cleanup: constify some global data
[tinycc/kirr.git] / tcc-doc.texi
blob7cc61bbdb956de68b29b272d84c738266054546b
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 @contents
21 @node Top, Introduction, (dir), (dir)
22 @top Tiny C Compiler Reference Documentation
24 This manual documents version @value{VERSION} of the Tiny C Compiler.
26 @menu
27 * Introduction::                Introduction to tcc.
28 * Invoke::                      Invocation of tcc (command line, options).
29 * Clang::                       ANSI C and extensions.
30 * asm::                         Assembler syntax.
31 * linker::                      Output file generation and supported targets.
32 * Bounds::                      Automatic bounds-checking of C code.
33 * Libtcc::                      The libtcc library.
34 * devel::                       Guide for Developers.
35 @end menu
38 @node Introduction
39 @chapter Introduction
41 TinyCC (aka TCC) is a small but hyper fast C compiler. Unlike other C
42 compilers, it is meant to be self-relying: you do not need an
43 external assembler or linker because TCC does that for you.
45 TCC compiles so @emph{fast} that even for big projects @code{Makefile}s may
46 not be necessary.
48 TCC not only supports ANSI C, but also most of the new ISO C99
49 standard and many GNUC extensions including inline assembly.
51 TCC can also be used to make @emph{C scripts}, i.e. pieces of C source
52 that you run as a Perl or Python script. Compilation is so fast that
53 your script will be as fast as if it was an executable.
55 TCC can also automatically generate memory and bound checks
56 (@pxref{Bounds}) while allowing all C pointers operations. TCC can do
57 these checks even if non patched libraries are used.
59 With @code{libtcc}, you can use TCC as a backend for dynamic code
60 generation (@pxref{Libtcc}).
62 TCC mainly supports the i386 target on Linux and Windows. There are alpha
63 ports for the ARM (@code{arm-tcc}) and the TMS320C67xx targets
64 (@code{c67-tcc}). More information about the ARM port is available at
65 @url{http://lists.gnu.org/archive/html/tinycc-devel/2003-10/msg00044.html}.
67 For usage on Windows, see also tcc-win32.txt.
69 @node Invoke
70 @chapter Command line invocation
72 @section Quick start
74 @example
75 @c man begin SYNOPSIS
76 usage: tcc [options] [@var{infile1} @var{infile2}@dots{}] [@option{-run} @var{infile} @var{args}@dots{}]
77 @c man end
78 @end example
80 @noindent
81 @c man begin DESCRIPTION
82 TCC options are a very much like gcc options. The main difference is that TCC
83 can also execute directly the resulting program and give it runtime
84 arguments.
86 Here are some examples to understand the logic:
88 @table @code
89 @item @samp{tcc -run a.c}
90 Compile @file{a.c} and execute it directly
92 @item @samp{tcc -run a.c arg1}
93 Compile a.c and execute it directly. arg1 is given as first argument to
94 the @code{main()} of a.c.
96 @item @samp{tcc a.c -run b.c arg1}
97 Compile @file{a.c} and @file{b.c}, link them together and execute them. arg1 is given
98 as first argument to the @code{main()} of the resulting program. 
99 @ignore 
100 Because multiple C files are specified, @option{--} are necessary to clearly 
101 separate the program arguments from the TCC options.
102 @end ignore
104 @item @samp{tcc -o myprog a.c b.c}
105 Compile @file{a.c} and @file{b.c}, link them and generate the executable @file{myprog}.
107 @item @samp{tcc -o myprog a.o b.o}
108 link @file{a.o} and @file{b.o} together and generate the executable @file{myprog}.
110 @item @samp{tcc -c a.c}
111 Compile @file{a.c} and generate object file @file{a.o}.
113 @item @samp{tcc -c asmfile.S}
114 Preprocess with C preprocess and assemble @file{asmfile.S} and generate
115 object file @file{asmfile.o}.
117 @item @samp{tcc -c asmfile.s}
118 Assemble (but not preprocess) @file{asmfile.s} and generate object file
119 @file{asmfile.o}.
121 @item @samp{tcc -r -o ab.o a.c b.c}
122 Compile @file{a.c} and @file{b.c}, link them together and generate the object file @file{ab.o}.
124 @end table
126 Scripting:
128 TCC can be invoked from @emph{scripts}, just as shell scripts. You just
129 need to add @code{#!/usr/local/bin/tcc -run} at the start of your C source:
131 @example
132 #!/usr/local/bin/tcc -run
133 #include <stdio.h>
135 int main() 
137     printf("Hello World\n");
138     return 0;
140 @end example
142 TCC can read C source code from @emph{standard input} when @option{-} is used in 
143 place of @option{infile}. Example:
145 @example
146 echo 'main()@{puts("hello");@}' | tcc -run -
147 @end example
148 @c man end
150 @section Option summary
152 General Options:
154 @c man begin OPTIONS
155 @table @option
156 @item -v
157 Display current TCC version, increase verbosity.
159 @item -c
160 Generate an object file (@option{-o} option must also be given).
162 @item -o outfile
163 Put object file, executable, or dll into output file @file{outfile}.
165 @item -Bdir
166 Set the path where the tcc internal libraries can be found (default is
167 @file{PREFIX/lib/tcc}).
169 @item -bench
170 Output compilation statistics.
172 @item -run source [args...]
173 Compile file @var{source} and run it with the command line arguments
174 @var{args}. In order to be able to give more than one argument to a
175 script, several TCC options can be given @emph{after} the
176 @option{-run} option, separated by spaces. Example:
178 @example
179 tcc "-run -L/usr/X11R6/lib -lX11" ex4.c
180 @end example
182 In a script, it gives the following header:
184 @example
185 #!/usr/local/bin/tcc -run -L/usr/X11R6/lib -lX11
186 #include <stdlib.h>
187 int main(int argc, char **argv)
189     ...
191 @end example
193 @end table
195 Preprocessor options:
197 @table @option
198 @item -Idir
199 Specify an additional include path. Include paths are searched in the
200 order they are specified.
202 System include paths are always searched after. The default system
203 include paths are: @file{/usr/local/include}, @file{/usr/include}
204 and @file{PREFIX/lib/tcc/include}. (@file{PREFIX} is usually
205 @file{/usr} or @file{/usr/local}).
207 @item -Dsym[=val]
208 Define preprocessor symbol @samp{sym} to
209 val. If val is not present, its value is @samp{1}. Function-like macros can
210 also be defined: @option{-DF(a)=a+1}
212 @item -Usym
213 Undefine preprocessor symbol @samp{sym}.
214 @end table
216 Compilation flags:
218 Note: each of the following warning options has a negative form beginning with
219 @option{-fno-}.
221 @table @option
222 @item -funsigned-char
223 Let the @code{char} type be unsigned.
225 @item -fsigned-char
226 Let the @code{char} type be signed.
228 @item -fno-common
229 Do not generate common symbols for uninitialized data.
231 @item -fleading-underscore
232 Add a leading underscore at the beginning of each C symbol.
234 @end table
236 Warning options:
238 @table @option
239 @item -w
240 Disable all warnings.
242 @end table
244 Note: each of the following warning options has a negative form beginning with
245 @option{-Wno-}.
247 @table @option
248 @item -Wimplicit-function-declaration
249 Warn about implicit function declaration.
251 @item -Wunsupported
252 Warn about unsupported GCC features that are ignored by TCC.
254 @item -Wwrite-strings
255 Make string constants be of type @code{const char *} instead of @code{char
258 @item -Werror
259 Abort compilation if warnings are issued.
261 @item -Wall 
262 Activate all warnings, except @option{-Werror}, @option{-Wunusupported} and
263 @option{-Wwrite-strings}.
265 @end table
267 Linker options:
269 @table @option
270 @item -Ldir
271 Specify an additional static library path for the @option{-l} option. The
272 default library paths are @file{/usr/local/lib}, @file{/usr/lib} and @file{/lib}.
274 @item -lxxx
275 Link your program with dynamic library libxxx.so or static library
276 libxxx.a. The library is searched in the paths specified by the
277 @option{-L} option.
279 @item -shared
280 Generate a shared library instead of an executable (@option{-o} option
281 must also be given).
283 @item -static
284 Generate a statically linked executable (default is a shared linked
285 executable) (@option{-o} option must also be given).
287 @item -rdynamic
288 Export global symbols to the dynamic linker. It is useful when a library
289 opened with @code{dlopen()} needs to access executable symbols.
291 @item -r
292 Generate an object file combining all input files (@option{-o} option must
293 also be given).
295 @item -Wl,-Ttext,address
296 Set the start of the .text section to @var{address}.
298 @item -Wl,--oformat,fmt
299 Use @var{fmt} as output format. The supported output formats are:
300 @table @code
301 @item elf32-i386
302 ELF output format (default)
303 @item binary
304 Binary image (only for executable output)
305 @item coff
306 COFF output format (only for executable output for TMS320C67xx target)
307 @end table
309 @end table
311 Debugger options:
313 @table @option
314 @item -g
315 Generate run time debug information so that you get clear run time
316 error messages: @code{ test.c:68: in function 'test5()': dereferencing
317 invalid pointer} instead of the laconic @code{Segmentation
318 fault}.
320 @item -b
321 Generate additional support code to check
322 memory allocations and array/pointer bounds. @option{-g} is implied. Note
323 that the generated code is slower and bigger in this case.
325 @item -bt N
326 Display N callers in stack traces. This is useful with @option{-g} or
327 @option{-b}.
329 @end table
331 Note: GCC options @option{-Ox}, @option{-fx} and @option{-mx} are
332 ignored.
333 @c man end
335 @ignore
337 @setfilename tcc
338 @settitle Tiny C Compiler
340 @c man begin SEEALSO
341 gcc(1)
342 @c man end
344 @c man begin AUTHOR
345 Fabrice Bellard
346 @c man end
348 @end ignore
350 @node Clang
351 @chapter C language support
353 @section ANSI C
355 TCC implements all the ANSI C standard, including structure bit fields
356 and floating point numbers (@code{long double}, @code{double}, and
357 @code{float} fully supported).
359 @section ISOC99 extensions
361 TCC implements many features of the new C standard: ISO C99. Currently
362 missing items are: complex and imaginary numbers and variable length
363 arrays.
365 Currently implemented ISOC99 features:
367 @itemize
369 @item 64 bit @code{long long} types are fully supported.
371 @item The boolean type @code{_Bool} is supported.
373 @item @code{__func__} is a string variable containing the current
374 function name.
376 @item Variadic macros: @code{__VA_ARGS__} can be used for
377    function-like macros:
378 @example
379     #define dprintf(level, __VA_ARGS__) printf(__VA_ARGS__)
380 @end example
382 @noindent
383 @code{dprintf} can then be used with a variable number of parameters.
385 @item Declarations can appear anywhere in a block (as in C++).
387 @item Array and struct/union elements can be initialized in any order by
388   using designators:
389 @example
390     struct @{ int x, y; @} st[10] = @{ [0].x = 1, [0].y = 2 @};
392     int tab[10] = @{ 1, 2, [5] = 5, [9] = 9@};
393 @end example
394     
395 @item Compound initializers are supported:
396 @example
397     int *p = (int [])@{ 1, 2, 3 @};
398 @end example
399 to initialize a pointer pointing to an initialized array. The same
400 works for structures and strings.
402 @item Hexadecimal floating point constants are supported:
403 @example
404           double d = 0x1234p10;
405 @end example
407 @noindent
408 is the same as writing 
409 @example
410           double d = 4771840.0;
411 @end example
413 @item @code{inline} keyword is ignored.
415 @item @code{restrict} keyword is ignored.
416 @end itemize
418 @section GNU C extensions
420 TCC implements some GNU C extensions:
422 @itemize
424 @item array designators can be used without '=': 
425 @example
426     int a[10] = @{ [0] 1, [5] 2, 3, 4 @};
427 @end example
429 @item Structure field designators can be a label: 
430 @example
431     struct @{ int x, y; @} st = @{ x: 1, y: 1@};
432 @end example
433 instead of
434 @example
435     struct @{ int x, y; @} st = @{ .x = 1, .y = 1@};
436 @end example
438 @item @code{\e} is ASCII character 27.
440 @item case ranges : ranges can be used in @code{case}s:
441 @example
442     switch(a) @{
443     case 1 @dots{} 9:
444           printf("range 1 to 9\n");
445           break;
446     default:
447           printf("unexpected\n");
448           break;
449     @}
450 @end example
452 @cindex aligned attribute
453 @cindex packed attribute
454 @cindex section attribute
455 @cindex unused attribute
456 @cindex cdecl attribute
457 @cindex stdcall attribute
458 @cindex regparm attribute
459 @cindex dllexport attribute
461 @item The keyword @code{__attribute__} is handled to specify variable or
462 function attributes. The following attributes are supported:
463   @itemize
465   @item @code{aligned(n)}: align a variable or a structure field to n bytes
466 (must be a power of two).
468   @item @code{packed}: force alignment of a variable or a structure field to
469   1.
471   @item @code{section(name)}: generate function or data in assembly section
472 name (name is a string containing the section name) instead of the default
473 section.
475   @item @code{unused}: specify that the variable or the function is unused.
477   @item @code{cdecl}: use standard C calling convention (default).
479   @item @code{stdcall}: use Pascal-like calling convention.
481   @item @code{regparm(n)}: use fast i386 calling convention. @var{n} must be
482 between 1 and 3. The first @var{n} function parameters are respectively put in
483 registers @code{%eax}, @code{%edx} and @code{%ecx}.
485   @item @code{dllexport}: export function from dll/executable (win32 only)
487   @end itemize
489 Here are some examples:
490 @example
491     int a __attribute__ ((aligned(8), section(".mysection")));
492 @end example
494 @noindent
495 align variable @code{a} to 8 bytes and put it in section @code{.mysection}.
497 @example
498     int my_add(int a, int b) __attribute__ ((section(".mycodesection"))) 
499     @{
500         return a + b;
501     @}
502 @end example
504 @noindent
505 generate function @code{my_add} in section @code{.mycodesection}.
507 @item GNU style variadic macros:
508 @example
509     #define dprintf(fmt, args@dots{}) printf(fmt, ## args)
511     dprintf("no arg\n");
512     dprintf("one arg %d\n", 1);
513 @end example
515 @item @code{__FUNCTION__} is interpreted as C99 @code{__func__} 
516 (so it has not exactly the same semantics as string literal GNUC
517 where it is a string literal).
519 @item The @code{__alignof__} keyword can be used as @code{sizeof} 
520 to get the alignment of a type or an expression.
522 @item The @code{typeof(x)} returns the type of @code{x}. 
523 @code{x} is an expression or a type.
525 @item Computed gotos: @code{&&label} returns a pointer of type 
526 @code{void *} on the goto label @code{label}. @code{goto *expr} can be
527 used to jump on the pointer resulting from @code{expr}.
529 @item Inline assembly with asm instruction:
530 @cindex inline assembly
531 @cindex assembly, inline
532 @cindex __asm__
533 @example
534 static inline void * my_memcpy(void * to, const void * from, size_t n)
536 int d0, d1, d2;
537 __asm__ __volatile__(
538         "rep ; movsl\n\t"
539         "testb $2,%b4\n\t"
540         "je 1f\n\t"
541         "movsw\n"
542         "1:\ttestb $1,%b4\n\t"
543         "je 2f\n\t"
544         "movsb\n"
545         "2:"
546         : "=&c" (d0), "=&D" (d1), "=&S" (d2)
547         :"0" (n/4), "q" (n),"1" ((long) to),"2" ((long) from)
548         : "memory");
549 return (to);
551 @end example
553 @noindent
554 @cindex gas
555 TCC includes its own x86 inline assembler with a @code{gas}-like (GNU
556 assembler) syntax. No intermediate files are generated. GCC 3.x named
557 operands are supported.
559 @item @code{__builtin_types_compatible_p()} and @code{__builtin_constant_p()} 
560 are supported.
562 @item @code{#pragma pack} is supported for win32 compatibility.
564 @end itemize
566 @section TinyCC extensions
568 @itemize
570 @item @code{__TINYC__} is a predefined macro to @code{1} to
571 indicate that you use TCC.
573 @item @code{#!} at the start of a line is ignored to allow scripting.
575 @item Binary digits can be entered (@code{0b101} instead of
576 @code{5}).
578 @item @code{__BOUNDS_CHECKING_ON} is defined if bound checking is activated.
580 @end itemize
582 @node asm
583 @chapter TinyCC Assembler
585 Since version 0.9.16, TinyCC integrates its own assembler. TinyCC
586 assembler supports a gas-like syntax (GNU assembler). You can
587 desactivate assembler support if you want a smaller TinyCC executable
588 (the C compiler does not rely on the assembler).
590 TinyCC Assembler is used to handle files with @file{.S} (C
591 preprocessed assembler) and @file{.s} extensions. It is also used to
592 handle the GNU inline assembler with the @code{asm} keyword.
594 @section Syntax
596 TinyCC Assembler supports most of the gas syntax. The tokens are the
597 same as C.
599 @itemize
601 @item C and C++ comments are supported.
603 @item Identifiers are the same as C, so you cannot use '.' or '$'.
605 @item Only 32 bit integer numbers are supported.
607 @end itemize
609 @section Expressions
611 @itemize
613 @item Integers in decimal, octal and hexa are supported.
615 @item Unary operators: +, -, ~.
617 @item Binary operators in decreasing priority order:
619 @enumerate
620 @item *, /, %
621 @item &, |, ^
622 @item +, -
623 @end enumerate
625 @item A value is either an absolute number or a label plus an offset. 
626 All operators accept absolute values except '+' and '-'. '+' or '-' can be
627 used to add an offset to a label. '-' supports two labels only if they
628 are the same or if they are both defined and in the same section.
630 @end itemize
632 @section Labels
634 @itemize
636 @item All labels are considered as local, except undefined ones.
638 @item Numeric labels can be used as local @code{gas}-like labels. 
639 They can be defined several times in the same source. Use 'b'
640 (backward) or 'f' (forward) as suffix to reference them:
642 @example
643  1:
644       jmp 1b /* jump to '1' label before */
645       jmp 1f /* jump to '1' label after */
646  1:
647 @end example
649 @end itemize
651 @section Directives
652 @cindex assembler directives
653 @cindex directives, assembler
654 @cindex align directive
655 @cindex skip directive
656 @cindex space directive
657 @cindex byte directive
658 @cindex word directive
659 @cindex short directive
660 @cindex int directive
661 @cindex long directive
662 @cindex quad directive
663 @cindex globl directive
664 @cindex global directive
665 @cindex section directive
666 @cindex text directive
667 @cindex data directive
668 @cindex bss directive
669 @cindex fill directive
670 @cindex org directive
671 @cindex previous directive
672 @cindex string directive
673 @cindex asciz directive
674 @cindex ascii directive
676 All directives are preceeded by a '.'. The following directives are
677 supported:
679 @itemize
680 @item .align n[,value]
681 @item .skip n[,value]
682 @item .space n[,value]
683 @item .byte value1[,...]
684 @item .word value1[,...]
685 @item .short value1[,...]
686 @item .int value1[,...]
687 @item .long value1[,...]
688 @item .quad immediate_value1[,...]
689 @item .globl symbol
690 @item .global symbol
691 @item .section section
692 @item .text
693 @item .data
694 @item .bss
695 @item .fill repeat[,size[,value]]
696 @item .org n
697 @item .previous
698 @item .string string[,...]
699 @item .asciz string[,...]
700 @item .ascii string[,...]
701 @end itemize
703 @section X86 Assembler
704 @cindex assembler
706 All X86 opcodes are supported. Only ATT syntax is supported (source
707 then destination operand order). If no size suffix is given, TinyCC
708 tries to guess it from the operand sizes.
710 Currently, MMX opcodes are supported but not SSE ones.
712 @node linker
713 @chapter TinyCC Linker
714 @cindex linker
716 @section ELF file generation
717 @cindex ELF
719 TCC can directly output relocatable ELF files (object files),
720 executable ELF files and dynamic ELF libraries without relying on an
721 external linker.
723 Dynamic ELF libraries can be output but the C compiler does not generate
724 position independent code (PIC). It means that the dynamic library
725 code generated by TCC cannot be factorized among processes yet.
727 TCC linker eliminates unreferenced object code in libraries. A single pass is
728 done on the object and library list, so the order in which object files and
729 libraries are specified is important (same constraint as GNU ld). No grouping
730 options (@option{--start-group} and @option{--end-group}) are supported.
732 @section ELF file loader
734 TCC can load ELF object files, archives (.a files) and dynamic
735 libraries (.so).
737 @section PE-i386 file generation
738 @cindex PE-i386
740 TCC for Windows supports the native Win32 executable file format (PE-i386).  It
741 generates EXE files (console and gui) and DLL files.
743 For usage on Windows, see also tcc-win32.txt.
745 @section GNU Linker Scripts
746 @cindex scripts, linker
747 @cindex linker scripts
748 @cindex GROUP, linker command
749 @cindex FILE, linker command
750 @cindex OUTPUT_FORMAT, linker command
751 @cindex TARGET, linker command
753 Because on many Linux systems some dynamic libraries (such as
754 @file{/usr/lib/libc.so}) are in fact GNU ld link scripts (horrible!),
755 the TCC linker also supports a subset of GNU ld scripts.
757 The @code{GROUP} and @code{FILE} commands are supported. @code{OUTPUT_FORMAT}
758 and @code{TARGET} are ignored.
760 Example from @file{/usr/lib/libc.so}:
761 @example
762 /* GNU ld script
763    Use the shared library, but some functions are only in
764    the static library, so try that secondarily.  */
765 GROUP ( /lib/libc.so.6 /usr/lib/libc_nonshared.a )
766 @end example
768 @node Bounds
769 @chapter TinyCC Memory and Bound checks
770 @cindex bound checks
771 @cindex memory checks
773 This feature is activated with the @option{-b} (@pxref{Invoke}).
775 Note that pointer size is @emph{unchanged} and that code generated
776 with bound checks is @emph{fully compatible} with unchecked
777 code. When a pointer comes from unchecked code, it is assumed to be
778 valid. Even very obscure C code with casts should work correctly.
780 For more information about the ideas behind this method, see
781 @url{http://www.doc.ic.ac.uk/~phjk/BoundsChecking.html}.
783 Here are some examples of caught errors:
785 @table @asis
787 @item Invalid range with standard string function:
788 @example
790     char tab[10];
791     memset(tab, 0, 11);
793 @end example
795 @item Out of bounds-error in global or local arrays:
796 @example
798     int tab[10];
799     for(i=0;i<11;i++) @{
800         sum += tab[i];
801     @}
803 @end example
805 @item Out of bounds-error in malloc'ed data:
806 @example
808     int *tab;
809     tab = malloc(20 * sizeof(int));
810     for(i=0;i<21;i++) @{
811         sum += tab4[i];
812     @}
813     free(tab);
815 @end example
817 @item Access of freed memory:
818 @example
820     int *tab;
821     tab = malloc(20 * sizeof(int));
822     free(tab);
823     for(i=0;i<20;i++) @{
824         sum += tab4[i];
825     @}
827 @end example
829 @item Double free:
830 @example
832     int *tab;
833     tab = malloc(20 * sizeof(int));
834     free(tab);
835     free(tab);
837 @end example
839 @end table
841 @node Libtcc
842 @chapter The @code{libtcc} library
844 The @code{libtcc} library enables you to use TCC as a backend for
845 dynamic code generation. 
847 Read the @file{libtcc.h} to have an overview of the API. Read
848 @file{libtcc_test.c} to have a very simple example.
850 The idea consists in giving a C string containing the program you want
851 to compile directly to @code{libtcc}. Then you can access to any global
852 symbol (function or variable) defined.
854 @node devel
855 @chapter Developer's guide
857 This chapter gives some hints to understand how TCC works. You can skip
858 it if you do not intend to modify the TCC code.
860 @section File reading
862 The @code{BufferedFile} structure contains the context needed to read a
863 file, including the current line number. @code{tcc_open()} opens a new
864 file and @code{tcc_close()} closes it. @code{inp()} returns the next
865 character.
867 @section Lexer
869 @code{next()} reads the next token in the current
870 file. @code{next_nomacro()} reads the next token without macro
871 expansion.
873 @code{tok} contains the current token (see @code{TOK_xxx})
874 constants. Identifiers and keywords are also keywords. @code{tokc}
875 contains additional infos about the token (for example a constant value
876 if number or string token).
878 @section Parser
880 The parser is hardcoded (yacc is not necessary). It does only one pass,
881 except:
883 @itemize
885 @item For initialized arrays with unknown size, a first pass 
886 is done to count the number of elements.
888 @item For architectures where arguments are evaluated in 
889 reverse order, a first pass is done to reverse the argument order.
891 @end itemize
893 @section Types
895 The types are stored in a single 'int' variable. It was choosen in the
896 first stages of development when tcc was much simpler. Now, it may not
897 be the best solution.
899 @example
900 #define VT_INT        0  /* integer type */
901 #define VT_BYTE       1  /* signed byte type */
902 #define VT_SHORT      2  /* short type */
903 #define VT_VOID       3  /* void type */
904 #define VT_PTR        4  /* pointer */
905 #define VT_ENUM       5  /* enum definition */
906 #define VT_FUNC       6  /* function type */
907 #define VT_STRUCT     7  /* struct/union definition */
908 #define VT_FLOAT      8  /* IEEE float */
909 #define VT_DOUBLE     9  /* IEEE double */
910 #define VT_LDOUBLE   10  /* IEEE long double */
911 #define VT_BOOL      11  /* ISOC99 boolean type */
912 #define VT_LLONG     12  /* 64 bit integer */
913 #define VT_LONG      13  /* long integer (NEVER USED as type, only
914                             during parsing) */
915 #define VT_BTYPE      0x000f /* mask for basic type */
916 #define VT_UNSIGNED   0x0010  /* unsigned type */
917 #define VT_ARRAY      0x0020  /* array type (also has VT_PTR) */
918 #define VT_BITFIELD   0x0040  /* bitfield modifier */
920 #define VT_STRUCT_SHIFT 16   /* structure/enum name shift (16 bits left) */
921 @end example
923 When a reference to another type is needed (for pointers, functions and
924 structures), the @code{32 - VT_STRUCT_SHIFT} high order bits are used to
925 store an identifier reference.
927 The @code{VT_UNSIGNED} flag can be set for chars, shorts, ints and long
928 longs.
930 Arrays are considered as pointers @code{VT_PTR} with the flag
931 @code{VT_ARRAY} set.
933 The @code{VT_BITFIELD} flag can be set for chars, shorts, ints and long
934 longs. If it is set, then the bitfield position is stored from bits
935 VT_STRUCT_SHIFT to VT_STRUCT_SHIFT + 5 and the bit field size is stored
936 from bits VT_STRUCT_SHIFT + 6 to VT_STRUCT_SHIFT + 11.
938 @code{VT_LONG} is never used except during parsing.
940 During parsing, the storage of an object is also stored in the type
941 integer:
943 @example
944 #define VT_EXTERN  0x00000080  /* extern definition */
945 #define VT_STATIC  0x00000100  /* static variable */
946 #define VT_TYPEDEF 0x00000200  /* typedef definition */
947 @end example
949 @section Symbols
951 All symbols are stored in hashed symbol stacks. Each symbol stack
952 contains @code{Sym} structures.
954 @code{Sym.v} contains the symbol name (remember
955 an idenfier is also a token, so a string is never necessary to store
956 it). @code{Sym.t} gives the type of the symbol. @code{Sym.r} is usually
957 the register in which the corresponding variable is stored. @code{Sym.c} is
958 usually a constant associated to the symbol.
960 Four main symbol stacks are defined:
962 @table @code
964 @item define_stack
965 for the macros (@code{#define}s).
967 @item global_stack
968 for the global variables, functions and types.
970 @item local_stack
971 for the local variables, functions and types.
973 @item global_label_stack
974 for the local labels (for @code{goto}).
976 @item label_stack
977 for GCC block local labels (see the @code{__label__} keyword).
979 @end table
981 @code{sym_push()} is used to add a new symbol in the local symbol
982 stack. If no local symbol stack is active, it is added in the global
983 symbol stack.
985 @code{sym_pop(st,b)} pops symbols from the symbol stack @var{st} until
986 the symbol @var{b} is on the top of stack. If @var{b} is NULL, the stack
987 is emptied.
989 @code{sym_find(v)} return the symbol associated to the identifier
990 @var{v}. The local stack is searched first from top to bottom, then the
991 global stack.
993 @section Sections
995 The generated code and datas are written in sections. The structure
996 @code{Section} contains all the necessary information for a given
997 section. @code{new_section()} creates a new section. ELF file semantics
998 is assumed for each section.
1000 The following sections are predefined:
1002 @table @code
1004 @item text_section
1005 is the section containing the generated code. @var{ind} contains the
1006 current position in the code section.
1008 @item data_section
1009 contains initialized data
1011 @item bss_section
1012 contains uninitialized data
1014 @item bounds_section
1015 @itemx lbounds_section
1016 are used when bound checking is activated
1018 @item stab_section
1019 @itemx stabstr_section
1020 are used when debugging is actived to store debug information
1022 @item symtab_section
1023 @itemx strtab_section
1024 contain the exported symbols (currently only used for debugging).
1026 @end table
1028 @section Code generation
1029 @cindex code generation
1031 @subsection Introduction
1033 The TCC code generator directly generates linked binary code in one
1034 pass. It is rather unusual these days (see gcc for example which
1035 generates text assembly), but it can be very fast and surprisingly
1036 little complicated.
1038 The TCC code generator is register based. Optimization is only done at
1039 the expression level. No intermediate representation of expression is
1040 kept except the current values stored in the @emph{value stack}.
1042 On x86, three temporary registers are used. When more registers are
1043 needed, one register is spilled into a new temporary variable on the stack.
1045 @subsection The value stack
1046 @cindex value stack, introduction
1048 When an expression is parsed, its value is pushed on the value stack
1049 (@var{vstack}). The top of the value stack is @var{vtop}. Each value
1050 stack entry is the structure @code{SValue}.
1052 @code{SValue.t} is the type. @code{SValue.r} indicates how the value is
1053 currently stored in the generated code. It is usually a CPU register
1054 index (@code{REG_xxx} constants), but additional values and flags are
1055 defined:
1057 @example
1058 #define VT_CONST     0x00f0
1059 #define VT_LLOCAL    0x00f1
1060 #define VT_LOCAL     0x00f2
1061 #define VT_CMP       0x00f3
1062 #define VT_JMP       0x00f4
1063 #define VT_JMPI      0x00f5
1064 #define VT_LVAL      0x0100
1065 #define VT_SYM       0x0200
1066 #define VT_MUSTCAST  0x0400
1067 #define VT_MUSTBOUND 0x0800
1068 #define VT_BOUNDED   0x8000
1069 #define VT_LVAL_BYTE     0x1000
1070 #define VT_LVAL_SHORT    0x2000
1071 #define VT_LVAL_UNSIGNED 0x4000
1072 #define VT_LVAL_TYPE     (VT_LVAL_BYTE | VT_LVAL_SHORT | VT_LVAL_UNSIGNED)
1073 @end example
1075 @table @code
1077 @item VT_CONST
1078 indicates that the value is a constant. It is stored in the union
1079 @code{SValue.c}, depending on its type.
1081 @item VT_LOCAL
1082 indicates a local variable pointer at offset @code{SValue.c.i} in the
1083 stack.
1085 @item VT_CMP
1086 indicates that the value is actually stored in the CPU flags (i.e. the
1087 value is the consequence of a test). The value is either 0 or 1. The
1088 actual CPU flags used is indicated in @code{SValue.c.i}. 
1090 If any code is generated which destroys the CPU flags, this value MUST be
1091 put in a normal register.
1093 @item VT_JMP
1094 @itemx VT_JMPI
1095 indicates that the value is the consequence of a conditional jump. For VT_JMP,
1096 it is 1 if the jump is taken, 0 otherwise. For VT_JMPI it is inverted.
1098 These values are used to compile the @code{||} and @code{&&} logical
1099 operators.
1101 If any code is generated, this value MUST be put in a normal
1102 register. Otherwise, the generated code won't be executed if the jump is
1103 taken.
1105 @item VT_LVAL
1106 is a flag indicating that the value is actually an lvalue (left value of
1107 an assignment). It means that the value stored is actually a pointer to
1108 the wanted value. 
1110 Understanding the use @code{VT_LVAL} is very important if you want to
1111 understand how TCC works.
1113 @item VT_LVAL_BYTE
1114 @itemx VT_LVAL_SHORT
1115 @itemx VT_LVAL_UNSIGNED
1116 if the lvalue has an integer type, then these flags give its real
1117 type. The type alone is not enough in case of cast optimisations.
1119 @item VT_LLOCAL
1120 is a saved lvalue on the stack. @code{VT_LLOCAL} should be eliminated
1121 ASAP because its semantics are rather complicated.
1123 @item VT_MUSTCAST
1124 indicates that a cast to the value type must be performed if the value
1125 is used (lazy casting).
1127 @item VT_SYM
1128 indicates that the symbol @code{SValue.sym} must be added to the constant.
1130 @item VT_MUSTBOUND
1131 @itemx VT_BOUNDED
1132 are only used for optional bound checking.
1134 @end table
1136 @subsection Manipulating the value stack
1137 @cindex value stack
1139 @code{vsetc()} and @code{vset()} pushes a new value on the value
1140 stack. If the previous @var{vtop} was stored in a very unsafe place(for
1141 example in the CPU flags), then some code is generated to put the
1142 previous @var{vtop} in a safe storage.
1144 @code{vpop()} pops @var{vtop}. In some cases, it also generates cleanup
1145 code (for example if stacked floating point registers are used as on
1146 x86).
1148 The @code{gv(rc)} function generates code to evaluate @var{vtop} (the
1149 top value of the stack) into registers. @var{rc} selects in which
1150 register class the value should be put. @code{gv()} is the @emph{most
1151 important function} of the code generator.
1153 @code{gv2()} is the same as @code{gv()} but for the top two stack
1154 entries.
1156 @subsection CPU dependent code generation
1157 @cindex CPU dependent
1158 See the @file{i386-gen.c} file to have an example.
1160 @table @code
1162 @item load()
1163 must generate the code needed to load a stack value into a register.
1165 @item store()
1166 must generate the code needed to store a register into a stack value
1167 lvalue.
1169 @item gfunc_start()
1170 @itemx gfunc_param()
1171 @itemx gfunc_call()
1172 should generate a function call
1174 @item gfunc_prolog()
1175 @itemx gfunc_epilog()
1176 should generate a function prolog/epilog.
1178 @item gen_opi(op)
1179 must generate the binary integer operation @var{op} on the two top
1180 entries of the stack which are guaranted to contain integer types.
1182 The result value should be put on the stack.
1184 @item gen_opf(op)
1185 same as @code{gen_opi()} for floating point operations. The two top
1186 entries of the stack are guaranted to contain floating point values of
1187 same types.
1189 @item gen_cvt_itof()
1190 integer to floating point conversion.
1192 @item gen_cvt_ftoi()
1193 floating point to integer conversion.
1195 @item gen_cvt_ftof()
1196 floating point to floating point of different size conversion.
1198 @item gen_bounded_ptr_add()
1199 @item gen_bounded_ptr_deref()
1200 are only used for bounds checking.
1202 @end table
1204 @section Optimizations done
1205 @cindex optimizations
1206 @cindex constant propagation
1207 @cindex strength reduction
1208 @cindex comparison operators
1209 @cindex caching processor flags
1210 @cindex flags, caching
1211 @cindex jump optimization
1212 Constant propagation is done for all operations. Multiplications and
1213 divisions are optimized to shifts when appropriate. Comparison
1214 operators are optimized by maintaining a special cache for the
1215 processor flags. &&, || and ! are optimized by maintaining a special
1216 'jump target' value. No other jump optimization is currently performed
1217 because it would require to store the code in a more abstract fashion.
1219 @unnumbered Concept Index
1220 @printindex cp
1222 @bye
1224 @c Local variables:
1225 @c fill-column: 78
1226 @c texinfo-column-for-description: 32
1227 @c End: