728 position independent code (PIC). It means that the dynamic library
729 code generated by TCC cannot be factorized among processes yet.
731 TCC linker eliminates unreferenced object code in libraries. A single pass is
732 done on the object and library list, so the order in which object files and
733 libraries are specified is important (same constraint as GNU ld). No grouping
734 options (@option{--start-group} and @option{--end-group}) are supported.
736 @section ELF file loader
738 TCC can load ELF object files, archives (.a files) and dynamic
739 libraries (.so).
741 @section PE-i386 file generation
742 @cindex PE-i386
744 TCC for Windows supports the native Win32 executable file format (PE-i386).  It
745 generates EXE files (console and gui) and DLL files.
747 For usage on Windows, see also tcc-win32.txt.
749 @section GNU Linker Scripts
750 @cindex scripts, linker
751 @cindex linker scripts
752 @cindex GROUP, linker command
753 @cindex FILE, linker command
754 @cindex OUTPUT_FORMAT, linker command
755 @cindex TARGET, linker command
757 Because on many Linux systems some dynamic libraries (such as
758 @file{/usr/lib/libc.so}) are in fact GNU ld link scripts (horrible!),
759 the TCC linker also supports a subset of GNU ld scripts.
761 The @code{GROUP} and @code{FILE} commands are supported. @code{OUTPUT_FORMAT}
762 and @code{TARGET} are ignored.
764 Example from @file{/usr/lib/libc.so}:
765 @example
766 /* GNU ld script
767    Use the shared library, but some functions are only in
768    the static library, so try that secondarily.  */
769 GROUP ( /lib/libc.so.6 /usr/lib/libc_nonshared.a )
770 @end example
772 @node Bounds
773 @chapter TinyCC Memory and Bound checks
774 @cindex bound checks
775 @cindex memory checks
777 This feature is activated with the @option{-b} (@pxref{Invoke}).
779 Note that pointer size is @emph{unchanged} and that code generated
780 with bound checks is @emph{fully compatible} with unchecked
781 code. When a pointer comes from unchecked code, it is assumed to be
782 valid. Even very obscure C code with casts should work correctly.
784 For more information about the ideas behind this method, see
785 @url{http://www.doc.ic.ac.uk/~phjk/BoundsChecking.html}.
787 Here are some examples of caught errors:
789 @table @asis
791 @item Invalid range with standard string function:
792 @example
794     char tab[10];
795     memset(tab, 0, 11);
797 @end example
799 @item Out of bounds-error in global or local arrays:
800 @example
802     int tab[10];
803     for(i=0;i<11;i++) @{
804         sum += tab[i];
805     @}
807 @end example
809 @item Out of bounds-error in malloc'ed data:
810 @example
812     int *tab;
813     tab = malloc(20 * sizeof(int));
814     for(i=0;i<21;i++) @{
815         sum += tab4[i];
816     @}
817     free(tab);
819 @end example
821 @item Access of freed memory:
822 @example
824     int *tab;
825     tab = malloc(20 * sizeof(int));
826     free(tab);
827     for(i=0;i<20;i++) @{
828         sum += tab4[i];
829     @}
831 @end example
833 @item Double free:
834 @example
836     int *tab;
837     tab = malloc(20 * sizeof(int));
838     free(tab);
839     free(tab);
841 @end example
843 @end table
845 @node Libtcc
846 @chapter The @code{libtcc} library
848 The @code{libtcc} library enables you to use TCC as a backend for
849 dynamic code generation. 
851 Read the @file{libtcc.h} to have an overview of the API. Read
852 @file{libtcc_test.c} to have a very simple example.
854 The idea consists in giving a C string containing the program you want
855 to compile directly to @code{libtcc}. Then you can access to any global
856 symbol (function or variable) defined.
858 @node devel
859 @chapter Developer's guide
861 This chapter gives some hints to understand how TCC works. You can skip
862 it if you do not intend to modify the TCC code.
864 @section File reading
866 The @code{BufferedFile} structure contains the context needed to read a
867 file, including the current line number. @code{tcc_open()} opens a new
868 file and @code{tcc_close()} closes it. @code{inp()} returns the next
869 character.
871 @section Lexer
873 @code{next()} reads the next token in the current
874 file. @code{next_nomacro()} reads the next token without macro
875 expansion.
877 @code{tok} contains the current token (see @code{TOK_xxx})
878 constants. Identifiers and keywords are also keywords. @code{tokc}
879 contains additional infos about the token (for example a constant value
880 if number or string token).
882 @section Parser
884 The parser is hardcoded (yacc is not necessary). It does only one pass,
885 except:
887 @itemize
889 @item For initialized arrays with unknown size, a first pass 
890 is done to count the number of elements.
892 @item For architectures where arguments are evaluated in 
893 reverse order, a first pass is done to reverse the argument order.
895 @end itemize
897 @section Types
899 The types are stored in a single 'int' variable. It was choosen in the
900 first stages of development when tcc was much simpler. Now, it may not
901 be the best solution.
903 @example
904 #define VT_INT        0  /* integer type */
905 #define VT_BYTE       1  /* signed byte type */
906 #define VT_SHORT      2  /* short type */
907 #define VT_VOID       3  /* void type */
908 #define VT_PTR        4  /* pointer */
909 #define VT_ENUM       5  /* enum definition */
910 #define VT_FUNC       6  /* function type */
911 #define VT_STRUCT     7  /* struct/union definition */
912 #define VT_FLOAT      8  /* IEEE float */
913 #define VT_DOUBLE     9  /* IEEE double */
914 #define VT_LDOUBLE   10  /* IEEE long double */
915 #define VT_BOOL      11  /* ISOC99 boolean type */
916 #define VT_LLONG     12  /* 64 bit integer */
917 #define VT_LONG      13  /* long integer (NEVER USED as type, only
918                             during parsing) */
919 #define VT_BTYPE      0x000f /* mask for basic type */
920 #define VT_UNSIGNED   0x0010  /* unsigned type */
921 #define VT_ARRAY      0x0020  /* array type (also has VT_PTR) */
922 #define VT_BITFIELD   0x0040  /* bitfield modifier */
924 #define VT_STRUCT_SHIFT 16   /* structure/enum name shift (16 bits left) */
925 @end example
927 When a reference to another type is needed (for pointers, functions and
928 structures), the @code{32 - VT_STRUCT_SHIFT} high order bits are used to
929 store an identifier reference.
931 The @code{VT_UNSIGNED} flag can be set for chars, shorts, ints and long
932 longs.
934 Arrays are considered as pointers @code{VT_PTR} with the flag
935 @code{VT_ARRAY} set.
937 The @code{VT_BITFIELD} flag can be set for chars, shorts, ints and long
938 longs. If it is set, then the bitfield position is stored from bits
939 VT_STRUCT_SHIFT to VT_STRUCT_SHIFT + 5 and the bit field size is stored
940 from bits VT_STRUCT_SHIFT + 6 to VT_STRUCT_SHIFT + 11.
942 @code{VT_LONG} is never used except during parsing.
944 During parsing, the storage of an object is also stored in the type
945 integer:
947 @example
948 #define VT_EXTERN  0x00000080  /* extern definition */
949 #define VT_STATIC  0x00000100  /* static variable */
950 #define VT_TYPEDEF 0x00000200  /* typedef definition */
951 @end example
953 @section Symbols
955 All symbols are stored in hashed symbol stacks. Each symbol stack
956 contains @code{Sym} structures.
958 @code{Sym.v} contains the symbol name (remember
959 an idenfier is also a token, so a string is never necessary to store
960 it). @code{Sym.t} gives the type of the symbol. @code{Sym.r} is usually
961 the register in which the corresponding variable is stored. @code{Sym.c} is
962 usually a constant associated to the symbol.
964 Four main symbol stacks are defined:
966 @table @code
968 @item define_stack
969 for the macros (@code{#define}s).
971 @item global_stack
972 for the global variables, functions and types.
974 @item local_stack
975 for the local variables, functions and types.
977 @item global_label_stack
978 for the local labels (for @code{goto}).
980 @item label_stack
981 for GCC block local labels (see the @code{__label__} keyword).
983 @end table
985 @code{sym_push()} is used to add a new symbol in the local symbol
986 stack. If no local symbol stack is active, it is added in the global
987 symbol stack.
989 @code{sym_pop(st,b)} pops symbols from the symbol stack @var{st} until
990 the symbol @var{b} is on the top of stack. If @var{b} is NULL, the stack
991 is emptied.
993 @code{sym_find(v)} return the symbol associated to the identifier
994 @var{v}. The local stack is searched first from top to bottom, then the
995 global stack.
997 @section Sections
999 The generated code and datas are written in sections. The structure
1000 @code{Section} contains all the necessary information for a given
1001 section. @code{new_section()} creates a new section. ELF file semantics
1002 is assumed for each section.
1004 The following sections are predefined:
1006 @table @code
1008 @item text_section
1009 is the section containing the generated code. @var{ind} contains the
1010 current position in the code section.
1012 @item data_section
1013 contains initialized data
1015 @item bss_section
1016 contains uninitialized data
1018 @item bounds_section
1019 @itemx lbounds_section
1020 are used when bound checking is activated
1022 @item stab_section
1023 @itemx stabstr_section
1024 are used when debugging is actived to store debug information
1026 @item symtab_section
1027 @itemx strtab_section
1028 contain the exported symbols (currently only used for debugging).
1030 @end table
1032 @section Code generation
1033 @cindex code generation
1035 @subsection Introduction
1037 The TCC code generator directly generates linked binary code in one
1038 pass. It is rather unusual these days (see gcc for example which
1039 generates text assembly), but it can be very fast and surprisingly
1040 little complicated.
1042 The TCC code generator is register based. Optimization is only done at
1043 the expression level. No intermediate representation of expression is
1044 kept except the current values stored in the @emph{value stack}.
1046 On x86, three temporary registers are used. When more registers are
1047 needed, one register is spilled into a new temporary variable on the stack.
1049 @subsection The value stack
1050 @cindex value stack, introduction
1052 When an expression is parsed, its value is pushed on the value stack
1053 (@var{vstack}). The top of the value stack is @var{vtop}. Each value
1054 stack entry is the structure @code{SValue}.
1056 @code{SValue.t} is the type. @code{SValue.r} indicates how the value is
1057 currently stored in the generated code. It is usually a CPU register
1058 index (@code{REG_xxx} constants), but additional values and flags are
1059 defined:
1061 @example
1062 #define VT_CONST     0x00f0
1063 #define VT_LLOCAL    0x00f1
1064 #define VT_LOCAL     0x00f2
1065 #define VT_CMP       0x00f3
1066 #define VT_JMP       0x00f4
1067 #define VT_JMPI      0x00f5
1068 #define VT_LVAL      0x0100
1069 #define VT_SYM       0x0200
1070 #define VT_MUSTCAST  0x0400
1071 #define VT_MUSTBOUND 0x0800
1072 #define VT_BOUNDED   0x8000
1073 #define VT_LVAL_BYTE     0x1000
1074 #define VT_LVAL_SHORT    0x2000
1075 #define VT_LVAL_UNSIGNED 0x4000
1076 #define VT_LVAL_TYPE     (VT_LVAL_BYTE | VT_LVAL_SHORT | VT_LVAL_UNSIGNED)
1077 @end example
1079 @table @code
1081 @item VT_CONST
1082 indicates that the value is a constant. It is stored in the union
1083 @code{SValue.c}, depending on its type.
1085 @item VT_LOCAL
1086 indicates a local variable pointer at offset @code{SValue.c.i} in the
1087 stack.
1089 @item VT_CMP
1090 indicates that the value is actually stored in the CPU flags (i.e. the
1091 value is the consequence of a test). The value is either 0 or 1. The
1092 actual CPU flags used is indicated in @code{SValue.c.i}. 
1094 If any code is generated which destroys the CPU flags, this value MUST be
1095 put in a normal register.
1097 @item VT_JMP
1098 @itemx VT_JMPI
1099 indicates that the value is the consequence of a conditional jump. For VT_JMP,
1100 it is 1 if the jump is taken, 0 otherwise. For VT_JMPI it is inverted.
1102 These values are used to compile the @code{||} and @code{&&} logical
1103 operators.
1105 If any code is generated, this value MUST be put in a normal
1106 register. Otherwise, the generated code won't be executed if the jump is
1107 taken.
1109 @item VT_LVAL
1110 is a flag indicating that the value is actually an lvalue (left value of
1111 an assignment). It means that the value stored is actually a pointer to
1112 the wanted value. 
1114 Understanding the use @code{VT_LVAL} is very important if you want to
1115 understand how TCC works.
1117 @item VT_LVAL_BYTE
1118 @itemx VT_LVAL_SHORT
1119 @itemx VT_LVAL_UNSIGNED
1120 if the lvalue has an integer type, then these flags give its real
1121 type. The type alone is not enough in case of cast optimisations.
1123 @item VT_LLOCAL
1124 is a saved lvalue on the stack. @code{VT_LLOCAL} should be eliminated
1125 ASAP because its semantics are rather complicated.
1127 @item VT_MUSTCAST
1128 indicates that a cast to the value type must be performed if the value
1129 is used (lazy casting).
1131 @item VT_SYM
1132 indicates that the symbol @code{SValue.sym} must be added to the constant.
1134 @item VT_MUSTBOUND
1135 @itemx VT_BOUNDED
1136 are only used for optional bound checking.
1138 @end table
1140 @subsection Manipulating the value stack
1141 @cindex value stack
1143 @code{vsetc()} and @code{vset()} pushes a new value on the value
1144 stack. If the previous @var{vtop} was stored in a very unsafe place(for
1145 example in the CPU flags), then some code is generated to put the
1146 previous @var{vtop} in a safe storage.
1148 @code{vpop()} pops @var{vtop}. In some cases, it also generates cleanup
1149 code (for example if stacked floating point registers are used as on
1150 x86).
1152 The @code{gv(rc)} function generates code to evaluate @var{vtop} (the
1153 top value of the stack) into registers. @var{rc} selects in which
1154 register class the value should be put. @code{gv()} is the @emph{most
1155 important function} of the code generator.
1157 @code{gv2()} is the same as @code{gv()} but for the top two stack
1158 entries.
1160 @subsection CPU dependent code generation
1161 @cindex CPU dependent
1162 See the @file{i386-gen.c} file to have an example.
1164 @table @code
1166 @item load()
1167 must generate the code needed to load a stack value into a register.
1169 @item store()
1170 must generate the code needed to store a register into a stack value
1171 lvalue.
1173 @item gfunc_start()
1174 @itemx gfunc_param()
1175 @itemx gfunc_call()
1176 should generate a function call
1178 @item gfunc_prolog()
1179 @itemx gfunc_epilog()
1180 should generate a function prolog/epilog.
1182 @item gen_opi(op)
1183 must generate the binary integer operation @var{op} on the two top
1184 entries of the stack which are guaranted to contain integer types.
1186 The result value should be put on the stack.
1188 @item gen_opf(op)
1189 same as @code{gen_opi()} for floating point operations. The two top
1190 entries of the stack are guaranted to contain floating point values of
1191 same types.
1193 @item gen_cvt_itof()
1194 integer to floating point conversion.
1196 @item gen_cvt_ftoi()
1197 floating point to integer conversion.
1199 @item gen_cvt_ftof()
1200 floating point to floating point of different size conversion.
1202 @item gen_bounded_ptr_add()
1203 @item gen_bounded_ptr_deref()
1204 are only used for bounds checking.
1206 @end table
1208 @section Optimizations done
1209 @cindex optimizations
1210 @cindex constant propagation
1211 @cindex strength reduction
1212 @cindex comparison operators
1213 @cindex caching processor flags
1214 @cindex flags, caching
1215 @cindex jump optimization
1216 Constant propagation is done for all operations. Multiplications and
1217 divisions are optimized to shifts when appropriate. Comparison
1218 operators are optimized by maintaining a special cache for the
1219 processor flags. &&, || and ! are optimized by maintaining a special
1220 'jump target' value. No other jump optimization is currently performed
1221 because it would require to store the code in a more abstract fashion.
1223 @unnumbered Concept Index
1224 @printindex cp
1226 @bye
1228 @c Local variables:
1229 @c fill-column: 78
1230 @c texinfo-column-for-description: 32
1231 @c End: