2005-09-28 Paul Brook <paul@codesourcery.com>
[official-gcc.git] / gcc / doc / gty.texi
blobcf4bde76d7328959d921901d78b2486311a0de94
1 @c Copyright (C) 2002, 2003, 2004
2 @c Free Software Foundation, Inc.
3 @c This is part of the GCC manual.
4 @c For copying conditions, see the file gcc.texi.
6 @node Type Information
7 @chapter Memory Management and Type Information
8 @cindex GGC
9 @findex GTY
11 GCC uses some fairly sophisticated memory management techniques, which
12 involve determining information about GCC's data structures from GCC's
13 source code and using this information to perform garbage collection and
14 implement precompiled headers.
16 A full C parser would be too complicated for this task, so a limited
17 subset of C is interpreted and special markers are used to determine
18 what parts of the source to look at.  All @code{struct} and
19 @code{union} declarations that define data structures that are
20 allocated under control of the garbage collector must be marked.  All
21 global variables that hold pointers to garbage-collected memory must
22 also be marked.  Finally, all global variables that need to be saved
23 and restored by a precompiled header must be marked.  (The precompiled
24 header mechanism can only save static variables if they're scalar.
25 Complex data structures must be allocated in garbage-collected memory
26 to be saved in a precompiled header.)
28 The full format of a marker is
29 @smallexample
30 GTY (([@var{option}] [(@var{param})], [@var{option}] [(@var{param})] @dots{}))
31 @end smallexample
32 @noindent
33 but in most cases no options are needed.  The outer double parentheses
34 are still necessary, though: @code{GTY(())}.  Markers can appear:
36 @itemize @bullet
37 @item
38 In a structure definition, before the open brace;
39 @item
40 In a global variable declaration, after the keyword @code{static} or
41 @code{extern}; and
42 @item
43 In a structure field definition, before the name of the field.
44 @end itemize
46 Here are some examples of marking simple data structures and globals.
48 @smallexample
49 struct @var{tag} GTY(())
51   @var{fields}@dots{}
52 @};
54 typedef struct @var{tag} GTY(())
56   @var{fields}@dots{}
57 @} *@var{typename};
59 static GTY(()) struct @var{tag} *@var{list};   /* @r{points to GC memory} */
60 static GTY(()) int @var{counter};        /* @r{save counter in a PCH} */
61 @end smallexample
63 The parser understands simple typedefs such as
64 @code{typedef struct @var{tag} *@var{name};} and
65 @code{typedef int @var{name};}.
66 These don't need to be marked.
68 @menu
69 * GTY Options::         What goes inside a @code{GTY(())}.
70 * GGC Roots::           Making global variables GGC roots.
71 * Files::               How the generated files work.
72 @end menu
74 @node GTY Options
75 @section The Inside of a @code{GTY(())}
77 Sometimes the C code is not enough to fully describe the type
78 structure.  Extra information can be provided with @code{GTY} options
79 and additional markers.  Some options take a parameter, which may be
80 either a string or a type name, depending on the parameter.  If an
81 option takes no parameter, it is acceptable either to omit the
82 parameter entirely, or to provide an empty string as a parameter.  For
83 example, @code{@w{GTY ((skip))}} and @code{@w{GTY ((skip ("")))}} are
84 equivalent.
86 When the parameter is a string, often it is a fragment of C code.  Four
87 special escapes may be used in these strings, to refer to pieces of
88 the data structure being marked:
90 @cindex % in GTY option
91 @table @code
92 @item %h
93 The current structure.
94 @item %1
95 The structure that immediately contains the current structure.
96 @item %0
97 The outermost structure that contains the current structure.
98 @item %a
99 A partial expression of the form @code{[i1][i2]...} that indexes
100 the array item currently being marked.
101 @end table
103 For instance, suppose that you have a structure of the form
104 @smallexample
105 struct A @{
106   ...
108 struct B @{
109   struct A foo[12];
111 @end smallexample
112 @noindent
113 and @code{b} is a variable of type @code{struct B}.  When marking
114 @samp{b.foo[11]}, @code{%h} would expand to @samp{b.foo[11]},
115 @code{%0} and @code{%1} would both expand to @samp{b}, and @code{%a}
116 would expand to @samp{[11]}.
118 As in ordinary C, adjacent strings will be concatenated; this is
119 helpful when you have a complicated expression.
120 @smallexample
121 @group
122 GTY ((chain_next ("TREE_CODE (&%h.generic) == INTEGER_TYPE"
123                   " ? TYPE_NEXT_VARIANT (&%h.generic)"
124                   " : TREE_CHAIN (&%h.generic)")))
125 @end group
126 @end smallexample
128 The available options are:
130 @table @code
131 @findex length
132 @item length ("@var{expression}")
134 There are two places the type machinery will need to be explicitly told
135 the length of an array.  The first case is when a structure ends in a
136 variable-length array, like this:
137 @smallexample
138 struct rtvec_def GTY(()) @{
139   int num_elem;         /* @r{number of elements} */
140   rtx GTY ((length ("%h.num_elem"))) elem[1];
142 @end smallexample
144 In this case, the @code{length} option is used to override the specified
145 array length (which should usually be @code{1}).  The parameter of the
146 option is a fragment of C code that calculates the length.
148 The second case is when a structure or a global variable contains a
149 pointer to an array, like this:
150 @smallexample
151 tree *
152   GTY ((length ("%h.regno_pointer_align_length"))) regno_decl;
153 @end smallexample
154 In this case, @code{regno_decl} has been allocated by writing something like
155 @smallexample
156   x->regno_decl =
157     ggc_alloc (x->regno_pointer_align_length * sizeof (tree));
158 @end smallexample
159 and the @code{length} provides the length of the field.
161 This second use of @code{length} also works on global variables, like:
162 @verbatim
163   static GTY((length ("reg_base_value_size")))
164     rtx *reg_base_value;
165 @end verbatim
167 @findex skip
168 @item skip
170 If @code{skip} is applied to a field, the type machinery will ignore it.
171 This is somewhat dangerous; the only safe use is in a union when one
172 field really isn't ever used.
174 @findex desc
175 @findex tag
176 @findex default
177 @item desc ("@var{expression}")
178 @itemx tag ("@var{constant}")
179 @itemx default
181 The type machinery needs to be told which field of a @code{union} is
182 currently active.  This is done by giving each field a constant
183 @code{tag} value, and then specifying a discriminator using @code{desc}.
184 The value of the expression given by @code{desc} is compared against
185 each @code{tag} value, each of which should be different.  If no
186 @code{tag} is matched, the field marked with @code{default} is used if
187 there is one, otherwise no field in the union will be marked.
189 In the @code{desc} option, the ``current structure'' is the union that
190 it discriminates.  Use @code{%1} to mean the structure containing it.
191 There are no escapes available to the @code{tag} option, since it is a
192 constant.
194 For example,
195 @smallexample
196 struct tree_binding GTY(())
198   struct tree_common common;
199   union tree_binding_u @{
200     tree GTY ((tag ("0"))) scope;
201     struct cp_binding_level * GTY ((tag ("1"))) level;
202   @} GTY ((desc ("BINDING_HAS_LEVEL_P ((tree)&%0)"))) xscope;
203   tree value;
205 @end smallexample
207 In this example, the value of BINDING_HAS_LEVEL_P when applied to a
208 @code{struct tree_binding *} is presumed to be 0 or 1.  If 1, the type
209 mechanism will treat the field @code{level} as being present and if 0,
210 will treat the field @code{scope} as being present.
212 @findex param_is
213 @findex use_param
214 @item param_is (@var{type})
215 @itemx use_param
217 Sometimes it's convenient to define some data structure to work on
218 generic pointers (that is, @code{PTR}) and then use it with a specific
219 type.  @code{param_is} specifies the real type pointed to, and
220 @code{use_param} says where in the generic data structure that type
221 should be put.
223 For instance, to have a @code{htab_t} that points to trees, one would
224 write the definition of @code{htab_t} like this:
225 @smallexample
226 typedef struct GTY(()) @{
227   @dots{}
228   void ** GTY ((use_param, @dots{})) entries;
229   @dots{}
230 @} htab_t;
231 @end smallexample
232 and then declare variables like this:
233 @smallexample
234   static htab_t GTY ((param_is (union tree_node))) ict;
235 @end smallexample
237 @findex param@var{n}_is
238 @findex use_param@var{n}
239 @item param@var{n}_is (@var{type})
240 @itemx use_param@var{n}
242 In more complicated cases, the data structure might need to work on
243 several different types, which might not necessarily all be pointers.
244 For this, @code{param1_is} through @code{param9_is} may be used to
245 specify the real type of a field identified by @code{use_param1} through
246 @code{use_param9}.
248 @findex use_params
249 @item use_params
251 When a structure contains another structure that is parameterized,
252 there's no need to do anything special, the inner structure inherits the
253 parameters of the outer one.  When a structure contains a pointer to a
254 parameterized structure, the type machinery won't automatically detect
255 this (it could, it just doesn't yet), so it's necessary to tell it that
256 the pointed-to structure should use the same parameters as the outer
257 structure.  This is done by marking the pointer with the
258 @code{use_params} option.
260 @findex deletable
261 @item deletable
263 @code{deletable}, when applied to a global variable, indicates that when
264 garbage collection runs, there's no need to mark anything pointed to
265 by this variable, it can just be set to @code{NULL} instead.  This is used
266 to keep a list of free structures around for re-use.
268 @findex if_marked
269 @item if_marked ("@var{expression}")
271 Suppose you want some kinds of object to be unique, and so you put them
272 in a hash table.  If garbage collection marks the hash table, these
273 objects will never be freed, even if the last other reference to them
274 goes away.  GGC has special handling to deal with this: if you use the
275 @code{if_marked} option on a global hash table, GGC will call the
276 routine whose name is the parameter to the option on each hash table
277 entry.  If the routine returns nonzero, the hash table entry will
278 be marked as usual.  If the routine returns zero, the hash table entry
279 will be deleted.
281 The routine @code{ggc_marked_p} can be used to determine if an element
282 has been marked already; in fact, the usual case is to use
283 @code{if_marked ("ggc_marked_p")}.
285 @findex maybe_undef
286 @item maybe_undef
288 When applied to a field, @code{maybe_undef} indicates that it's OK if
289 the structure that this fields points to is never defined, so long as
290 this field is always @code{NULL}.  This is used to avoid requiring
291 backends to define certain optional structures.  It doesn't work with
292 language frontends.
294 @findex nested_ptr
295 @item nested_ptr (@var{type}, "@var{to expression}", "@var{from expression}")
297 The type machinery expects all pointers to point to the start of an
298 object.  Sometimes for abstraction purposes it's convenient to have
299 a pointer which points inside an object.  So long as it's possible to
300 convert the original object to and from the pointer, such pointers
301 can still be used.  @var{type} is the type of the original object,
302 the @var{to expression} returns the pointer given the original object,
303 and the @var{from expression} returns the original object given
304 the pointer.  The pointer will be available using the @code{%h}
305 escape.
307 @findex chain_next
308 @findex chain_prev
309 @item chain_next ("@var{expression}")
310 @itemx chain_prev ("@var{expression}")
312 It's helpful for the type machinery to know if objects are often
313 chained together in long lists; this lets it generate code that uses
314 less stack space by iterating along the list instead of recursing down
315 it.  @code{chain_next} is an expression for the next item in the list,
316 @code{chain_prev} is an expression for the previous item.  For singly
317 linked lists, use only @code{chain_next}; for doubly linked lists, use
318 both.  The machinery requires that taking the next item of the
319 previous item gives the original item.
321 @findex reorder
322 @item reorder ("@var{function name}")
324 Some data structures depend on the relative ordering of pointers.  If
325 the precompiled header machinery needs to change that ordering, it
326 will call the function referenced by the @code{reorder} option, before
327 changing the pointers in the object that's pointed to by the field the
328 option applies to.  The function must take four arguments, with the
329 signature @samp{@w{void *, void *, gt_pointer_operator, void *}}.
330 The first parameter is a pointer to the structure that contains the
331 object being updated, or the object itself if there is no containing
332 structure.  The second parameter is a cookie that should be ignored.
333 The third parameter is a routine that, given a pointer, will update it
334 to its correct new value.  The fourth parameter is a cookie that must
335 be passed to the second parameter.
337 PCH cannot handle data structures that depend on the absolute values
338 of pointers.  @code{reorder} functions can be expensive.  When
339 possible, it is better to depend on properties of the data, like an ID
340 number or the hash of a string instead.
342 @findex special
343 @item special ("@var{name}")
345 The @code{special} option is used to mark types that have to be dealt
346 with by special case machinery.  The parameter is the name of the
347 special case.  See @file{gengtype.c} for further details.  Avoid
348 adding new special cases unless there is no other alternative.
349 @end table
351 @node GGC Roots
352 @section Marking Roots for the Garbage Collector
353 @cindex roots, marking
354 @cindex marking roots
356 In addition to keeping track of types, the type machinery also locates
357 the global variables (@dfn{roots}) that the garbage collector starts
358 at.  Roots must be declared using one of the following syntaxes:
360 @itemize @bullet
361 @item
362 @code{extern GTY(([@var{options}])) @var{type} @var{name};}
363 @item
364 @code{static GTY(([@var{options}])) @var{type} @var{name};}
365 @end itemize
366 @noindent
367 The syntax
368 @itemize @bullet
369 @item
370 @code{GTY(([@var{options}])) @var{type} @var{name};}
371 @end itemize
372 @noindent
373 is @emph{not} accepted.  There should be an @code{extern} declaration
374 of such a variable in a header somewhere---mark that, not the
375 definition.  Or, if the variable is only used in one file, make it
376 @code{static}.
378 @node Files
379 @section Source Files Containing Type Information
380 @cindex generated files
381 @cindex files, generated
383 Whenever you add @code{GTY} markers to a source file that previously
384 had none, or create a new source file containing @code{GTY} markers,
385 there are three things you need to do:
387 @enumerate
388 @item
389 You need to add the file to the list of source files the type
390 machinery scans.  There are four cases:
392 @enumerate a
393 @item
394 For a back-end file, this is usually done
395 automatically; if not, you should add it to @code{target_gtfiles} in
396 the appropriate port's entries in @file{config.gcc}.
398 @item
399 For files shared by all front ends, add the filename to the
400 @code{GTFILES} variable in @file{Makefile.in}.
402 @item
403 For files that are part of one front end, add the filename to the
404 @code{gtfiles} variable defined in the appropriate
405 @file{config-lang.in}.  For C, the file is @file{c-config-lang.in}.
407 @item
408 For files that are part of some but not all front ends, add the
409 filename to the @code{gtfiles} variable of @emph{all} the front ends
410 that use it.
411 @end enumerate
413 @item
414 If the file was a header file, you'll need to check that it's included
415 in the right place to be visible to the generated files.  For a back-end
416 header file, this should be done automatically.  For a front-end header
417 file, it needs to be included by the same file that includes
418 @file{gtype-@var{lang}.h}.  For other header files, it needs to be
419 included in @file{gtype-desc.c}, which is a generated file, so add it to
420 @code{ifiles} in @code{open_base_file} in @file{gengtype.c}.
422 For source files that aren't header files, the machinery will generate a
423 header file that should be included in the source file you just changed.
424 The file will be called @file{gt-@var{path}.h} where @var{path} is the
425 pathname relative to the @file{gcc} directory with slashes replaced by
426 @verb{|-|}, so for example the header file to be included in
427 @file{cp/parser.c} is called @file{gt-cp-parser.c}.  The
428 generated header file should be included after everything else in the
429 source file.  Don't forget to mention this file as a dependency in the
430 @file{Makefile}!
432 @item
433 If a new @file{gt-@var{path}.h} file is needed, you need to arrange to
434 add a @file{Makefile} rule that will ensure this file can be built.
435 This is done by making it a dependency of @code{s-gtype}, like this:
436 @verbatim
437 gt-path.h : s-gtype ; @true
438 @end verbatim
439 @end enumerate
441 For language frontends, there is another file that needs to be included
442 somewhere.  It will be called @file{gtype-@var{lang}.h}, where
443 @var{lang} is the name of the subdirectory the language is contained in.
444 It will need @file{Makefile} rules just like the other generated files.