Fix bug in gen_cvt_ftoi1. Add test 107_stack_safe for this fix.
[tinycc.git] / tcc-doc.texi
blob9266cf1c9a4aa1db4781e5217cd798543cab8871
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 -v
180 Display TCC version.
182 @item -vv
183 Show included files.  As sole argument, print search dirs.  -vvv shows tries too.
185 @item -bench
186 Display compilation statistics.
188 @end table
190 Preprocessor options:
192 @table @option
193 @item -Idir
194 Specify an additional include path. Include paths are searched in the
195 order they are specified.
197 System include paths are always searched after. The default system
198 include paths are: @file{/usr/local/include}, @file{/usr/include}
199 and @file{PREFIX/lib/tcc/include}. (@file{PREFIX} is usually
200 @file{/usr} or @file{/usr/local}).
202 @item -Dsym[=val]
203 Define preprocessor symbol @samp{sym} to
204 val. If val is not present, its value is @samp{1}. Function-like macros can
205 also be defined: @option{-DF(a)=a+1}
207 @item -Usym
208 Undefine preprocessor symbol @samp{sym}.
210 @item -E
211 Preprocess only, to stdout or file (with -o).
213 @end table
215 Compilation flags:
217 Note: each of the following options has a negative form beginning with
218 @option{-fno-}.
220 @table @option
221 @item -funsigned-char
222 Let the @code{char} type be unsigned.
224 @item -fsigned-char
225 Let the @code{char} type be signed.
227 @item -fno-common
228 Do not generate common symbols for uninitialized data.
230 @item -fleading-underscore
231 Add a leading underscore at the beginning of each C symbol.
233 @item -fms-extensions
234 Allow a MS C compiler extensions to the language. Currently this
235 assumes a nested named structure declaration without an identifier
236 behaves like an unnamed one.
238 @item -fdollars-in-identifiers
239 Allow dollar signs in identifiers
241 @end table
243 Warning options:
245 @table @option
246 @item -w
247 Disable all warnings.
249 @end table
251 Note: each of the following warning options has a negative form beginning with
252 @option{-Wno-}.
254 @table @option
255 @item -Wimplicit-function-declaration
256 Warn about implicit function declaration.
258 @item -Wunsupported
259 Warn about unsupported GCC features that are ignored by TCC.
261 @item -Wwrite-strings
262 Make string constants be of type @code{const char *} instead of @code{char
265 @item -Werror
266 Abort compilation if warnings are issued.
268 @item -Wall 
269 Activate all warnings, except @option{-Werror}, @option{-Wunusupported} and
270 @option{-Wwrite-strings}.
272 @end table
274 Linker options:
276 @table @option
277 @item -Ldir
278 Specify an additional static library path for the @option{-l} option. The
279 default library paths are @file{/usr/local/lib}, @file{/usr/lib} and @file{/lib}.
281 @item -lxxx
282 Link your program with dynamic library libxxx.so or static library
283 libxxx.a. The library is searched in the paths specified by the
284 @option{-L} option and @env{LIBRARY_PATH} variable.
286 @item -Bdir
287 Set the path where the tcc internal libraries (and include files) can be
288 found (default is @file{PREFIX/lib/tcc}).
290 @item -shared
291 Generate a shared library instead of an executable.
293 @item -soname name
294 set name for shared library to be used at runtime
296 @item -static
297 Generate a statically linked executable (default is a shared linked
298 executable).
300 @item -rdynamic
301 Export global symbols to the dynamic linker. It is useful when a library
302 opened with @code{dlopen()} needs to access executable symbols.
304 @item -r
305 Generate an object file combining all input files.
307 @item -Wl,-rpath=path
308 Put custom search path for dynamic libraries into executable.
310 @item -Wl,--enable-new-dtags
311 When putting a custom search path for dynamic libraries into the executable,
312 create the new ELF dynamic tag DT_RUNPATH instead of the old legacy DT_RPATH.
314 @item -Wl,--oformat=fmt
315 Use @var{fmt} as output format. The supported output formats are:
316 @table @code
317 @item elf32-i386
318 ELF output format (default)
319 @item binary
320 Binary image (only for executable output)
321 @item coff
322 COFF output format (only for executable output for TMS320C67xx target)
323 @end table
325 @item -Wl,--export-all-symbols
326 @item -Wl,--export-dynamic
327 Export global symbols to the dynamic linker. It is useful when a library
328 opened with @code{dlopen()} needs to access executable symbols.
330 @item -Wl,-subsystem=console/gui/wince/...
331 Set type for PE (Windows) executables.
333 @item -Wl,-[Ttext=# | section-alignment=# | file-alignment=# | image-base=# | stack=#]
334 Modify executable layout.
336 @item -Wl,-Bsymbolic
337 Set DT_SYMBOLIC tag.
339 @item -Wl,-(no-)whole-archive
340 Turn on/off linking of all objects in archives.
342 @end table
344 Debugger options:
346 @table @option
347 @item -g
348 Generate run time debug information so that you get clear run time
349 error messages: @code{ test.c:68: in function 'test5()': dereferencing
350 invalid pointer} instead of the laconic @code{Segmentation
351 fault}.
353 @item -b
354 Generate additional support code to check
355 memory allocations and array/pointer bounds. @option{-g} is implied. Note
356 that the generated code is slower and bigger in this case.
358 Note: @option{-b} is only available on i386 when using libtcc for the moment.
360 @item -bt N
361 Display N callers in stack traces. This is useful with @option{-g} or
362 @option{-b}.
364 @end table
366 Misc options:
368 @table @option
369 @item -MD
370 Generate makefile fragment with dependencies.
372 @item -MF depfile
373 Use @file{depfile} as output for -MD.
375 @item -print-search-dirs
376 Print the configured installation directory and a list of library
377 and include directories tcc will search.
379 @item -dumpversion
380 Print version.
382 @end table
384 Target specific options:
386 @table @option
387 @item -mms-bitfields
388 Use an algorithm for bitfield alignment consistent with MSVC. Default is
389 gcc's algorithm.
391 @item -mfloat-abi (ARM only)
392 Select the float ABI. Possible values: @code{softfp} and @code{hard}
394 @item -mno-sse
395 Do not use sse registers on x86_64
397 @item -m32, -m64
398 Pass command line to the i386/x86_64 cross compiler.
400 @end table
402 Note: GCC options @option{-Ox}, @option{-fx} and @option{-mx} are
403 ignored.
404 @c man end
406 @c man begin ENVIRONMENT
407 Environment variables that affect how tcc operates.
409 @table @option
411 @item CPATH
412 @item C_INCLUDE_PATH
413 A colon-separated list of directories searched for include files,
414 directories given with @option{-I} are searched first.
416 @item LIBRARY_PATH
417 A colon-separated list of directories searched for libraries for the
418 @option{-l} option, directories given with @option{-L} are searched first.
420 @end table
422 @c man end
424 @ignore
426 @setfilename tcc
427 @settitle Tiny C Compiler
429 @c man begin SEEALSO
430 cpp(1),
431 gcc(1)
432 @c man end
434 @c man begin AUTHOR
435 Fabrice Bellard
436 @c man end
438 @end ignore
440 @node Clang
441 @chapter C language support
443 @section ANSI C
445 TCC implements all the ANSI C standard, including structure bit fields
446 and floating point numbers (@code{long double}, @code{double}, and
447 @code{float} fully supported).
449 @section ISOC99 extensions
451 TCC implements many features of the new C standard: ISO C99. Currently
452 missing items are: complex and imaginary numbers.
454 Currently implemented ISOC99 features:
456 @itemize
458 @item variable length arrays.
460 @item 64 bit @code{long long} types are fully supported.
462 @item The boolean type @code{_Bool} is supported.
464 @item @code{__func__} is a string variable containing the current
465 function name.
467 @item Variadic macros: @code{__VA_ARGS__} can be used for
468    function-like macros:
469 @example
470     #define dprintf(level, __VA_ARGS__) printf(__VA_ARGS__)
471 @end example
473 @noindent
474 @code{dprintf} can then be used with a variable number of parameters.
476 @item Declarations can appear anywhere in a block (as in C++).
478 @item Array and struct/union elements can be initialized in any order by
479   using designators:
480 @example
481     struct @{ int x, y; @} st[10] = @{ [0].x = 1, [0].y = 2 @};
483     int tab[10] = @{ 1, 2, [5] = 5, [9] = 9@};
484 @end example
485     
486 @item Compound initializers are supported:
487 @example
488     int *p = (int [])@{ 1, 2, 3 @};
489 @end example
490 to initialize a pointer pointing to an initialized array. The same
491 works for structures and strings.
493 @item Hexadecimal floating point constants are supported:
494 @example
495           double d = 0x1234p10;
496 @end example
498 @noindent
499 is the same as writing 
500 @example
501           double d = 4771840.0;
502 @end example
504 @item @code{inline} keyword is ignored.
506 @item @code{restrict} keyword is ignored.
507 @end itemize
509 @section GNU C extensions
511 TCC implements some GNU C extensions:
513 @itemize
515 @item array designators can be used without '=': 
516 @example
517     int a[10] = @{ [0] 1, [5] 2, 3, 4 @};
518 @end example
520 @item Structure field designators can be a label: 
521 @example
522     struct @{ int x, y; @} st = @{ x: 1, y: 1@};
523 @end example
524 instead of
525 @example
526     struct @{ int x, y; @} st = @{ .x = 1, .y = 1@};
527 @end example
529 @item @code{\e} is ASCII character 27.
531 @item case ranges : ranges can be used in @code{case}s:
532 @example
533     switch(a) @{
534     case 1 @dots{} 9:
535           printf("range 1 to 9\n");
536           break;
537     default:
538           printf("unexpected\n");
539           break;
540     @}
541 @end example
543 @cindex aligned attribute
544 @cindex packed attribute
545 @cindex section attribute
546 @cindex unused attribute
547 @cindex cdecl attribute
548 @cindex stdcall attribute
549 @cindex regparm attribute
550 @cindex dllexport attribute
551 @cindex nodecorate attribute
553 @item The keyword @code{__attribute__} is handled to specify variable or
554 function attributes. The following attributes are supported:
555   @itemize
557   @item @code{aligned(n)}: align a variable or a structure field to n bytes
558 (must be a power of two).
560   @item @code{packed}: force alignment of a variable or a structure field to
561   1.
563   @item @code{section(name)}: generate function or data in assembly section
564 name (name is a string containing the section name) instead of the default
565 section.
567   @item @code{unused}: specify that the variable or the function is unused.
569   @item @code{cdecl}: use standard C calling convention (default).
571   @item @code{stdcall}: use Pascal-like calling convention.
573   @item @code{regparm(n)}: use fast i386 calling convention. @var{n} must be
574 between 1 and 3. The first @var{n} function parameters are respectively put in
575 registers @code{%eax}, @code{%edx} and @code{%ecx}.
577   @item @code{dllexport}: export function from dll/executable (win32 only)
579   @item @code{nodecorate}: do not apply any decorations that would otherwise be applied when exporting function from dll/executable (win32 only)
581   @end itemize
583 Here are some examples:
584 @example
585     int a __attribute__ ((aligned(8), section(".mysection")));
586 @end example
588 @noindent
589 align variable @code{a} to 8 bytes and put it in section @code{.mysection}.
591 @example
592     int my_add(int a, int b) __attribute__ ((section(".mycodesection"))) 
593     @{
594         return a + b;
595     @}
596 @end example
598 @noindent
599 generate function @code{my_add} in section @code{.mycodesection}.
601 @item GNU style variadic macros:
602 @example
603     #define dprintf(fmt, args@dots{}) printf(fmt, ## args)
605     dprintf("no arg\n");
606     dprintf("one arg %d\n", 1);
607 @end example
609 @item @code{__FUNCTION__} is interpreted as C99 @code{__func__} 
610 (so it has not exactly the same semantics as string literal GNUC
611 where it is a string literal).
613 @item The @code{__alignof__} keyword can be used as @code{sizeof} 
614 to get the alignment of a type or an expression.
616 @item The @code{typeof(x)} returns the type of @code{x}. 
617 @code{x} is an expression or a type.
619 @item Computed gotos: @code{&&label} returns a pointer of type 
620 @code{void *} on the goto label @code{label}. @code{goto *expr} can be
621 used to jump on the pointer resulting from @code{expr}.
623 @item Inline assembly with asm instruction:
624 @cindex inline assembly
625 @cindex assembly, inline
626 @cindex __asm__
627 @example
628 static inline void * my_memcpy(void * to, const void * from, size_t n)
630 int d0, d1, d2;
631 __asm__ __volatile__(
632         "rep ; movsl\n\t"
633         "testb $2,%b4\n\t"
634         "je 1f\n\t"
635         "movsw\n"
636         "1:\ttestb $1,%b4\n\t"
637         "je 2f\n\t"
638         "movsb\n"
639         "2:"
640         : "=&c" (d0), "=&D" (d1), "=&S" (d2)
641         :"0" (n/4), "q" (n),"1" ((long) to),"2" ((long) from)
642         : "memory");
643 return (to);
645 @end example
647 @noindent
648 @cindex gas
649 TCC includes its own x86 inline assembler with a @code{gas}-like (GNU
650 assembler) syntax. No intermediate files are generated. GCC 3.x named
651 operands are supported.
653 @item @code{__builtin_types_compatible_p()} and @code{__builtin_constant_p()} 
654 are supported.
656 @item @code{#pragma pack} is supported for win32 compatibility.
658 @end itemize
660 @section TinyCC extensions
662 @itemize
664 @item @code{__TINYC__} is a predefined macro to indicate that you use TCC.
666 @item @code{#!} at the start of a line is ignored to allow scripting.
668 @item Binary digits can be entered (@code{0b101} instead of
669 @code{5}).
671 @item @code{__BOUNDS_CHECKING_ON} is defined if bound checking is activated.
673 @end itemize
675 @node asm
676 @chapter TinyCC Assembler
678 Since version 0.9.16, TinyCC integrates its own assembler. TinyCC
679 assembler supports a gas-like syntax (GNU assembler). You can
680 deactivate assembler support if you want a smaller TinyCC executable
681 (the C compiler does not rely on the assembler).
683 TinyCC Assembler is used to handle files with @file{.S} (C
684 preprocessed assembler) and @file{.s} extensions. It is also used to
685 handle the GNU inline assembler with the @code{asm} keyword.
687 @section Syntax
689 TinyCC Assembler supports most of the gas syntax. The tokens are the
690 same as C.
692 @itemize
694 @item C and C++ comments are supported.
696 @item Identifiers are the same as C, so you cannot use '.' or '$'.
698 @item Only 32 bit integer numbers are supported.
700 @end itemize
702 @section Expressions
704 @itemize
706 @item Integers in decimal, octal and hexa are supported.
708 @item Unary operators: +, -, ~.
710 @item Binary operators in decreasing priority order:
712 @enumerate
713 @item *, /, %
714 @item &, |, ^
715 @item +, -
716 @end enumerate
718 @item A value is either an absolute number or a label plus an offset. 
719 All operators accept absolute values except '+' and '-'. '+' or '-' can be
720 used to add an offset to a label. '-' supports two labels only if they
721 are the same or if they are both defined and in the same section.
723 @end itemize
725 @section Labels
727 @itemize
729 @item All labels are considered as local, except undefined ones.
731 @item Numeric labels can be used as local @code{gas}-like labels. 
732 They can be defined several times in the same source. Use 'b'
733 (backward) or 'f' (forward) as suffix to reference them:
735 @example
736  1:
737       jmp 1b /* jump to '1' label before */
738       jmp 1f /* jump to '1' label after */
739  1:
740 @end example
742 @end itemize
744 @section Directives
745 @cindex assembler directives
746 @cindex directives, assembler
747 @cindex align directive
748 @cindex skip directive
749 @cindex space directive
750 @cindex byte directive
751 @cindex word directive
752 @cindex short directive
753 @cindex int directive
754 @cindex long directive
755 @cindex quad directive
756 @cindex globl directive
757 @cindex global directive
758 @cindex section directive
759 @cindex text directive
760 @cindex data directive
761 @cindex bss directive
762 @cindex fill directive
763 @cindex org directive
764 @cindex previous directive
765 @cindex string directive
766 @cindex asciz directive
767 @cindex ascii directive
769 All directives are preceded by a '.'. The following directives are
770 supported:
772 @itemize
773 @item .align n[,value]
774 @item .skip n[,value]
775 @item .space n[,value]
776 @item .byte value1[,...]
777 @item .word value1[,...]
778 @item .short value1[,...]
779 @item .int value1[,...]
780 @item .long value1[,...]
781 @item .quad immediate_value1[,...]
782 @item .globl symbol
783 @item .global symbol
784 @item .section section
785 @item .text
786 @item .data
787 @item .bss
788 @item .fill repeat[,size[,value]]
789 @item .org n
790 @item .previous
791 @item .string string[,...]
792 @item .asciz string[,...]
793 @item .ascii string[,...]
794 @end itemize
796 @section X86 Assembler
797 @cindex assembler
799 All X86 opcodes are supported. Only ATT syntax is supported (source
800 then destination operand order). If no size suffix is given, TinyCC
801 tries to guess it from the operand sizes.
803 Currently, MMX opcodes are supported but not SSE ones.
805 @node linker
806 @chapter TinyCC Linker
807 @cindex linker
809 @section ELF file generation
810 @cindex ELF
812 TCC can directly output relocatable ELF files (object files),
813 executable ELF files and dynamic ELF libraries without relying on an
814 external linker.
816 Dynamic ELF libraries can be output but the C compiler does not generate
817 position independent code (PIC). It means that the dynamic library
818 code generated by TCC cannot be factorized among processes yet.
820 TCC linker eliminates unreferenced object code in libraries. A single pass is
821 done on the object and library list, so the order in which object files and
822 libraries are specified is important (same constraint as GNU ld). No grouping
823 options (@option{--start-group} and @option{--end-group}) are supported.
825 @section ELF file loader
827 TCC can load ELF object files, archives (.a files) and dynamic
828 libraries (.so).
830 @section PE-i386 file generation
831 @cindex PE-i386
833 TCC for Windows supports the native Win32 executable file format (PE-i386).  It
834 generates EXE files (console and gui) and DLL files.
836 For usage on Windows, see also tcc-win32.txt.
838 @section GNU Linker Scripts
839 @cindex scripts, linker
840 @cindex linker scripts
841 @cindex GROUP, linker command
842 @cindex FILE, linker command
843 @cindex OUTPUT_FORMAT, linker command
844 @cindex TARGET, linker command
846 Because on many Linux systems some dynamic libraries (such as
847 @file{/usr/lib/libc.so}) are in fact GNU ld link scripts (horrible!),
848 the TCC linker also supports a subset of GNU ld scripts.
850 The @code{GROUP} and @code{FILE} commands are supported. @code{OUTPUT_FORMAT}
851 and @code{TARGET} are ignored.
853 Example from @file{/usr/lib/libc.so}:
854 @example
855 /* GNU ld script
856    Use the shared library, but some functions are only in
857    the static library, so try that secondarily.  */
858 GROUP ( /lib/libc.so.6 /usr/lib/libc_nonshared.a )
859 @end example
861 @node Bounds
862 @chapter TinyCC Memory and Bound checks
863 @cindex bound checks
864 @cindex memory checks
866 This feature is activated with the @option{-b} (@pxref{Invoke}).
868 Note that pointer size is @emph{unchanged} and that code generated
869 with bound checks is @emph{fully compatible} with unchecked
870 code. When a pointer comes from unchecked code, it is assumed to be
871 valid. Even very obscure C code with casts should work correctly.
873 For more information about the ideas behind this method, see
874 @url{http://www.doc.ic.ac.uk/~phjk/BoundsChecking.html}.
876 Here are some examples of caught errors:
878 @table @asis
880 @item Invalid range with standard string function:
881 @example
883     char tab[10];
884     memset(tab, 0, 11);
886 @end example
888 @item Out of bounds-error in global or local arrays:
889 @example
891     int tab[10];
892     for(i=0;i<11;i++) @{
893         sum += tab[i];
894     @}
896 @end example
898 @item Out of bounds-error in malloc'ed data:
899 @example
901     int *tab;
902     tab = malloc(20 * sizeof(int));
903     for(i=0;i<21;i++) @{
904         sum += tab4[i];
905     @}
906     free(tab);
908 @end example
910 @item Access of freed memory:
911 @example
913     int *tab;
914     tab = malloc(20 * sizeof(int));
915     free(tab);
916     for(i=0;i<20;i++) @{
917         sum += tab4[i];
918     @}
920 @end example
922 @item Double free:
923 @example
925     int *tab;
926     tab = malloc(20 * sizeof(int));
927     free(tab);
928     free(tab);
930 @end example
932 @end table
934 @node Libtcc
935 @chapter The @code{libtcc} library
937 The @code{libtcc} library enables you to use TCC as a backend for
938 dynamic code generation. 
940 Read the @file{libtcc.h} to have an overview of the API. Read
941 @file{libtcc_test.c} to have a very simple example.
943 The idea consists in giving a C string containing the program you want
944 to compile directly to @code{libtcc}. Then you can access to any global
945 symbol (function or variable) defined.
947 @node devel
948 @chapter Developer's guide
950 This chapter gives some hints to understand how TCC works. You can skip
951 it if you do not intend to modify the TCC code.
953 @section File reading
955 The @code{BufferedFile} structure contains the context needed to read a
956 file, including the current line number. @code{tcc_open()} opens a new
957 file and @code{tcc_close()} closes it. @code{inp()} returns the next
958 character.
960 @section Lexer
962 @code{next()} reads the next token in the current
963 file. @code{next_nomacro()} reads the next token without macro
964 expansion.
966 @code{tok} contains the current token (see @code{TOK_xxx})
967 constants. Identifiers and keywords are also keywords. @code{tokc}
968 contains additional infos about the token (for example a constant value
969 if number or string token).
971 @section Parser
973 The parser is hardcoded (yacc is not necessary). It does only one pass,
974 except:
976 @itemize
978 @item For initialized arrays with unknown size, a first pass 
979 is done to count the number of elements.
981 @item For architectures where arguments are evaluated in 
982 reverse order, a first pass is done to reverse the argument order.
984 @end itemize
986 @section Types
988 The types are stored in a single 'int' variable. It was chosen in the
989 first stages of development when tcc was much simpler. Now, it may not
990 be the best solution.
992 @example
993 #define VT_INT        0  /* integer type */
994 #define VT_BYTE       1  /* signed byte type */
995 #define VT_SHORT      2  /* short type */
996 #define VT_VOID       3  /* void type */
997 #define VT_PTR        4  /* pointer */
998 #define VT_ENUM       5  /* enum definition */
999 #define VT_FUNC       6  /* function type */
1000 #define VT_STRUCT     7  /* struct/union definition */
1001 #define VT_FLOAT      8  /* IEEE float */
1002 #define VT_DOUBLE     9  /* IEEE double */
1003 #define VT_LDOUBLE   10  /* IEEE long double */
1004 #define VT_BOOL      11  /* ISOC99 boolean type */
1005 #define VT_LLONG     12  /* 64 bit integer */
1006 #define VT_LONG      13  /* long integer (NEVER USED as type, only
1007                             during parsing) */
1008 #define VT_BTYPE      0x000f /* mask for basic type */
1009 #define VT_UNSIGNED   0x0010  /* unsigned type */
1010 #define VT_ARRAY      0x0020  /* array type (also has VT_PTR) */
1011 #define VT_VLA        0x20000 /* VLA type (also has VT_PTR and VT_ARRAY) */
1012 #define VT_BITFIELD   0x0040  /* bitfield modifier */
1013 #define VT_CONSTANT   0x0800  /* const modifier */
1014 #define VT_VOLATILE   0x1000  /* volatile modifier */
1015 #define VT_DEFSIGN    0x2000  /* signed type */
1017 #define VT_STRUCT_SHIFT 18   /* structure/enum name shift (14 bits left) */
1018 @end example
1020 When a reference to another type is needed (for pointers, functions and
1021 structures), the @code{32 - VT_STRUCT_SHIFT} high order bits are used to
1022 store an identifier reference.
1024 The @code{VT_UNSIGNED} flag can be set for chars, shorts, ints and long
1025 longs.
1027 Arrays are considered as pointers @code{VT_PTR} with the flag
1028 @code{VT_ARRAY} set. Variable length arrays are considered as special
1029 arrays and have flag @code{VT_VLA} set instead of @code{VT_ARRAY}.
1031 The @code{VT_BITFIELD} flag can be set for chars, shorts, ints and long
1032 longs. If it is set, then the bitfield position is stored from bits
1033 VT_STRUCT_SHIFT to VT_STRUCT_SHIFT + 5 and the bit field size is stored
1034 from bits VT_STRUCT_SHIFT + 6 to VT_STRUCT_SHIFT + 11.
1036 @code{VT_LONG} is never used except during parsing.
1038 During parsing, the storage of an object is also stored in the type
1039 integer:
1041 @example
1042 #define VT_EXTERN  0x00000080  /* extern definition */
1043 #define VT_STATIC  0x00000100  /* static variable */
1044 #define VT_TYPEDEF 0x00000200  /* typedef definition */
1045 #define VT_INLINE  0x00000400  /* inline definition */
1046 #define VT_IMPORT  0x00004000  /* win32: extern data imported from dll */
1047 #define VT_EXPORT  0x00008000  /* win32: data exported from dll */
1048 #define VT_WEAK    0x00010000  /* win32: data exported from dll */
1049 @end example
1051 @section Symbols
1053 All symbols are stored in hashed symbol stacks. Each symbol stack
1054 contains @code{Sym} structures.
1056 @code{Sym.v} contains the symbol name (remember
1057 an identifier is also a token, so a string is never necessary to store
1058 it). @code{Sym.t} gives the type of the symbol. @code{Sym.r} is usually
1059 the register in which the corresponding variable is stored. @code{Sym.c} is
1060 usually a constant associated to the symbol like its address for normal
1061 symbols, and the number of entries for symbols representing arrays.
1062 Variable length array types use @code{Sym.c} as a location on the stack
1063 which holds the runtime sizeof for the type.
1065 Four main symbol stacks are defined:
1067 @table @code
1069 @item define_stack
1070 for the macros (@code{#define}s).
1072 @item global_stack
1073 for the global variables, functions and types.
1075 @item local_stack
1076 for the local variables, functions and types.
1078 @item global_label_stack
1079 for the local labels (for @code{goto}).
1081 @item label_stack
1082 for GCC block local labels (see the @code{__label__} keyword).
1084 @end table
1086 @code{sym_push()} is used to add a new symbol in the local symbol
1087 stack. If no local symbol stack is active, it is added in the global
1088 symbol stack.
1090 @code{sym_pop(st,b)} pops symbols from the symbol stack @var{st} until
1091 the symbol @var{b} is on the top of stack. If @var{b} is NULL, the stack
1092 is emptied.
1094 @code{sym_find(v)} return the symbol associated to the identifier
1095 @var{v}. The local stack is searched first from top to bottom, then the
1096 global stack.
1098 @section Sections
1100 The generated code and data are written in sections. The structure
1101 @code{Section} contains all the necessary information for a given
1102 section. @code{new_section()} creates a new section. ELF file semantics
1103 is assumed for each section.
1105 The following sections are predefined:
1107 @table @code
1109 @item text_section
1110 is the section containing the generated code. @var{ind} contains the
1111 current position in the code section.
1113 @item data_section
1114 contains initialized data
1116 @item bss_section
1117 contains uninitialized data
1119 @item bounds_section
1120 @itemx lbounds_section
1121 are used when bound checking is activated
1123 @item stab_section
1124 @itemx stabstr_section
1125 are used when debugging is active to store debug information
1127 @item symtab_section
1128 @itemx strtab_section
1129 contain the exported symbols (currently only used for debugging).
1131 @end table
1133 @section Code generation
1134 @cindex code generation
1136 @subsection Introduction
1138 The TCC code generator directly generates linked binary code in one
1139 pass. It is rather unusual these days (see gcc for example which
1140 generates text assembly), but it can be very fast and surprisingly
1141 little complicated.
1143 The TCC code generator is register based. Optimization is only done at
1144 the expression level. No intermediate representation of expression is
1145 kept except the current values stored in the @emph{value stack}.
1147 On x86, three temporary registers are used. When more registers are
1148 needed, one register is spilled into a new temporary variable on the stack.
1150 @subsection The value stack
1151 @cindex value stack, introduction
1153 When an expression is parsed, its value is pushed on the value stack
1154 (@var{vstack}). The top of the value stack is @var{vtop}. Each value
1155 stack entry is the structure @code{SValue}.
1157 @code{SValue.t} is the type. @code{SValue.r} indicates how the value is
1158 currently stored in the generated code. It is usually a CPU register
1159 index (@code{REG_xxx} constants), but additional values and flags are
1160 defined:
1162 @example
1163 #define VT_CONST     0x00f0
1164 #define VT_LLOCAL    0x00f1
1165 #define VT_LOCAL     0x00f2
1166 #define VT_CMP       0x00f3
1167 #define VT_JMP       0x00f4
1168 #define VT_JMPI      0x00f5
1169 #define VT_LVAL      0x0100
1170 #define VT_SYM       0x0200
1171 #define VT_MUSTCAST  0x0400
1172 #define VT_MUSTBOUND 0x0800
1173 #define VT_BOUNDED   0x8000
1174 #define VT_LVAL_BYTE     0x1000
1175 #define VT_LVAL_SHORT    0x2000
1176 #define VT_LVAL_UNSIGNED 0x4000
1177 #define VT_LVAL_TYPE     (VT_LVAL_BYTE | VT_LVAL_SHORT | VT_LVAL_UNSIGNED)
1178 @end example
1180 @table @code
1182 @item VT_CONST
1183 indicates that the value is a constant. It is stored in the union
1184 @code{SValue.c}, depending on its type.
1186 @item VT_LOCAL
1187 indicates a local variable pointer at offset @code{SValue.c.i} in the
1188 stack.
1190 @item VT_CMP
1191 indicates that the value is actually stored in the CPU flags (i.e. the
1192 value is the consequence of a test). The value is either 0 or 1. The
1193 actual CPU flags used is indicated in @code{SValue.c.i}. 
1195 If any code is generated which destroys the CPU flags, this value MUST be
1196 put in a normal register.
1198 @item VT_JMP
1199 @itemx VT_JMPI
1200 indicates that the value is the consequence of a conditional jump. For VT_JMP,
1201 it is 1 if the jump is taken, 0 otherwise. For VT_JMPI it is inverted.
1203 These values are used to compile the @code{||} and @code{&&} logical
1204 operators.
1206 If any code is generated, this value MUST be put in a normal
1207 register. Otherwise, the generated code won't be executed if the jump is
1208 taken.
1210 @item VT_LVAL
1211 is a flag indicating that the value is actually an lvalue (left value of
1212 an assignment). It means that the value stored is actually a pointer to
1213 the wanted value. 
1215 Understanding the use @code{VT_LVAL} is very important if you want to
1216 understand how TCC works.
1218 @item VT_LVAL_BYTE
1219 @itemx VT_LVAL_SHORT
1220 @itemx VT_LVAL_UNSIGNED
1221 if the lvalue has an integer type, then these flags give its real
1222 type. The type alone is not enough in case of cast optimisations.
1224 @item VT_LLOCAL
1225 is a saved lvalue on the stack. @code{VT_LVAL} must also be set with
1226 @code{VT_LLOCAL}. @code{VT_LLOCAL} can arise when a @code{VT_LVAL} in
1227 a register has to be saved to the stack, or it can come from an
1228 architecture-specific calling convention.
1230 @item VT_MUSTCAST
1231 indicates that a cast to the value type must be performed if the value
1232 is used (lazy casting).
1234 @item VT_SYM
1235 indicates that the symbol @code{SValue.sym} must be added to the constant.
1237 @item VT_MUSTBOUND
1238 @itemx VT_BOUNDED
1239 are only used for optional bound checking.
1241 @end table
1243 @subsection Manipulating the value stack
1244 @cindex value stack
1246 @code{vsetc()} and @code{vset()} pushes a new value on the value
1247 stack. If the previous @var{vtop} was stored in a very unsafe place(for
1248 example in the CPU flags), then some code is generated to put the
1249 previous @var{vtop} in a safe storage.
1251 @code{vpop()} pops @var{vtop}. In some cases, it also generates cleanup
1252 code (for example if stacked floating point registers are used as on
1253 x86).
1255 The @code{gv(rc)} function generates code to evaluate @var{vtop} (the
1256 top value of the stack) into registers. @var{rc} selects in which
1257 register class the value should be put. @code{gv()} is the @emph{most
1258 important function} of the code generator.
1260 @code{gv2()} is the same as @code{gv()} but for the top two stack
1261 entries.
1263 @subsection CPU dependent code generation
1264 @cindex CPU dependent
1265 See the @file{i386-gen.c} file to have an example.
1267 @table @code
1269 @item load()
1270 must generate the code needed to load a stack value into a register.
1272 @item store()
1273 must generate the code needed to store a register into a stack value
1274 lvalue.
1276 @item gfunc_start()
1277 @itemx gfunc_param()
1278 @itemx gfunc_call()
1279 should generate a function call
1281 @item gfunc_prolog()
1282 @itemx gfunc_epilog()
1283 should generate a function prolog/epilog.
1285 @item gen_opi(op)
1286 must generate the binary integer operation @var{op} on the two top
1287 entries of the stack which are guaranteed to contain integer types.
1289 The result value should be put on the stack.
1291 @item gen_opf(op)
1292 same as @code{gen_opi()} for floating point operations. The two top
1293 entries of the stack are guaranteed to contain floating point values of
1294 same types.
1296 @item gen_cvt_itof()
1297 integer to floating point conversion.
1299 @item gen_cvt_ftoi()
1300 floating point to integer conversion.
1302 @item gen_cvt_ftof()
1303 floating point to floating point of different size conversion.
1305 @item gen_bounded_ptr_add()
1306 @item gen_bounded_ptr_deref()
1307 are only used for bounds checking.
1309 @end table
1311 @section Optimizations done
1312 @cindex optimizations
1313 @cindex constant propagation
1314 @cindex strength reduction
1315 @cindex comparison operators
1316 @cindex caching processor flags
1317 @cindex flags, caching
1318 @cindex jump optimization
1319 Constant propagation is done for all operations. Multiplications and
1320 divisions are optimized to shifts when appropriate. Comparison
1321 operators are optimized by maintaining a special cache for the
1322 processor flags. &&, || and ! are optimized by maintaining a special
1323 'jump target' value. No other jump optimization is currently performed
1324 because it would require to store the code in a more abstract fashion.
1326 @unnumbered Concept Index
1327 @printindex cp
1329 @bye
1331 @c Local variables:
1332 @c fill-column: 78
1333 @c texinfo-column-for-description: 32
1334 @c End: