x86-64: fix flags and zero-pad long doubles
[tinycc.git] / tcc-doc.texi
blob2522e481fd37269f0674df18af11da4326d5168d
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 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 -v
161 Display current TCC version, increase verbosity.
163 @item -print-search-dirs
164 Print the name of the configured installation directory and a list
165 of program and library directories tcc will search.
167 @item -c
168 Generate an object file.
170 @item -o outfile
171 Put object file, executable, or dll into output file @file{outfile}.
173 @item -Bdir
174 Set the path where the tcc internal libraries can be found (default is
175 @file{PREFIX/lib/tcc}).
177 @item -bench
178 Output compilation statistics.
180 @item -run source [args...]
181 Compile file @var{source} and run it with the command line arguments
182 @var{args}. In order to be able to give more than one argument to a
183 script, several TCC options can be given @emph{after} the
184 @option{-run} option, separated by spaces. Example:
186 @example
187 tcc "-run -L/usr/X11R6/lib -lX11" ex4.c
188 @end example
190 In a script, it gives the following header:
192 @example
193 #!/usr/local/bin/tcc -run -L/usr/X11R6/lib -lX11
194 #include <stdlib.h>
195 int main(int argc, char **argv)
197     ...
199 @end example
201 @end table
203 Preprocessor options:
205 @table @option
206 @item -Idir
207 Specify an additional include path. Include paths are searched in the
208 order they are specified.
210 System include paths are always searched after. The default system
211 include paths are: @file{/usr/local/include}, @file{/usr/include}
212 and @file{PREFIX/lib/tcc/include}. (@file{PREFIX} is usually
213 @file{/usr} or @file{/usr/local}).
215 @item -Dsym[=val]
216 Define preprocessor symbol @samp{sym} to
217 val. If val is not present, its value is @samp{1}. Function-like macros can
218 also be defined: @option{-DF(a)=a+1}
220 @item -Usym
221 Undefine preprocessor symbol @samp{sym}.
222 @end table
224 Compilation flags:
226 Note: each of the following warning options has a negative form beginning with
227 @option{-fno-}.
229 @table @option
230 @item -funsigned-char
231 Let the @code{char} type be unsigned.
233 @item -fsigned-char
234 Let the @code{char} type be signed.
236 @item -fno-common
237 Do not generate common symbols for uninitialized data.
239 @item -fleading-underscore
240 Add a leading underscore at the beginning of each C symbol.
242 @end table
244 Warning options:
246 @table @option
247 @item -w
248 Disable all warnings.
250 @end table
252 Note: each of the following warning options has a negative form beginning with
253 @option{-Wno-}.
255 @table @option
256 @item -Wimplicit-function-declaration
257 Warn about implicit function declaration.
259 @item -Wunsupported
260 Warn about unsupported GCC features that are ignored by TCC.
262 @item -Wwrite-strings
263 Make string constants be of type @code{const char *} instead of @code{char
266 @item -Werror
267 Abort compilation if warnings are issued.
269 @item -Wall 
270 Activate all warnings, except @option{-Werror}, @option{-Wunusupported} and
271 @option{-Wwrite-strings}.
273 @end table
275 Linker options:
277 @table @option
278 @item -Ldir
279 Specify an additional static library path for the @option{-l} option. The
280 default library paths are @file{/usr/local/lib}, @file{/usr/lib} and @file{/lib}.
282 @item -lxxx
283 Link your program with dynamic library libxxx.so or static library
284 libxxx.a. The library is searched in the paths specified by the
285 @option{-L} option.
287 @item -shared
288 Generate a shared library instead of an executable.
290 @item -soname name
291 set name for shared library to be used at runtime
293 @item -static
294 Generate a statically linked executable (default is a shared linked
295 executable).
297 @item -rdynamic
298 Export global symbols to the dynamic linker. It is useful when a library
299 opened with @code{dlopen()} needs to access executable symbols.
301 @item -r
302 Generate an object file combining all input files.
304 @item -Wl,-Ttext,address
305 Set the start of the .text section to @var{address}.
307 @item -Wl,--oformat,fmt
308 Use @var{fmt} as output format. The supported output formats are:
309 @table @code
310 @item elf32-i386
311 ELF output format (default)
312 @item binary
313 Binary image (only for executable output)
314 @item coff
315 COFF output format (only for executable output for TMS320C67xx target)
316 @end table
318 @item -Wl,-rpath=path
319 Set custom library search path
321 @end table
323 Debugger options:
325 @table @option
326 @item -g
327 Generate run time debug information so that you get clear run time
328 error messages: @code{ test.c:68: in function 'test5()': dereferencing
329 invalid pointer} instead of the laconic @code{Segmentation
330 fault}.
332 @item -b
333 Generate additional support code to check
334 memory allocations and array/pointer bounds. @option{-g} is implied. Note
335 that the generated code is slower and bigger in this case.
337 @item -bt N
338 Display N callers in stack traces. This is useful with @option{-g} or
339 @option{-b}.
341 @end table
343 Note: GCC options @option{-Ox}, @option{-fx} and @option{-mx} are
344 ignored.
345 @c man end
347 @ignore
349 @setfilename tcc
350 @settitle Tiny C Compiler
352 @c man begin SEEALSO
353 gcc(1)
354 @c man end
356 @c man begin AUTHOR
357 Fabrice Bellard
358 @c man end
360 @end ignore
362 @node Clang
363 @chapter C language support
365 @section ANSI C
367 TCC implements all the ANSI C standard, including structure bit fields
368 and floating point numbers (@code{long double}, @code{double}, and
369 @code{float} fully supported).
371 @section ISOC99 extensions
373 TCC implements many features of the new C standard: ISO C99. Currently
374 missing items are: complex and imaginary numbers and variable length
375 arrays.
377 Currently implemented ISOC99 features:
379 @itemize
381 @item 64 bit @code{long long} types are fully supported.
383 @item The boolean type @code{_Bool} is supported.
385 @item @code{__func__} is a string variable containing the current
386 function name.
388 @item Variadic macros: @code{__VA_ARGS__} can be used for
389    function-like macros:
390 @example
391     #define dprintf(level, __VA_ARGS__) printf(__VA_ARGS__)
392 @end example
394 @noindent
395 @code{dprintf} can then be used with a variable number of parameters.
397 @item Declarations can appear anywhere in a block (as in C++).
399 @item Array and struct/union elements can be initialized in any order by
400   using designators:
401 @example
402     struct @{ int x, y; @} st[10] = @{ [0].x = 1, [0].y = 2 @};
404     int tab[10] = @{ 1, 2, [5] = 5, [9] = 9@};
405 @end example
406     
407 @item Compound initializers are supported:
408 @example
409     int *p = (int [])@{ 1, 2, 3 @};
410 @end example
411 to initialize a pointer pointing to an initialized array. The same
412 works for structures and strings.
414 @item Hexadecimal floating point constants are supported:
415 @example
416           double d = 0x1234p10;
417 @end example
419 @noindent
420 is the same as writing 
421 @example
422           double d = 4771840.0;
423 @end example
425 @item @code{inline} keyword is ignored.
427 @item @code{restrict} keyword is ignored.
428 @end itemize
430 @section GNU C extensions
432 TCC implements some GNU C extensions:
434 @itemize
436 @item array designators can be used without '=': 
437 @example
438     int a[10] = @{ [0] 1, [5] 2, 3, 4 @};
439 @end example
441 @item Structure field designators can be a label: 
442 @example
443     struct @{ int x, y; @} st = @{ x: 1, y: 1@};
444 @end example
445 instead of
446 @example
447     struct @{ int x, y; @} st = @{ .x = 1, .y = 1@};
448 @end example
450 @item @code{\e} is ASCII character 27.
452 @item case ranges : ranges can be used in @code{case}s:
453 @example
454     switch(a) @{
455     case 1 @dots{} 9:
456           printf("range 1 to 9\n");
457           break;
458     default:
459           printf("unexpected\n");
460           break;
461     @}
462 @end example
464 @cindex aligned attribute
465 @cindex packed attribute
466 @cindex section attribute
467 @cindex unused attribute
468 @cindex cdecl attribute
469 @cindex stdcall attribute
470 @cindex regparm attribute
471 @cindex dllexport attribute
473 @item The keyword @code{__attribute__} is handled to specify variable or
474 function attributes. The following attributes are supported:
475   @itemize
477   @item @code{aligned(n)}: align a variable or a structure field to n bytes
478 (must be a power of two).
480   @item @code{packed}: force alignment of a variable or a structure field to
481   1.
483   @item @code{section(name)}: generate function or data in assembly section
484 name (name is a string containing the section name) instead of the default
485 section.
487   @item @code{unused}: specify that the variable or the function is unused.
489   @item @code{cdecl}: use standard C calling convention (default).
491   @item @code{stdcall}: use Pascal-like calling convention.
493   @item @code{regparm(n)}: use fast i386 calling convention. @var{n} must be
494 between 1 and 3. The first @var{n} function parameters are respectively put in
495 registers @code{%eax}, @code{%edx} and @code{%ecx}.
497   @item @code{dllexport}: export function from dll/executable (win32 only)
499   @end itemize
501 Here are some examples:
502 @example
503     int a __attribute__ ((aligned(8), section(".mysection")));
504 @end example
506 @noindent
507 align variable @code{a} to 8 bytes and put it in section @code{.mysection}.
509 @example
510     int my_add(int a, int b) __attribute__ ((section(".mycodesection"))) 
511     @{
512         return a + b;
513     @}
514 @end example
516 @noindent
517 generate function @code{my_add} in section @code{.mycodesection}.
519 @item GNU style variadic macros:
520 @example
521     #define dprintf(fmt, args@dots{}) printf(fmt, ## args)
523     dprintf("no arg\n");
524     dprintf("one arg %d\n", 1);
525 @end example
527 @item @code{__FUNCTION__} is interpreted as C99 @code{__func__} 
528 (so it has not exactly the same semantics as string literal GNUC
529 where it is a string literal).
531 @item The @code{__alignof__} keyword can be used as @code{sizeof} 
532 to get the alignment of a type or an expression.
534 @item The @code{typeof(x)} returns the type of @code{x}. 
535 @code{x} is an expression or a type.
537 @item Computed gotos: @code{&&label} returns a pointer of type 
538 @code{void *} on the goto label @code{label}. @code{goto *expr} can be
539 used to jump on the pointer resulting from @code{expr}.
541 @item Inline assembly with asm instruction:
542 @cindex inline assembly
543 @cindex assembly, inline
544 @cindex __asm__
545 @example
546 static inline void * my_memcpy(void * to, const void * from, size_t n)
548 int d0, d1, d2;
549 __asm__ __volatile__(
550         "rep ; movsl\n\t"
551         "testb $2,%b4\n\t"
552         "je 1f\n\t"
553         "movsw\n"
554         "1:\ttestb $1,%b4\n\t"
555         "je 2f\n\t"
556         "movsb\n"
557         "2:"
558         : "=&c" (d0), "=&D" (d1), "=&S" (d2)
559         :"0" (n/4), "q" (n),"1" ((long) to),"2" ((long) from)
560         : "memory");
561 return (to);
563 @end example
565 @noindent
566 @cindex gas
567 TCC includes its own x86 inline assembler with a @code{gas}-like (GNU
568 assembler) syntax. No intermediate files are generated. GCC 3.x named
569 operands are supported.
571 @item @code{__builtin_types_compatible_p()} and @code{__builtin_constant_p()} 
572 are supported.
574 @item @code{#pragma pack} is supported for win32 compatibility.
576 @end itemize
578 @section TinyCC extensions
580 @itemize
582 @item @code{__TINYC__} is a predefined macro to @code{1} to
583 indicate that you use TCC.
585 @item @code{#!} at the start of a line is ignored to allow scripting.
587 @item Binary digits can be entered (@code{0b101} instead of
588 @code{5}).
590 @item @code{__BOUNDS_CHECKING_ON} is defined if bound checking is activated.
592 @end itemize
594 @node asm
595 @chapter TinyCC Assembler
597 Since version 0.9.16, TinyCC integrates its own assembler. TinyCC
598 assembler supports a gas-like syntax (GNU assembler). You can
599 desactivate assembler support if you want a smaller TinyCC executable
600 (the C compiler does not rely on the assembler).
602 TinyCC Assembler is used to handle files with @file{.S} (C
603 preprocessed assembler) and @file{.s} extensions. It is also used to
604 handle the GNU inline assembler with the @code{asm} keyword.
606 @section Syntax
608 TinyCC Assembler supports most of the gas syntax. The tokens are the
609 same as C.
611 @itemize
613 @item C and C++ comments are supported.
615 @item Identifiers are the same as C, so you cannot use '.' or '$'.
617 @item Only 32 bit integer numbers are supported.
619 @end itemize
621 @section Expressions
623 @itemize
625 @item Integers in decimal, octal and hexa are supported.
627 @item Unary operators: +, -, ~.
629 @item Binary operators in decreasing priority order:
631 @enumerate
632 @item *, /, %
633 @item &, |, ^
634 @item +, -
635 @end enumerate
637 @item A value is either an absolute number or a label plus an offset. 
638 All operators accept absolute values except '+' and '-'. '+' or '-' can be
639 used to add an offset to a label. '-' supports two labels only if they
640 are the same or if they are both defined and in the same section.
642 @end itemize
644 @section Labels
646 @itemize
648 @item All labels are considered as local, except undefined ones.
650 @item Numeric labels can be used as local @code{gas}-like labels. 
651 They can be defined several times in the same source. Use 'b'
652 (backward) or 'f' (forward) as suffix to reference them:
654 @example
655  1:
656       jmp 1b /* jump to '1' label before */
657       jmp 1f /* jump to '1' label after */
658  1:
659 @end example
661 @end itemize
663 @section Directives
664 @cindex assembler directives
665 @cindex directives, assembler
666 @cindex align directive
667 @cindex skip directive
668 @cindex space directive
669 @cindex byte directive
670 @cindex word directive
671 @cindex short directive
672 @cindex int directive
673 @cindex long directive
674 @cindex quad directive
675 @cindex globl directive
676 @cindex global directive
677 @cindex section directive
678 @cindex text directive
679 @cindex data directive
680 @cindex bss directive
681 @cindex fill directive
682 @cindex org directive
683 @cindex previous directive
684 @cindex string directive
685 @cindex asciz directive
686 @cindex ascii directive
688 All directives are preceeded by a '.'. The following directives are
689 supported:
691 @itemize
692 @item .align n[,value]
693 @item .skip n[,value]
694 @item .space n[,value]
695 @item .byte value1[,...]
696 @item .word value1[,...]
697 @item .short value1[,...]
698 @item .int value1[,...]
699 @item .long value1[,...]
700 @item .quad immediate_value1[,...]
701 @item .globl symbol
702 @item .global symbol
703 @item .section section
704 @item .text
705 @item .data
706 @item .bss
707 @item .fill repeat[,size[,value]]
708 @item .org n
709 @item .previous
710 @item .string string[,...]
711 @item .asciz string[,...]
712 @item .ascii string[,...]
713 @end itemize
715 @section X86 Assembler
716 @cindex assembler
718 All X86 opcodes are supported. Only ATT syntax is supported (source
719 then destination operand order). If no size suffix is given, TinyCC
720 tries to guess it from the operand sizes.
722 Currently, MMX opcodes are supported but not SSE ones.
724 @node linker
725 @chapter TinyCC Linker
726 @cindex linker
728 @section ELF file generation
729 @cindex ELF
731 TCC can directly output relocatable ELF files (object files),
732 executable ELF files and dynamic ELF libraries without relying on an
733 external linker.
735 Dynamic ELF libraries can be output but the C compiler does not generate
736 position independent code (PIC). It means that the dynamic library
737 code generated by TCC cannot be factorized among processes yet.
739 TCC linker eliminates unreferenced object code in libraries. A single pass is
740 done on the object and library list, so the order in which object files and
741 libraries are specified is important (same constraint as GNU ld). No grouping
742 options (@option{--start-group} and @option{--end-group}) are supported.
744 @section ELF file loader
746 TCC can load ELF object files, archives (.a files) and dynamic
747 libraries (.so).
749 @section PE-i386 file generation
750 @cindex PE-i386
752 TCC for Windows supports the native Win32 executable file format (PE-i386).  It
753 generates EXE files (console and gui) and DLL files.
755 For usage on Windows, see also tcc-win32.txt.
757 @section GNU Linker Scripts
758 @cindex scripts, linker
759 @cindex linker scripts
760 @cindex GROUP, linker command
761 @cindex FILE, linker command
762 @cindex OUTPUT_FORMAT, linker command
763 @cindex TARGET, linker command
765 Because on many Linux systems some dynamic libraries (such as
766 @file{/usr/lib/libc.so}) are in fact GNU ld link scripts (horrible!),
767 the TCC linker also supports a subset of GNU ld scripts.
769 The @code{GROUP} and @code{FILE} commands are supported. @code{OUTPUT_FORMAT}
770 and @code{TARGET} are ignored.
772 Example from @file{/usr/lib/libc.so}:
773 @example
774 /* GNU ld script
775    Use the shared library, but some functions are only in
776    the static library, so try that secondarily.  */
777 GROUP ( /lib/libc.so.6 /usr/lib/libc_nonshared.a )
778 @end example
780 @node Bounds
781 @chapter TinyCC Memory and Bound checks
782 @cindex bound checks
783 @cindex memory checks
785 This feature is activated with the @option{-b} (@pxref{Invoke}).
787 Note that pointer size is @emph{unchanged} and that code generated
788 with bound checks is @emph{fully compatible} with unchecked
789 code. When a pointer comes from unchecked code, it is assumed to be
790 valid. Even very obscure C code with casts should work correctly.
792 For more information about the ideas behind this method, see
793 @url{http://www.doc.ic.ac.uk/~phjk/BoundsChecking.html}.
795 Here are some examples of caught errors:
797 @table @asis
799 @item Invalid range with standard string function:
800 @example
802     char tab[10];
803     memset(tab, 0, 11);
805 @end example
807 @item Out of bounds-error in global or local arrays:
808 @example
810     int tab[10];
811     for(i=0;i<11;i++) @{
812         sum += tab[i];
813     @}
815 @end example
817 @item Out of bounds-error in malloc'ed data:
818 @example
820     int *tab;
821     tab = malloc(20 * sizeof(int));
822     for(i=0;i<21;i++) @{
823         sum += tab4[i];
824     @}
825     free(tab);
827 @end example
829 @item Access of freed memory:
830 @example
832     int *tab;
833     tab = malloc(20 * sizeof(int));
834     free(tab);
835     for(i=0;i<20;i++) @{
836         sum += tab4[i];
837     @}
839 @end example
841 @item Double free:
842 @example
844     int *tab;
845     tab = malloc(20 * sizeof(int));
846     free(tab);
847     free(tab);
849 @end example
851 @end table
853 @node Libtcc
854 @chapter The @code{libtcc} library
856 The @code{libtcc} library enables you to use TCC as a backend for
857 dynamic code generation. 
859 Read the @file{libtcc.h} to have an overview of the API. Read
860 @file{libtcc_test.c} to have a very simple example.
862 The idea consists in giving a C string containing the program you want
863 to compile directly to @code{libtcc}. Then you can access to any global
864 symbol (function or variable) defined.
866 @node devel
867 @chapter Developer's guide
869 This chapter gives some hints to understand how TCC works. You can skip
870 it if you do not intend to modify the TCC code.
872 @section File reading
874 The @code{BufferedFile} structure contains the context needed to read a
875 file, including the current line number. @code{tcc_open()} opens a new
876 file and @code{tcc_close()} closes it. @code{inp()} returns the next
877 character.
879 @section Lexer
881 @code{next()} reads the next token in the current
882 file. @code{next_nomacro()} reads the next token without macro
883 expansion.
885 @code{tok} contains the current token (see @code{TOK_xxx})
886 constants. Identifiers and keywords are also keywords. @code{tokc}
887 contains additional infos about the token (for example a constant value
888 if number or string token).
890 @section Parser
892 The parser is hardcoded (yacc is not necessary). It does only one pass,
893 except:
895 @itemize
897 @item For initialized arrays with unknown size, a first pass 
898 is done to count the number of elements.
900 @item For architectures where arguments are evaluated in 
901 reverse order, a first pass is done to reverse the argument order.
903 @end itemize
905 @section Types
907 The types are stored in a single 'int' variable. It was choosen in the
908 first stages of development when tcc was much simpler. Now, it may not
909 be the best solution.
911 @example
912 #define VT_INT        0  /* integer type */
913 #define VT_BYTE       1  /* signed byte type */
914 #define VT_SHORT      2  /* short type */
915 #define VT_VOID       3  /* void type */
916 #define VT_PTR        4  /* pointer */
917 #define VT_ENUM       5  /* enum definition */
918 #define VT_FUNC       6  /* function type */
919 #define VT_STRUCT     7  /* struct/union definition */
920 #define VT_FLOAT      8  /* IEEE float */
921 #define VT_DOUBLE     9  /* IEEE double */
922 #define VT_LDOUBLE   10  /* IEEE long double */
923 #define VT_BOOL      11  /* ISOC99 boolean type */
924 #define VT_LLONG     12  /* 64 bit integer */
925 #define VT_LONG      13  /* long integer (NEVER USED as type, only
926                             during parsing) */
927 #define VT_BTYPE      0x000f /* mask for basic type */
928 #define VT_UNSIGNED   0x0010  /* unsigned type */
929 #define VT_ARRAY      0x0020  /* array type (also has VT_PTR) */
930 #define VT_VLA        0x20000 /* VLA type (also has VT_PTR and VT_ARRAY) */
931 #define VT_BITFIELD   0x0040  /* bitfield modifier */
932 #define VT_CONSTANT   0x0800  /* const modifier */
933 #define VT_VOLATILE   0x1000  /* volatile modifier */
934 #define VT_SIGNED     0x2000  /* signed type */
936 #define VT_STRUCT_SHIFT 18   /* structure/enum name shift (14 bits left) */
937 @end example
939 When a reference to another type is needed (for pointers, functions and
940 structures), the @code{32 - VT_STRUCT_SHIFT} high order bits are used to
941 store an identifier reference.
943 The @code{VT_UNSIGNED} flag can be set for chars, shorts, ints and long
944 longs.
946 Arrays are considered as pointers @code{VT_PTR} with the flag
947 @code{VT_ARRAY} set. Variable length arrays are considered as special
948 arrays and have flag @code{VT_VLA} set instead of @code{VT_ARRAY}.
950 The @code{VT_BITFIELD} flag can be set for chars, shorts, ints and long
951 longs. If it is set, then the bitfield position is stored from bits
952 VT_STRUCT_SHIFT to VT_STRUCT_SHIFT + 5 and the bit field size is stored
953 from bits VT_STRUCT_SHIFT + 6 to VT_STRUCT_SHIFT + 11.
955 @code{VT_LONG} is never used except during parsing.
957 During parsing, the storage of an object is also stored in the type
958 integer:
960 @example
961 #define VT_EXTERN  0x00000080  /* extern definition */
962 #define VT_STATIC  0x00000100  /* static variable */
963 #define VT_TYPEDEF 0x00000200  /* typedef definition */
964 #define VT_INLINE  0x00000400  /* inline definition */
965 #define VT_IMPORT  0x00004000  /* win32: extern data imported from dll */
966 #define VT_EXPORT  0x00008000  /* win32: data exported from dll */
967 #define VT_WEAK    0x00010000  /* win32: data exported from dll */
968 @end example
970 @section Symbols
972 All symbols are stored in hashed symbol stacks. Each symbol stack
973 contains @code{Sym} structures.
975 @code{Sym.v} contains the symbol name (remember
976 an idenfier is also a token, so a string is never necessary to store
977 it). @code{Sym.t} gives the type of the symbol. @code{Sym.r} is usually
978 the register in which the corresponding variable is stored. @code{Sym.c} is
979 usually a constant associated to the symbol like its address for normal
980 symbols, and the number of entries for symbols representing arrays.
981 Variable length array types use @code{Sym.c} as a location on the stack
982 which holds the runtime sizeof for the type.
984 Four main symbol stacks are defined:
986 @table @code
988 @item define_stack
989 for the macros (@code{#define}s).
991 @item global_stack
992 for the global variables, functions and types.
994 @item local_stack
995 for the local variables, functions and types.
997 @item global_label_stack
998 for the local labels (for @code{goto}).
1000 @item label_stack
1001 for GCC block local labels (see the @code{__label__} keyword).
1003 @end table
1005 @code{sym_push()} is used to add a new symbol in the local symbol
1006 stack. If no local symbol stack is active, it is added in the global
1007 symbol stack.
1009 @code{sym_pop(st,b)} pops symbols from the symbol stack @var{st} until
1010 the symbol @var{b} is on the top of stack. If @var{b} is NULL, the stack
1011 is emptied.
1013 @code{sym_find(v)} return the symbol associated to the identifier
1014 @var{v}. The local stack is searched first from top to bottom, then the
1015 global stack.
1017 @section Sections
1019 The generated code and datas are written in sections. The structure
1020 @code{Section} contains all the necessary information for a given
1021 section. @code{new_section()} creates a new section. ELF file semantics
1022 is assumed for each section.
1024 The following sections are predefined:
1026 @table @code
1028 @item text_section
1029 is the section containing the generated code. @var{ind} contains the
1030 current position in the code section.
1032 @item data_section
1033 contains initialized data
1035 @item bss_section
1036 contains uninitialized data
1038 @item bounds_section
1039 @itemx lbounds_section
1040 are used when bound checking is activated
1042 @item stab_section
1043 @itemx stabstr_section
1044 are used when debugging is actived to store debug information
1046 @item symtab_section
1047 @itemx strtab_section
1048 contain the exported symbols (currently only used for debugging).
1050 @end table
1052 @section Code generation
1053 @cindex code generation
1055 @subsection Introduction
1057 The TCC code generator directly generates linked binary code in one
1058 pass. It is rather unusual these days (see gcc for example which
1059 generates text assembly), but it can be very fast and surprisingly
1060 little complicated.
1062 The TCC code generator is register based. Optimization is only done at
1063 the expression level. No intermediate representation of expression is
1064 kept except the current values stored in the @emph{value stack}.
1066 On x86, three temporary registers are used. When more registers are
1067 needed, one register is spilled into a new temporary variable on the stack.
1069 @subsection The value stack
1070 @cindex value stack, introduction
1072 When an expression is parsed, its value is pushed on the value stack
1073 (@var{vstack}). The top of the value stack is @var{vtop}. Each value
1074 stack entry is the structure @code{SValue}.
1076 @code{SValue.t} is the type. @code{SValue.r} indicates how the value is
1077 currently stored in the generated code. It is usually a CPU register
1078 index (@code{REG_xxx} constants), but additional values and flags are
1079 defined:
1081 @example
1082 #define VT_CONST     0x00f0
1083 #define VT_LLOCAL    0x00f1
1084 #define VT_LOCAL     0x00f2
1085 #define VT_CMP       0x00f3
1086 #define VT_JMP       0x00f4
1087 #define VT_JMPI      0x00f5
1088 #define VT_LVAL      0x0100
1089 #define VT_SYM       0x0200
1090 #define VT_MUSTCAST  0x0400
1091 #define VT_MUSTBOUND 0x0800
1092 #define VT_BOUNDED   0x8000
1093 #define VT_LVAL_BYTE     0x1000
1094 #define VT_LVAL_SHORT    0x2000
1095 #define VT_LVAL_UNSIGNED 0x4000
1096 #define VT_LVAL_TYPE     (VT_LVAL_BYTE | VT_LVAL_SHORT | VT_LVAL_UNSIGNED)
1097 @end example
1099 @table @code
1101 @item VT_CONST
1102 indicates that the value is a constant. It is stored in the union
1103 @code{SValue.c}, depending on its type.
1105 @item VT_LOCAL
1106 indicates a local variable pointer at offset @code{SValue.c.i} in the
1107 stack.
1109 @item VT_CMP
1110 indicates that the value is actually stored in the CPU flags (i.e. the
1111 value is the consequence of a test). The value is either 0 or 1. The
1112 actual CPU flags used is indicated in @code{SValue.c.i}. 
1114 If any code is generated which destroys the CPU flags, this value MUST be
1115 put in a normal register.
1117 @item VT_JMP
1118 @itemx VT_JMPI
1119 indicates that the value is the consequence of a conditional jump. For VT_JMP,
1120 it is 1 if the jump is taken, 0 otherwise. For VT_JMPI it is inverted.
1122 These values are used to compile the @code{||} and @code{&&} logical
1123 operators.
1125 If any code is generated, this value MUST be put in a normal
1126 register. Otherwise, the generated code won't be executed if the jump is
1127 taken.
1129 @item VT_LVAL
1130 is a flag indicating that the value is actually an lvalue (left value of
1131 an assignment). It means that the value stored is actually a pointer to
1132 the wanted value. 
1134 Understanding the use @code{VT_LVAL} is very important if you want to
1135 understand how TCC works.
1137 @item VT_LVAL_BYTE
1138 @itemx VT_LVAL_SHORT
1139 @itemx VT_LVAL_UNSIGNED
1140 if the lvalue has an integer type, then these flags give its real
1141 type. The type alone is not enough in case of cast optimisations.
1143 @item VT_LLOCAL
1144 is a saved lvalue on the stack. @code{VT_LLOCAL} should be eliminated
1145 ASAP because its semantics are rather complicated.
1147 @item VT_MUSTCAST
1148 indicates that a cast to the value type must be performed if the value
1149 is used (lazy casting).
1151 @item VT_SYM
1152 indicates that the symbol @code{SValue.sym} must be added to the constant.
1154 @item VT_MUSTBOUND
1155 @itemx VT_BOUNDED
1156 are only used for optional bound checking.
1158 @end table
1160 @subsection Manipulating the value stack
1161 @cindex value stack
1163 @code{vsetc()} and @code{vset()} pushes a new value on the value
1164 stack. If the previous @var{vtop} was stored in a very unsafe place(for
1165 example in the CPU flags), then some code is generated to put the
1166 previous @var{vtop} in a safe storage.
1168 @code{vpop()} pops @var{vtop}. In some cases, it also generates cleanup
1169 code (for example if stacked floating point registers are used as on
1170 x86).
1172 The @code{gv(rc)} function generates code to evaluate @var{vtop} (the
1173 top value of the stack) into registers. @var{rc} selects in which
1174 register class the value should be put. @code{gv()} is the @emph{most
1175 important function} of the code generator.
1177 @code{gv2()} is the same as @code{gv()} but for the top two stack
1178 entries.
1180 @subsection CPU dependent code generation
1181 @cindex CPU dependent
1182 See the @file{i386-gen.c} file to have an example.
1184 @table @code
1186 @item load()
1187 must generate the code needed to load a stack value into a register.
1189 @item store()
1190 must generate the code needed to store a register into a stack value
1191 lvalue.
1193 @item gfunc_start()
1194 @itemx gfunc_param()
1195 @itemx gfunc_call()
1196 should generate a function call
1198 @item gfunc_prolog()
1199 @itemx gfunc_epilog()
1200 should generate a function prolog/epilog.
1202 @item gen_opi(op)
1203 must generate the binary integer operation @var{op} on the two top
1204 entries of the stack which are guaranted to contain integer types.
1206 The result value should be put on the stack.
1208 @item gen_opf(op)
1209 same as @code{gen_opi()} for floating point operations. The two top
1210 entries of the stack are guaranted to contain floating point values of
1211 same types.
1213 @item gen_cvt_itof()
1214 integer to floating point conversion.
1216 @item gen_cvt_ftoi()
1217 floating point to integer conversion.
1219 @item gen_cvt_ftof()
1220 floating point to floating point of different size conversion.
1222 @item gen_bounded_ptr_add()
1223 @item gen_bounded_ptr_deref()
1224 are only used for bounds checking.
1226 @end table
1228 @section Optimizations done
1229 @cindex optimizations
1230 @cindex constant propagation
1231 @cindex strength reduction
1232 @cindex comparison operators
1233 @cindex caching processor flags
1234 @cindex flags, caching
1235 @cindex jump optimization
1236 Constant propagation is done for all operations. Multiplications and
1237 divisions are optimized to shifts when appropriate. Comparison
1238 operators are optimized by maintaining a special cache for the
1239 processor flags. &&, || and ! are optimized by maintaining a special
1240 'jump target' value. No other jump optimization is currently performed
1241 because it would require to store the code in a more abstract fashion.
1243 @unnumbered Concept Index
1244 @printindex cp
1246 @bye
1248 @c Local variables:
1249 @c fill-column: 78
1250 @c texinfo-column-for-description: 32
1251 @c End: