2015-01-15 Richard Sandiford <richard.sandiford@arm.com>
[official-gcc.git] / gcc / jit / docs / topics / contexts.rst
blob0d81f1ebd6fd9c63d25d449e319e12433ef1055d
1 .. Copyright (C) 2014-2015 Free Software Foundation, Inc.
2    Originally contributed by David Malcolm <dmalcolm@redhat.com>
4    This is free software: you can redistribute it and/or modify it
5    under the terms of the GNU General Public License as published by
6    the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
7    (at your option) any later version.
9    This program is distributed in the hope that it will be useful, but
10    WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
11    MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
12    General Public License for more details.
14    You should have received a copy of the GNU General Public License
15    along with this program.  If not, see
16    <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 .. default-domain:: c
20 Compilation contexts
21 ====================
23 .. type:: gcc_jit_context
25 The top-level of the API is the :c:type:`gcc_jit_context` type.
27 A :c:type:`gcc_jit_context` instance encapsulates the state of a
28 compilation.
30 You can set up options on it, and add types, functions and code.
31 Invoking :c:func:`gcc_jit_context_compile` on it gives you a
32 :c:type:`gcc_jit_result`.
34 Lifetime-management
35 -------------------
36 Contexts are the unit of lifetime-management within the API: objects
37 have their lifetime bounded by the context they are created within, and
38 cleanup of such objects is done for you when the context is released.
40 .. function:: gcc_jit_context *gcc_jit_context_acquire (void)
42   This function acquires a new :c:type:`gcc_jit_object *` instance,
43   which is independent of any others that may be present within this
44   process.
46 .. function:: void gcc_jit_context_release (gcc_jit_context *ctxt)
48   This function releases all resources associated with the given context.
49   Both the context itself and all of its :c:type:`gcc_jit_object *`
50   instances are cleaned up.  It should be called exactly once on a given
51   context.
53   It is invalid to use the context or any of its "contextual" objects
54   after calling this.
56   .. code-block:: c
58     gcc_jit_context_release (ctxt);
60 .. function:: gcc_jit_context * gcc_jit_context_new_child_context (gcc_jit_context *parent_ctxt)
62    Given an existing JIT context, create a child context.
64    The child inherits a copy of all option-settings from the parent.
66    The child can reference objects created within the parent, but not
67    vice-versa.
69    The lifetime of the child context must be bounded by that of the
70    parent: you should release a child context before releasing the parent
71    context.
73    If you use a function from a parent context within a child context,
74    you have to compile the parent context before you can compile the
75    child context, and the gcc_jit_result of the parent context must
76    outlive the gcc_jit_result of the child context.
78    This allows caching of shared initializations.  For example, you could
79    create types and declarations of global functions in a parent context
80    once within a process, and then create child contexts whenever a
81    function or loop becomes hot. Each such child context can be used for
82    JIT-compiling just one function or loop, but can reference types
83    and helper functions created within the parent context.
85    Contexts can be arbitrarily nested, provided the above rules are
86    followed, but it's probably not worth going above 2 or 3 levels, and
87    there will likely be a performance hit for such nesting.
90 Thread-safety
91 -------------
92 Instances of :c:type:`gcc_jit_context *` created via
93 :c:func:`gcc_jit_context_acquire` are independent from each other:
94 only one thread may use a given context at once, but multiple threads
95 could each have their own contexts without needing locks.
97 Contexts created via :c:func:`gcc_jit_context_new_child_context` are
98 related to their parent context.  They can be partitioned by their
99 ultimate ancestor into independent "family trees".   Only one thread
100 within a process may use a given "family tree" of such contexts at once,
101 and if you're using multiple threads you should provide your own locking
102 around entire such context partitions.
104 .. _error-handling:
106 Error-handling
107 --------------
108 Various kinds of errors are possible when using the API, such as
109 mismatched types in an assignment.  You can only compile and get code from
110 a context if no errors occur.
112 Errors are printed on stderr and can be queried using
113 :c:func:`gcc_jit_context_get_first_error`.
115 They typically contain the name of the API entrypoint where the error
116 occurred, and pertinent information on the problem:
118 .. code-block:: console
120   ./buggy-program: error: gcc_jit_block_add_assignment: mismatching types: assignment to i (type: int) from "hello world" (type: const char *)
122 In general, if an error occurs when using an API entrypoint, the
123 entrypoint returns NULL.  You don't have to check everywhere for NULL
124 results, since the API handles a NULL being passed in for any
125 argument by issuing another error.  This typically leads to a cascade of
126 followup error messages, but is safe (albeit verbose).  The first error
127 message is usually the one to pay attention to, since it is likely to
128 be responsible for all of the rest:
130 .. function:: const char *\
131               gcc_jit_context_get_first_error (gcc_jit_context *ctxt)
133    Returns the first error message that occurred on the context.
135    The returned string is valid for the rest of the lifetime of the
136    context.
138    If no errors occurred, this will be NULL.
140 If you are wrapping the C API for a higher-level language that supports
141 exception-handling, you may instead by interested in the last error that
142 occurred on the context, so that you can embed this in an exception:
144 .. function:: const char *\
145               gcc_jit_context_get_last_error (gcc_jit_context *ctxt)
147    Returns the last error message that occurred on the context.
149    The returned string is valid for the rest of the lifetime of the
150    context.
152    If no errors occurred, this will be NULL.
154 Debugging
155 ---------
157 .. function:: void\
158               gcc_jit_context_dump_to_file (gcc_jit_context *ctxt,\
159                                             const char *path,\
160                                             int update_locations)
162    To help with debugging: dump a C-like representation to the given path,
163    describing what's been set up on the context.
165    If "update_locations" is true, then also set up :type:`gcc_jit_location`
166    information throughout the context, pointing at the dump file as if it
167    were a source file.  This may be of use in conjunction with
168    :macro:`GCC_JIT_BOOL_OPTION_DEBUGINFO` to allow stepping through the
169    code in a debugger.
171 .. function:: void\
172               gcc_jit_context_set_logfile (gcc_jit_context *ctxt,\
173                                            FILE *logfile,\
174                                            int flags,\
175                                            int verbosity)
177    To help with debugging; enable ongoing logging of the context's
178    activity to the given file.
180    For example, the following will enable logging to stderr.
182    .. code-block:: c
184       gcc_jit_context_set_logfile (ctxt, stderr, 0, 0);
186    Examples of information logged include:
188    * API calls
190    * the various steps involved within compilation
192    * activity on any :c:type:`gcc_jit_result` instances created by
193      the context
195    * activity within any child contexts
197    An example of a log can be seen :ref:`here <example-of-log-file>`,
198    though the precise format and kinds of information logged is subject
199    to change.
201    The caller remains responsible for closing `logfile`, and it must not
202    be closed until all users are released.  In particular, note that
203    child contexts and :c:type:`gcc_jit_result` instances created by
204    the context will use the logfile.
206    There may a performance cost for logging.
208    You can turn off logging on `ctxt` by passing `NULL` for `logfile`.
209    Doing so only affects the context; it does not affect child contexts
210    or :c:type:`gcc_jit_result` instances already created by
211    the context.
213    The parameters "flags" and "verbosity" are reserved for future
214    expansion, and must be zero for now.
216 To contrast the above: :c:func:`gcc_jit_context_dump_to_file` dumps the
217 current state of a context to the given path, whereas
218 :c:func:`gcc_jit_context_set_logfile` enables on-going logging of
219 future activies on a context to the given `FILE *`.
222 .. function:: void\
223               gcc_jit_context_dump_reproducer_to_file (gcc_jit_context *ctxt,\
224                                                        const char *path)
226    Write C source code into `path` that can be compiled into a
227    self-contained executable (i.e. with libgccjit as the only dependency).
228    The generated code will attempt to replay the API calls that have been
229    made into the given context.
231    This may be useful when debugging the library or client code, for
232    reducing a complicated recipe for reproducing a bug into a simpler
233    form.  For example, consider client code that parses some source file
234    into some internal representation, and then walks this IR, calling into
235    libgccjit.  If this encounters a bug, a call to
236    `gcc_jit_context_dump_reproducer_to_file` will write out C code for
237    a much simpler executable that performs the equivalent calls into
238    libgccjit, without needing the client code and its data.
240    Typically you need to supply :option:`-Wno-unused-variable` when
241    compiling the generated file (since the result of each API call is
242    assigned to a unique variable within the generated C source, and not
243    all are necessarily then used).
245 .. function:: void\
246               gcc_jit_context_enable_dump (gcc_jit_context *ctxt,\
247                                            const char *dumpname, \
248                                            char **out_ptr)
250    Enable the dumping of a specific set of internal state from the
251    compilation, capturing the result in-memory as a buffer.
253    Parameter "dumpname" corresponds to the equivalent gcc command-line
254    option, without the "-fdump-" prefix.
255    For example, to get the equivalent of :option:`-fdump-tree-vrp1`,
256    supply ``"tree-vrp1"``:
258    .. code-block:: c
260       static char *dump_vrp1;
262       void
263       create_code (gcc_jit_context *ctxt)
264       {
265          gcc_jit_context_enable_dump (ctxt, "tree-vrp1", &dump_vrp1);
266          /* (other API calls omitted for brevity) */
267       }
269    The context directly stores the dumpname as a ``(const char *)``, so
270    the passed string must outlive the context.
272    :func:`gcc_jit_context_compile` will capture the dump as a
273    dynamically-allocated buffer, writing it to ``*out_ptr``.
275    The caller becomes responsible for calling:
277    .. code-block:: c
279       free (*out_ptr)
281    each time that :func:`gcc_jit_context_compile` is called.
282    ``*out_ptr`` will be written to, either with the address of a buffer,
283    or with ``NULL`` if an error occurred.
285    .. warning::
287       This API entrypoint is likely to be less stable than the others.
288       In particular, both the precise dumpnames, and the format and content
289       of the dumps are subject to change.
291       It exists primarily for writing the library's own test suite.
293 Options
294 -------
296 String Options
297 **************
299 .. function:: void gcc_jit_context_set_str_option(gcc_jit_context *ctxt, \
300                                                   enum gcc_jit_str_option opt, \
301                                                   const char *value)
303    Set a string option of the context.
305    .. type:: enum gcc_jit_str_option
307    There is currently just one string option:
309    .. macro:: GCC_JIT_STR_OPTION_PROGNAME
311       The name of the program, for use as a prefix when printing error
312       messages to stderr.  If `NULL`, or default, "libgccjit.so" is used.
314 Boolean options
315 ***************
317 .. function:: void gcc_jit_context_set_bool_option(gcc_jit_context *ctxt, \
318                                                    enum gcc_jit_bool_option opt, \
319                                                    int value)
321   Set a boolean option of the context.
322   Zero is "false" (the default), non-zero is "true".
324   .. type:: enum gcc_jit_bool_option
326   .. macro:: GCC_JIT_BOOL_OPTION_DEBUGINFO
328      If true, :func:`gcc_jit_context_compile` will attempt to do the right
329      thing so that if you attach a debugger to the process, it will
330      be able to inspect variables and step through your code.
332      Note that you can't step through code unless you set up source
333      location information for the code (by creating and passing in
334      :type:`gcc_jit_location` instances).
336   .. macro:: GCC_JIT_BOOL_OPTION_DUMP_INITIAL_TREE
338      If true, :func:`gcc_jit_context_compile` will dump its initial
339      "tree" representation of your code to stderr (before any
340      optimizations).
342      Here's some sample output (from the `square` example)::
344         <statement_list 0x7f4875a62cc0
345            type <void_type 0x7f4875a64bd0 VOID
346                align 8 symtab 0 alias set -1 canonical type 0x7f4875a64bd0
347                pointer_to_this <pointer_type 0x7f4875a64c78>>
348            side-effects head 0x7f4875a761e0 tail 0x7f4875a761f8 stmts 0x7f4875a62d20 0x7f4875a62d00
350            stmt <label_expr 0x7f4875a62d20 type <void_type 0x7f4875a64bd0>
351                side-effects
352                arg 0 <label_decl 0x7f4875a79080 entry type <void_type 0x7f4875a64bd0>
353                    VOID file (null) line 0 col 0
354                    align 1 context <function_decl 0x7f4875a77500 square>>>
355            stmt <return_expr 0x7f4875a62d00
356                type <integer_type 0x7f4875a645e8 public SI
357                    size <integer_cst 0x7f4875a623a0 constant 32>
358                    unit size <integer_cst 0x7f4875a623c0 constant 4>
359                    align 32 symtab 0 alias set -1 canonical type 0x7f4875a645e8 precision 32 min <integer_cst 0x7f4875a62340 -2147483648> max <integer_cst 0x7f4875a62360 2147483647>
360                    pointer_to_this <pointer_type 0x7f4875a6b348>>
361                side-effects
362                arg 0 <modify_expr 0x7f4875a72a78 type <integer_type 0x7f4875a645e8>
363                    side-effects arg 0 <result_decl 0x7f4875a7a000 D.54>
364                    arg 1 <mult_expr 0x7f4875a72a50 type <integer_type 0x7f4875a645e8>
365                        arg 0 <parm_decl 0x7f4875a79000 i> arg 1 <parm_decl 0x7f4875a79000 i>>>>>
367   .. macro:: GCC_JIT_BOOL_OPTION_DUMP_INITIAL_GIMPLE
369      If true, :func:`gcc_jit_context_compile` will dump the "gimple"
370      representation of your code to stderr, before any optimizations
371      are performed.  The dump resembles C code:
373      .. code-block:: c
375        square (signed int i)
376        {
377          signed int D.56;
379          entry:
380          D.56 = i * i;
381          return D.56;
382        }
384   .. macro:: GCC_JIT_BOOL_OPTION_DUMP_GENERATED_CODE
386      If true, :func:`gcc_jit_context_compile` will dump the final
387      generated code to stderr, in the form of assembly language:
389      .. code-block:: gas
391            .file    "fake.c"
392            .text
393            .globl    square
394            .type    square, @function
395        square:
396        .LFB0:
397            .cfi_startproc
398            pushq    %rbp
399            .cfi_def_cfa_offset 16
400            .cfi_offset 6, -16
401            movq    %rsp, %rbp
402            .cfi_def_cfa_register 6
403            movl    %edi, -4(%rbp)
404        .L2:
405            movl    -4(%rbp), %eax
406            imull    -4(%rbp), %eax
407            popq    %rbp
408            .cfi_def_cfa 7, 8
409            ret
410            .cfi_endproc
411        .LFE0:
412            .size    square, .-square
413            .ident    "GCC: (GNU) 4.9.0 20131023 (Red Hat 0.1-%{gcc_release})"
414            .section    .note.GNU-stack,"",@progbits
417   .. macro:: GCC_JIT_BOOL_OPTION_DUMP_SUMMARY
419      If true, :func:`gcc_jit_context_compile` will print information to stderr
420      on the actions it is performing, followed by a profile showing
421      the time taken and memory usage of each phase.
423   .. macro:: GCC_JIT_BOOL_OPTION_DUMP_EVERYTHING
425      If true, :func:`gcc_jit_context_compile` will dump copious
426      amount of information on what it's doing to various
427      files within a temporary directory.  Use
428      :macro:`GCC_JIT_BOOL_OPTION_KEEP_INTERMEDIATES` (see below) to
429      see the results.  The files are intended to be human-readable,
430      but the exact files and their formats are subject to change.
432   .. macro:: GCC_JIT_BOOL_OPTION_SELFCHECK_GC
434      If true, libgccjit will aggressively run its garbage collector, to
435      shake out bugs (greatly slowing down the compile).  This is likely
436      to only be of interest to developers *of* the library.  It is
437      used when running the selftest suite.
439   .. macro:: GCC_JIT_BOOL_OPTION_KEEP_INTERMEDIATES
441      If true, the :type:`gcc_jit_context` will not clean up intermediate files
442      written to the filesystem, and will display their location on stderr.
444 Integer options
445 ***************
447 .. function:: void gcc_jit_context_set_int_option (gcc_jit_context *ctxt, \
448                                                    enum gcc_jit_int_option opt, \
449                                                    int value)
451   Set an integer option of the context.
453   .. type:: enum gcc_jit_int_option
455   There is currently just one integer option:
457   .. macro:: GCC_JIT_INT_OPTION_OPTIMIZATION_LEVEL
459      How much to optimize the code.
461      Valid values are 0-3, corresponding to GCC's command-line options
462      -O0 through -O3.
464      The default value is 0 (unoptimized).