Some in-between fixes (See Changelog for details).
[tinycc/kirr.git] / tcc-doc.texi
blob15fe604e04d36e17423a10807578eb9c15677713
1 \input texinfo @c -*- texinfo -*-
2 @c %**start of header
3 @setfilename tcc-doc.info
4 @settitle Tiny C Compiler Reference Documentation
5 @c %**end of header
7 @include config.texi
9 @iftex
10 @titlepage
11 @afourpaper
12 @sp 7
13 @center @titlefont{Tiny C Compiler Reference Documentation}
14 @sp 3
15 @end titlepage
16 @headings double
17 @end iftex
19 @c @ifhtml
20 @contents
21 @c @end ifhtml
23 @ifnothtml
24 @node Top, Introduction, (dir), (dir)
25 @top Tiny C Compiler Reference Documentation
27 This manual documents version @value{VERSION} of the Tiny C Compiler.
29 @menu
30 * Introduction::                Introduction to tcc.
31 * Invoke::                      Invocation of tcc (command line, options).
32 * Bounds::                      Automatic bounds-checking of C code.
33 * Libtcc::                      The libtcc library.
34 @end menu
35 @end ifnothtml
37 @node Introduction
38 @chapter Introduction
40 TinyCC (aka TCC) is a small but hyper fast C compiler. Unlike other C
41 compilers, it is meant to be self-relying: you do not need an
42 external assembler or linker because TCC does that for you.
44 TCC compiles so @emph{fast} that even for big projects @code{Makefile}s may
45 not be necessary. 
47 TCC not only supports ANSI C, but also most of the new ISO C99
48 standard and many GNUC extensions including inline assembly.
50 TCC can also be used to make @emph{C scripts}, i.e. pieces of C source
51 that you run as a Perl or Python script. Compilation is so fast that
52 your script will be as fast as if it was an executable.
54 TCC can also automatically generate memory and bound checks
55 (@pxref{Bounds}) while allowing all C pointers operations. TCC can do
56 these checks even if non patched libraries are used.
58 With @code{libtcc}, you can use TCC as a backend for dynamic code
59 generation (@pxref{Libtcc}).
61 TCC mainly supports the i386 target on Linux and Windows. There are alpha
62 ports for the ARM (@code{arm-tcc}) and the TMS320C67xx targets
63 (@code{c67-tcc}). More information about the ARM port is available at
64 @url{http://lists.gnu.org/archive/html/tinycc-devel/2003-10/msg00044.html}.
66 @node Invoke
67 @chapter Command line invocation
69 [This manual documents version @value{VERSION} of the Tiny C Compiler]
71 @section Quick start
73 @example
74 @c man begin SYNOPSIS
75 usage: tcc [options] [@var{infile1} @var{infile2}@dots{}] [@option{-run} @var{infile} @var{args}@dots{}]
76 @c man end
77 @end example
79 @noindent
80 @c man begin DESCRIPTION
81 TCC options are a very much like gcc options. The main difference is that TCC
82 can also execute directly the resulting program and give it runtime
83 arguments.
85 Here are some examples to understand the logic:
87 @table @code
88 @item @samp{tcc -run a.c}
89 Compile @file{a.c} and execute it directly
91 @item @samp{tcc -run a.c arg1}
92 Compile a.c and execute it directly. arg1 is given as first argument to
93 the @code{main()} of a.c.
95 @item @samp{tcc a.c -run b.c arg1}
96 Compile @file{a.c} and @file{b.c}, link them together and execute them. arg1 is given
97 as first argument to the @code{main()} of the resulting program. Because
98 multiple C files are specified, @option{--} are necessary to clearly separate the
99 program arguments from the TCC options.
101 @item @samp{tcc -o myprog a.c b.c}
102 Compile @file{a.c} and @file{b.c}, link them and generate the executable @file{myprog}.
104 @item @samp{tcc -o myprog a.o b.o}
105 link @file{a.o} and @file{b.o} together and generate the executable @file{myprog}.
107 @item @samp{tcc -c a.c}
108 Compile @file{a.c} and generate object file @file{a.o}.
110 @item @samp{tcc -c asmfile.S}
111 Preprocess with C preprocess and assemble @file{asmfile.S} and generate
112 object file @file{asmfile.o}.
114 @item @samp{tcc -c asmfile.s}
115 Assemble (but not preprocess) @file{asmfile.s} and generate object file
116 @file{asmfile.o}.
118 @item @samp{tcc -r -o ab.o a.c b.c}
119 Compile @file{a.c} and @file{b.c}, link them together and generate the object file @file{ab.o}.
121 @end table
123 Scripting:
125 TCC can be invoked from @emph{scripts}, just as shell scripts. You just
126 need to add @code{#!/usr/local/bin/tcc -run} at the start of your C source:
128 @example
129 #!/usr/local/bin/tcc -run
130 #include <stdio.h>
132 int main() 
134     printf("Hello World\n");
135     return 0;
137 @end example
138 @c man end
140 @section Option summary
142 General Options:
144 @c man begin OPTIONS
145 @table @option
146 @item -v
147 Display current TCC version.
149 @item -c
150 Generate an object file (@option{-o} option must also be given).
152 @item -o outfile
153 Put object file, executable, or dll into output file @file{outfile}.
155 @item -Bdir
156 Set the path where the tcc internal libraries can be found (default is
157 @file{PREFIX/lib/tcc}).
159 @item -bench
160 Output compilation statistics.
162 @item -run source [args...]
164 Compile file @var{source} and run it with the command line arguments
165 @var{args}. In order to be able to give more than one argument to a
166 script, several TCC options can be given @emph{after} the
167 @option{-run} option, separated by spaces. Example:
169 @example
170 tcc "-run -L/usr/X11R6/lib -lX11" ex4.c
171 @end example
173 In a script, it gives the following header:
175 @example
176 #!/usr/local/bin/tcc -run -L/usr/X11R6/lib -lX11
177 #include <stdlib.h>
178 int main(int argc, char **argv)
180     ...
182 @end example
184 @end table
186 Preprocessor options:
188 @table @option
189 @item -Idir
190 Specify an additional include path. Include paths are searched in the
191 order they are specified.
193 System include paths are always searched after. The default system
194 include paths are: @file{/usr/local/include}, @file{/usr/include}
195 and @file{PREFIX/lib/tcc/include}. (@file{PREFIX} is usually
196 @file{/usr} or @file{/usr/local}).
198 @item -Dsym[=val]
199 Define preprocessor symbol @samp{sym} to
200 val. If val is not present, its value is @samp{1}. Function-like macros can
201 also be defined: @option{-DF(a)=a+1}
203 @item -Usym
204 Undefine preprocessor symbol @samp{sym}.
205 @end table
207 Compilation flags:
209 Note: each of the following warning options has a negative form beginning with
210 @option{-fno-}.
212 @table @option
213 @item -funsigned-char
214 Let the @code{char} type be unsigned.
216 @item -fsigned-char
217 Let the @code{char} type be signed.
219 @item -fno-common
220 Do not generate common symbols for uninitialized data.
222 @item -fleading-underscore
223 Add a leading underscore at the beginning of each C symbol.
225 @end table
227 Warning options:
229 @table @option
230 @item -w
231 Disable all warnings.
233 @end table
235 Note: each of the following warning options has a negative form beginning with
236 @option{-Wno-}.
238 @table @option
239 @item -Wimplicit-function-declaration
240 Warn about implicit function declaration.
242 @item -Wunsupported
243 Warn about unsupported GCC features that are ignored by TCC.
245 @item -Wwrite-strings
246 Make string constants be of type @code{const char *} instead of @code{char
249 @item -Werror
250 Abort compilation if warnings are issued.
252 @item -Wall 
253 Activate all warnings, except @option{-Werror}, @option{-Wunusupported} and
254 @option{-Wwrite-strings}.
256 @end table
258 Linker options:
260 @table @option
261 @item -Ldir
262 Specify an additional static library path for the @option{-l} option. The
263 default library paths are @file{/usr/local/lib}, @file{/usr/lib} and @file{/lib}.
265 @item -lxxx
266 Link your program with dynamic library libxxx.so or static library
267 libxxx.a. The library is searched in the paths specified by the
268 @option{-L} option.
270 @item -shared
271 Generate a shared library instead of an executable (@option{-o} option
272 must also be given).
274 @item -static
275 Generate a statically linked executable (default is a shared linked
276 executable) (@option{-o} option must also be given).
278 @item -rdynamic
279 Export global symbols to the dynamic linker. It is useful when a library
280 opened with @code{dlopen()} needs to access executable symbols.
282 @item -r
283 Generate an object file combining all input files (@option{-o} option must
284 also be given).
286 @item -Wl,-Ttext,address
287 Set the start of the .text section to @var{address}.
289 @item -Wl,--oformat,fmt
290 Use @var{fmt} as output format. The supported output formats are:
291 @table @code
292 @item elf32-i386
293 ELF output format (default)
294 @item binary
295 Binary image (only for executable output)
296 @item coff
297 COFF output format (only for executable output for TMS320C67xx target)
298 @end table
300 @end table
302 Debugger options:
304 @table @option
305 @item -g
306 Generate run time debug information so that you get clear run time
307 error messages: @code{ test.c:68: in function 'test5()': dereferencing
308 invalid pointer} instead of the laconic @code{Segmentation
309 fault}.
311 @item -b
312 Generate additional support code to check
313 memory allocations and array/pointer bounds. @option{-g} is implied. Note
314 that the generated code is slower and bigger in this case.
316 @item -bt N
317 Display N callers in stack traces. This is useful with @option{-g} or
318 @option{-b}.
320 @end table
322 Note: GCC options @option{-Ox}, @option{-fx} and @option{-mx} are
323 ignored.
324 @c man end
326 @ignore
328 @setfilename tcc
329 @settitle Tiny C Compiler
331 @c man begin SEEALSO
332 gcc(1)
333 @c man end
335 @c man begin AUTHOR
336 Fabrice Bellard
337 @c man end
339 @end ignore
341 @chapter C language support
343 @section ANSI C
345 TCC implements all the ANSI C standard, including structure bit fields
346 and floating point numbers (@code{long double}, @code{double}, and
347 @code{float} fully supported).
349 @section ISOC99 extensions
351 TCC implements many features of the new C standard: ISO C99. Currently
352 missing items are: complex and imaginary numbers and variable length
353 arrays.
355 Currently implemented ISOC99 features:
357 @itemize
359 @item 64 bit @code{long long} types are fully supported.
361 @item The boolean type @code{_Bool} is supported.
363 @item @code{__func__} is a string variable containing the current
364 function name.
366 @item Variadic macros: @code{__VA_ARGS__} can be used for
367    function-like macros:
368 @example
369     #define dprintf(level, __VA_ARGS__) printf(__VA_ARGS__)
370 @end example
372 @noindent
373 @code{dprintf} can then be used with a variable number of parameters.
375 @item Declarations can appear anywhere in a block (as in C++).
377 @item Array and struct/union elements can be initialized in any order by
378   using designators:
379 @example
380     struct @{ int x, y; @} st[10] = @{ [0].x = 1, [0].y = 2 @};
382     int tab[10] = @{ 1, 2, [5] = 5, [9] = 9@};
383 @end example
384     
385 @item Compound initializers are supported:
386 @example
387     int *p = (int [])@{ 1, 2, 3 @};
388 @end example
389 to initialize a pointer pointing to an initialized array. The same
390 works for structures and strings.
392 @item Hexadecimal floating point constants are supported:
393 @example
394           double d = 0x1234p10;
395 @end example
397 @noindent
398 is the same as writing 
399 @example
400           double d = 4771840.0;
401 @end example
403 @item @code{inline} keyword is ignored.
405 @item @code{restrict} keyword is ignored.
406 @end itemize
408 @section GNU C extensions
409 @cindex aligned attribute
410 @cindex packed attribute
411 @cindex section attribute
412 @cindex unused attribute
413 @cindex cdecl attribute
414 @cindex stdcall attribute
415 @cindex regparm attribute
417 TCC implements some GNU C extensions:
419 @itemize
421 @item array designators can be used without '=': 
422 @example
423     int a[10] = @{ [0] 1, [5] 2, 3, 4 @};
424 @end example
426 @item Structure field designators can be a label: 
427 @example
428     struct @{ int x, y; @} st = @{ x: 1, y: 1@};
429 @end example
430 instead of
431 @example
432     struct @{ int x, y; @} st = @{ .x = 1, .y = 1@};
433 @end example
435 @item @code{\e} is ASCII character 27.
437 @item case ranges : ranges can be used in @code{case}s:
438 @example
439     switch(a) @{
440     case 1 @dots{} 9:
441           printf("range 1 to 9\n");
442           break;
443     default:
444           printf("unexpected\n");
445           break;
446     @}
447 @end example
449 @item The keyword @code{__attribute__} is handled to specify variable or
450 function attributes. The following attributes are supported:
451   @itemize
453   @item @code{aligned(n)}: align a variable or a structure field to n bytes
454 (must be a power of two).
455   
456   @item @code{packed}: force alignment of a variable or a structure field to
457   1.
459   @item @code{section(name)}: generate function or data in assembly section
460 name (name is a string containing the section name) instead of the default
461 section.
463   @item @code{unused}: specify that the variable or the function is unused.
465   @item @code{cdecl}: use standard C calling convention (default).
467   @item @code{stdcall}: use Pascal-like calling convention.
469   @item @code{regparm(n)}: use fast i386 calling convention. @var{n} must be
470 between 1 and 3. The first @var{n} function parameters are respectively put in
471 registers @code{%eax}, @code{%edx} and @code{%ecx}.
473   @end itemize
475 Here are some examples:
476 @example
477     int a __attribute__ ((aligned(8), section(".mysection")));
478 @end example
480 @noindent
481 align variable @code{a} to 8 bytes and put it in section @code{.mysection}.
483 @example
484     int my_add(int a, int b) __attribute__ ((section(".mycodesection"))) 
485     @{
486         return a + b;
487     @}
488 @end example
490 @noindent
491 generate function @code{my_add} in section @code{.mycodesection}.
493 @item GNU style variadic macros:
494 @example
495     #define dprintf(fmt, args@dots{}) printf(fmt, ## args)
497     dprintf("no arg\n");
498     dprintf("one arg %d\n", 1);
499 @end example
501 @item @code{__FUNCTION__} is interpreted as C99 @code{__func__} 
502 (so it has not exactly the same semantics as string literal GNUC
503 where it is a string literal).
505 @item The @code{__alignof__} keyword can be used as @code{sizeof} 
506 to get the alignment of a type or an expression.
508 @item The @code{typeof(x)} returns the type of @code{x}. 
509 @code{x} is an expression or a type.
511 @item Computed gotos: @code{&&label} returns a pointer of type 
512 @code{void *} on the goto label @code{label}. @code{goto *expr} can be
513 used to jump on the pointer resulting from @code{expr}.
515 @item Inline assembly with asm instruction:
516 @cindex inline assembly
517 @cindex assembly, inline
518 @cindex __asm__
519 @example
520 static inline void * my_memcpy(void * to, const void * from, size_t n)
522 int d0, d1, d2;
523 __asm__ __volatile__(
524         "rep ; movsl\n\t"
525         "testb $2,%b4\n\t"
526         "je 1f\n\t"
527         "movsw\n"
528         "1:\ttestb $1,%b4\n\t"
529         "je 2f\n\t"
530         "movsb\n"
531         "2:"
532         : "=&c" (d0), "=&D" (d1), "=&S" (d2)
533         :"0" (n/4), "q" (n),"1" ((long) to),"2" ((long) from)
534         : "memory");
535 return (to);
537 @end example
539 @noindent
540 @cindex gas
541 TCC includes its own x86 inline assembler with a @code{gas}-like (GNU
542 assembler) syntax. No intermediate files are generated. GCC 3.x named
543 operands are supported.
545 @item @code{__builtin_types_compatible_p()} and @code{__builtin_constant_p()} 
546 are supported.
548 @item @code{#pragma pack} is supported for win32 compatibility.
550 @end itemize
552 @section TinyCC extensions
554 @itemize
556 @item @code{__TINYC__} is a predefined macro to @code{1} to
557 indicate that you use TCC.
559 @item @code{#!} at the start of a line is ignored to allow scripting.
561 @item Binary digits can be entered (@code{0b101} instead of
562 @code{5}).
564 @item @code{__BOUNDS_CHECKING_ON} is defined if bound checking is activated.
566 @end itemize
568 @chapter TinyCC Assembler
570 Since version 0.9.16, TinyCC integrates its own assembler. TinyCC
571 assembler supports a gas-like syntax (GNU assembler). You can
572 desactivate assembler support if you want a smaller TinyCC executable
573 (the C compiler does not rely on the assembler).
575 TinyCC Assembler is used to handle files with @file{.S} (C
576 preprocessed assembler) and @file{.s} extensions. It is also used to
577 handle the GNU inline assembler with the @code{asm} keyword.
579 @section Syntax
581 TinyCC Assembler supports most of the gas syntax. The tokens are the
582 same as C.
584 @itemize
586 @item C and C++ comments are supported.
588 @item Identifiers are the same as C, so you cannot use '.' or '$'.
590 @item Only 32 bit integer numbers are supported.
592 @end itemize
594 @section Expressions
596 @itemize
598 @item Integers in decimal, octal and hexa are supported.
600 @item Unary operators: +, -, ~.
602 @item Binary operators in decreasing priority order:
604 @enumerate
605 @item *, /, %
606 @item &, |, ^
607 @item +, -
608 @end enumerate
610 @item A value is either an absolute number or a label plus an offset. 
611 All operators accept absolute values except '+' and '-'. '+' or '-' can be
612 used to add an offset to a label. '-' supports two labels only if they
613 are the same or if they are both defined and in the same section.
615 @end itemize
617 @section Labels
619 @itemize
621 @item All labels are considered as local, except undefined ones.
623 @item Numeric labels can be used as local @code{gas}-like labels. 
624 They can be defined several times in the same source. Use 'b'
625 (backward) or 'f' (forward) as suffix to reference them:
627 @example
628  1:
629       jmp 1b /* jump to '1' label before */
630       jmp 1f /* jump to '1' label after */
631  1:
632 @end example
634 @end itemize
636 @section Directives
637 @cindex assembler directives
638 @cindex directives, assembler
639 @cindex align directive
640 @cindex skip directive
641 @cindex space directive
642 @cindex byte directive
643 @cindex word directive
644 @cindex short directive
645 @cindex int directive
646 @cindex long directive
647 @cindex quad directive
648 @cindex globl directive
649 @cindex global directive
650 @cindex section directive
651 @cindex text directive
652 @cindex data directive
653 @cindex bss directive
654 @cindex fill directive
655 @cindex org directive
656 @cindex previous directive
657 @cindex string directive
658 @cindex asciz directive
659 @cindex ascii directive
661 All directives are preceeded by a '.'. The following directives are
662 supported:
664 @itemize
665 @item .align n[,value]
666 @item .skip n[,value]
667 @item .space n[,value]
668 @item .byte value1[,...]
669 @item .word value1[,...]
670 @item .short value1[,...]
671 @item .int value1[,...]
672 @item .long value1[,...]
673 @item .quad immediate_value1[,...]
674 @item .globl symbol
675 @item .global symbol
676 @item .section section
677 @item .text
678 @item .data
679 @item .bss
680 @item .fill repeat[,size[,value]]
681 @item .org n
682 @item .previous
683 @item .string string[,...]
684 @item .asciz string[,...]
685 @item .ascii string[,...]
686 @end itemize
688 @section X86 Assembler
689 @cindex assembler
691 All X86 opcodes are supported. Only ATT syntax is supported (source
692 then destination operand order). If no size suffix is given, TinyCC
693 tries to guess it from the operand sizes.
695 Currently, MMX opcodes are supported but not SSE ones.
697 @chapter TinyCC Linker
698 @cindex linker
700 @section ELF file generation
701 @cindex ELF
703 TCC can directly output relocatable ELF files (object files),
704 executable ELF files and dynamic ELF libraries without relying on an
705 external linker.
707 Dynamic ELF libraries can be output but the C compiler does not generate
708 position independent code (PIC). It means that the dynamic library
709 code generated by TCC cannot be factorized among processes yet.
711 TCC linker eliminates unreferenced object code in libraries. A single pass is
712 done on the object and library list, so the order in which object files and
713 libraries are specified is important (same constraint as GNU ld). No grouping
714 options (@option{--start-group} and @option{--end-group}) are supported.
716 @section ELF file loader
718 TCC can load ELF object files, archives (.a files) and dynamic
719 libraries (.so).
721 @section PE-i386 file generation
722 @cindex PE-i386
724 TCC for Windows supports the native Win32 executable file format (PE-i386). It
725 generates both EXE and DLL files. DLL symbols can be imported thru DEF files
726 generated with the @code{tiny_impdef} tool.
728 Currently TCC for Windows cannot generate nor read PE object files, so ELF
729 object files are used for that purpose. It can be a problem if
730 interoperability with MSVC is needed. Moreover, no leading underscore is
731 currently generated in the ELF symbols.
733 @section GNU Linker Scripts
734 @cindex scripts, linker
735 @cindex linker scripts
736 @cindex GROUP, linker command
737 @cindex FILE, linker command
738 @cindex OUTPUT_FORMAT, linker command
739 @cindex TARGET, linker command
741 Because on many Linux systems some dynamic libraries (such as
742 @file{/usr/lib/libc.so}) are in fact GNU ld link scripts (horrible!),
743 the TCC linker also supports a subset of GNU ld scripts.
745 The @code{GROUP} and @code{FILE} commands are supported. @code{OUTPUT_FORMAT}
746 and @code{TARGET} are ignored.
748 Example from @file{/usr/lib/libc.so}:
749 @example
750 /* GNU ld script
751    Use the shared library, but some functions are only in
752    the static library, so try that secondarily.  */
753 GROUP ( /lib/libc.so.6 /usr/lib/libc_nonshared.a )
754 @end example
756 @node Bounds
757 @chapter TinyCC Memory and Bound checks
758 @cindex bound checks
759 @cindex memory checks
761 This feature is activated with the @option{-b} (@pxref{Invoke}).
763 Note that pointer size is @emph{unchanged} and that code generated
764 with bound checks is @emph{fully compatible} with unchecked
765 code. When a pointer comes from unchecked code, it is assumed to be
766 valid. Even very obscure C code with casts should work correctly.
768 For more information about the ideas behind this method, see
769 @url{http://www.doc.ic.ac.uk/~phjk/BoundsChecking.html}.
771 Here are some examples of caught errors:
773 @table @asis
775 @item Invalid range with standard string function:
776 @example
778     char tab[10];
779     memset(tab, 0, 11);
781 @end example
783 @item Out of bounds-error in global or local arrays:
784 @example
786     int tab[10];
787     for(i=0;i<11;i++) @{
788         sum += tab[i];
789     @}
791 @end example
793 @item Out of bounds-error in malloc'ed data:
794 @example
796     int *tab;
797     tab = malloc(20 * sizeof(int));
798     for(i=0;i<21;i++) @{
799         sum += tab4[i];
800     @}
801     free(tab);
803 @end example
805 @item Access of freed memory:
806 @example
808     int *tab;
809     tab = malloc(20 * sizeof(int));
810     free(tab);
811     for(i=0;i<20;i++) @{
812         sum += tab4[i];
813     @}
815 @end example
817 @item Double free:
818 @example
820     int *tab;
821     tab = malloc(20 * sizeof(int));
822     free(tab);
823     free(tab);
825 @end example
827 @end table
829 @node Libtcc
830 @chapter The @code{libtcc} library
832 The @code{libtcc} library enables you to use TCC as a backend for
833 dynamic code generation. 
835 Read the @file{libtcc.h} to have an overview of the API. Read
836 @file{libtcc_test.c} to have a very simple example.
838 The idea consists in giving a C string containing the program you want
839 to compile directly to @code{libtcc}. Then you can access to any global
840 symbol (function or variable) defined.
842 @chapter Developer's guide
844 This chapter gives some hints to understand how TCC works. You can skip
845 it if you do not intend to modify the TCC code.
847 @section File reading
849 The @code{BufferedFile} structure contains the context needed to read a
850 file, including the current line number. @code{tcc_open()} opens a new
851 file and @code{tcc_close()} closes it. @code{inp()} returns the next
852 character.
854 @section Lexer
856 @code{next()} reads the next token in the current
857 file. @code{next_nomacro()} reads the next token without macro
858 expansion.
860 @code{tok} contains the current token (see @code{TOK_xxx})
861 constants. Identifiers and keywords are also keywords. @code{tokc}
862 contains additional infos about the token (for example a constant value
863 if number or string token).
865 @section Parser
867 The parser is hardcoded (yacc is not necessary). It does only one pass,
868 except:
870 @itemize
872 @item For initialized arrays with unknown size, a first pass 
873 is done to count the number of elements.
875 @item For architectures where arguments are evaluated in 
876 reverse order, a first pass is done to reverse the argument order.
878 @end itemize
880 @section Types
882 The types are stored in a single 'int' variable. It was choosen in the
883 first stages of development when tcc was much simpler. Now, it may not
884 be the best solution.
886 @example
887 #define VT_INT        0  /* integer type */
888 #define VT_BYTE       1  /* signed byte type */
889 #define VT_SHORT      2  /* short type */
890 #define VT_VOID       3  /* void type */
891 #define VT_PTR        4  /* pointer */
892 #define VT_ENUM       5  /* enum definition */
893 #define VT_FUNC       6  /* function type */
894 #define VT_STRUCT     7  /* struct/union definition */
895 #define VT_FLOAT      8  /* IEEE float */
896 #define VT_DOUBLE     9  /* IEEE double */
897 #define VT_LDOUBLE   10  /* IEEE long double */
898 #define VT_BOOL      11  /* ISOC99 boolean type */
899 #define VT_LLONG     12  /* 64 bit integer */
900 #define VT_LONG      13  /* long integer (NEVER USED as type, only
901                             during parsing) */
902 #define VT_BTYPE      0x000f /* mask for basic type */
903 #define VT_UNSIGNED   0x0010  /* unsigned type */
904 #define VT_ARRAY      0x0020  /* array type (also has VT_PTR) */
905 #define VT_BITFIELD   0x0040  /* bitfield modifier */
907 #define VT_STRUCT_SHIFT 16   /* structure/enum name shift (16 bits left) */
908 @end example
910 When a reference to another type is needed (for pointers, functions and
911 structures), the @code{32 - VT_STRUCT_SHIFT} high order bits are used to
912 store an identifier reference.
914 The @code{VT_UNSIGNED} flag can be set for chars, shorts, ints and long
915 longs.
917 Arrays are considered as pointers @code{VT_PTR} with the flag
918 @code{VT_ARRAY} set.
920 The @code{VT_BITFIELD} flag can be set for chars, shorts, ints and long
921 longs. If it is set, then the bitfield position is stored from bits
922 VT_STRUCT_SHIFT to VT_STRUCT_SHIFT + 5 and the bit field size is stored
923 from bits VT_STRUCT_SHIFT + 6 to VT_STRUCT_SHIFT + 11.
925 @code{VT_LONG} is never used except during parsing.
927 During parsing, the storage of an object is also stored in the type
928 integer:
930 @example
931 #define VT_EXTERN  0x00000080  /* extern definition */
932 #define VT_STATIC  0x00000100  /* static variable */
933 #define VT_TYPEDEF 0x00000200  /* typedef definition */
934 @end example
936 @section Symbols
938 All symbols are stored in hashed symbol stacks. Each symbol stack
939 contains @code{Sym} structures.
941 @code{Sym.v} contains the symbol name (remember
942 an idenfier is also a token, so a string is never necessary to store
943 it). @code{Sym.t} gives the type of the symbol. @code{Sym.r} is usually
944 the register in which the corresponding variable is stored. @code{Sym.c} is
945 usually a constant associated to the symbol.
947 Four main symbol stacks are defined:
949 @table @code
951 @item define_stack
952 for the macros (@code{#define}s).
954 @item global_stack
955 for the global variables, functions and types.
957 @item local_stack
958 for the local variables, functions and types.
960 @item global_label_stack
961 for the local labels (for @code{goto}).
963 @item label_stack
964 for GCC block local labels (see the @code{__label__} keyword).
966 @end table
968 @code{sym_push()} is used to add a new symbol in the local symbol
969 stack. If no local symbol stack is active, it is added in the global
970 symbol stack.
972 @code{sym_pop(st,b)} pops symbols from the symbol stack @var{st} until
973 the symbol @var{b} is on the top of stack. If @var{b} is NULL, the stack
974 is emptied.
976 @code{sym_find(v)} return the symbol associated to the identifier
977 @var{v}. The local stack is searched first from top to bottom, then the
978 global stack.
980 @section Sections
982 The generated code and datas are written in sections. The structure
983 @code{Section} contains all the necessary information for a given
984 section. @code{new_section()} creates a new section. ELF file semantics
985 is assumed for each section.
987 The following sections are predefined:
989 @table @code
991 @item text_section
992 is the section containing the generated code. @var{ind} contains the
993 current position in the code section.
995 @item data_section
996 contains initialized data
998 @item bss_section
999 contains uninitialized data
1001 @item bounds_section
1002 @itemx lbounds_section
1003 are used when bound checking is activated
1005 @item stab_section
1006 @itemx stabstr_section
1007 are used when debugging is actived to store debug information
1009 @item symtab_section
1010 @itemx strtab_section
1011 contain the exported symbols (currently only used for debugging).
1013 @end table
1015 @section Code generation
1016 @cindex code generation
1018 @subsection Introduction
1020 The TCC code generator directly generates linked binary code in one
1021 pass. It is rather unusual these days (see gcc for example which
1022 generates text assembly), but it can be very fast and surprisingly
1023 little complicated.
1025 The TCC code generator is register based. Optimization is only done at
1026 the expression level. No intermediate representation of expression is
1027 kept except the current values stored in the @emph{value stack}.
1029 On x86, three temporary registers are used. When more registers are
1030 needed, one register is spilled into a new temporary variable on the stack.
1032 @subsection The value stack
1033 @cindex value stack, introduction
1035 When an expression is parsed, its value is pushed on the value stack
1036 (@var{vstack}). The top of the value stack is @var{vtop}. Each value
1037 stack entry is the structure @code{SValue}.
1039 @code{SValue.t} is the type. @code{SValue.r} indicates how the value is
1040 currently stored in the generated code. It is usually a CPU register
1041 index (@code{REG_xxx} constants), but additional values and flags are
1042 defined:
1044 @example
1045 #define VT_CONST     0x00f0
1046 #define VT_LLOCAL    0x00f1
1047 #define VT_LOCAL     0x00f2
1048 #define VT_CMP       0x00f3
1049 #define VT_JMP       0x00f4
1050 #define VT_JMPI      0x00f5
1051 #define VT_LVAL      0x0100
1052 #define VT_SYM       0x0200
1053 #define VT_MUSTCAST  0x0400
1054 #define VT_MUSTBOUND 0x0800
1055 #define VT_BOUNDED   0x8000
1056 #define VT_LVAL_BYTE     0x1000
1057 #define VT_LVAL_SHORT    0x2000
1058 #define VT_LVAL_UNSIGNED 0x4000
1059 #define VT_LVAL_TYPE     (VT_LVAL_BYTE | VT_LVAL_SHORT | VT_LVAL_UNSIGNED)
1060 @end example
1062 @table @code
1064 @item VT_CONST
1065 indicates that the value is a constant. It is stored in the union
1066 @code{SValue.c}, depending on its type.
1068 @item VT_LOCAL
1069 indicates a local variable pointer at offset @code{SValue.c.i} in the
1070 stack.
1072 @item VT_CMP
1073 indicates that the value is actually stored in the CPU flags (i.e. the
1074 value is the consequence of a test). The value is either 0 or 1. The
1075 actual CPU flags used is indicated in @code{SValue.c.i}. 
1077 If any code is generated which destroys the CPU flags, this value MUST be
1078 put in a normal register.
1080 @item VT_JMP
1081 @itemx VT_JMPI
1082 indicates that the value is the consequence of a conditional jump. For VT_JMP,
1083 it is 1 if the jump is taken, 0 otherwise. For VT_JMPI it is inverted.
1085 These values are used to compile the @code{||} and @code{&&} logical
1086 operators.
1088 If any code is generated, this value MUST be put in a normal
1089 register. Otherwise, the generated code won't be executed if the jump is
1090 taken.
1092 @item VT_LVAL
1093 is a flag indicating that the value is actually an lvalue (left value of
1094 an assignment). It means that the value stored is actually a pointer to
1095 the wanted value. 
1097 Understanding the use @code{VT_LVAL} is very important if you want to
1098 understand how TCC works.
1100 @item VT_LVAL_BYTE
1101 @itemx VT_LVAL_SHORT
1102 @itemx VT_LVAL_UNSIGNED
1103 if the lvalue has an integer type, then these flags give its real
1104 type. The type alone is not enough in case of cast optimisations.
1106 @item VT_LLOCAL
1107 is a saved lvalue on the stack. @code{VT_LLOCAL} should be eliminated
1108 ASAP because its semantics are rather complicated.
1110 @item VT_MUSTCAST
1111 indicates that a cast to the value type must be performed if the value
1112 is used (lazy casting).
1114 @item VT_SYM
1115 indicates that the symbol @code{SValue.sym} must be added to the constant.
1117 @item VT_MUSTBOUND
1118 @itemx VT_BOUNDED
1119 are only used for optional bound checking.
1121 @end table
1123 @subsection Manipulating the value stack
1124 @cindex value stack
1126 @code{vsetc()} and @code{vset()} pushes a new value on the value
1127 stack. If the previous @var{vtop} was stored in a very unsafe place(for
1128 example in the CPU flags), then some code is generated to put the
1129 previous @var{vtop} in a safe storage.
1131 @code{vpop()} pops @var{vtop}. In some cases, it also generates cleanup
1132 code (for example if stacked floating point registers are used as on
1133 x86).
1135 The @code{gv(rc)} function generates code to evaluate @var{vtop} (the
1136 top value of the stack) into registers. @var{rc} selects in which
1137 register class the value should be put. @code{gv()} is the @emph{most
1138 important function} of the code generator.
1140 @code{gv2()} is the same as @code{gv()} but for the top two stack
1141 entries.
1143 @subsection CPU dependent code generation
1144 @cindex CPU dependent
1145 See the @file{i386-gen.c} file to have an example.
1147 @table @code
1149 @item load()
1150 must generate the code needed to load a stack value into a register.
1152 @item store()
1153 must generate the code needed to store a register into a stack value
1154 lvalue.
1156 @item gfunc_start()
1157 @itemx gfunc_param()
1158 @itemx gfunc_call()
1159 should generate a function call
1161 @item gfunc_prolog()
1162 @itemx gfunc_epilog()
1163 should generate a function prolog/epilog.
1165 @item gen_opi(op)
1166 must generate the binary integer operation @var{op} on the two top
1167 entries of the stack which are guaranted to contain integer types.
1169 The result value should be put on the stack.
1171 @item gen_opf(op)
1172 same as @code{gen_opi()} for floating point operations. The two top
1173 entries of the stack are guaranted to contain floating point values of
1174 same types.
1176 @item gen_cvt_itof()
1177 integer to floating point conversion.
1179 @item gen_cvt_ftoi()
1180 floating point to integer conversion.
1182 @item gen_cvt_ftof()
1183 floating point to floating point of different size conversion.
1185 @item gen_bounded_ptr_add()
1186 @item gen_bounded_ptr_deref()
1187 are only used for bounds checking.
1189 @end table
1191 @section Optimizations done
1192 @cindex optimizations
1193 @cindex constant propagation
1194 @cindex strength reduction
1195 @cindex comparison operators
1196 @cindex caching processor flags
1197 @cindex flags, caching
1198 @cindex jump optimization
1199 Constant propagation is done for all operations. Multiplications and
1200 divisions are optimized to shifts when appropriate. Comparison
1201 operators are optimized by maintaining a special cache for the
1202 processor flags. &&, || and ! are optimized by maintaining a special
1203 'jump target' value. No other jump optimization is currently performed
1204 because it would require to store the code in a more abstract fashion.
1206 @unnumbered Concept Index
1207 @printindex cp
1209 @bye
1211 @c Local variables:
1212 @c fill-column: 78
1213 @c texinfo-column-for-description: 32
1214 @c End: