copyright update
[tinycc/miki.git] / tcc-doc.texi
blob9fa957ef13212af9fa4beb00d036895ab787cbff
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. There are alpha ports for the ARM
62 (@code{arm-tcc}) and the TMS320C67xx targets (@code{c67-tcc}).
64 @node Invoke
65 @chapter Command line invocation
67 [This manual documents version @value{VERSION} of the Tiny C Compiler]
69 @section Quick start
71 @example
72 @c man begin SYNOPSIS
73 usage: tcc [options] [@var{infile1} @var{infile2}@dots{}] [@option{-run} @var{infile} @var{args}@dots{}]
74 @c man end
75 @end example
77 @noindent
78 @c man begin DESCRIPTION
79 TCC options are a very much like gcc options. The main difference is that TCC
80 can also execute directly the resulting program and give it runtime
81 arguments.
83 Here are some examples to understand the logic:
85 @table @code
86 @item @samp{tcc -run a.c}
87 Compile @file{a.c} and execute it directly
89 @item @samp{tcc -run a.c arg1}
90 Compile a.c and execute it directly. arg1 is given as first argument to
91 the @code{main()} of a.c.
93 @item @samp{tcc a.c -run b.c arg1}
94 Compile @file{a.c} and @file{b.c}, link them together and execute them. arg1 is given
95 as first argument to the @code{main()} of the resulting program. Because
96 multiple C files are specified, @option{--} are necessary to clearly separate the
97 program arguments from the TCC options.
99 @item @samp{tcc -o myprog a.c b.c}
100 Compile @file{a.c} and @file{b.c}, link them and generate the executable @file{myprog}.
102 @item @samp{tcc -o myprog a.o b.o}
103 link @file{a.o} and @file{b.o} together and generate the executable @file{myprog}.
105 @item @samp{tcc -c a.c}
106 Compile @file{a.c} and generate object file @file{a.o}.
108 @item @samp{tcc -c asmfile.S}
109 Preprocess with C preprocess and assemble @file{asmfile.S} and generate
110 object file @file{asmfile.o}.
112 @item @samp{tcc -c asmfile.s}
113 Assemble (but not preprocess) @file{asmfile.s} and generate object file
114 @file{asmfile.o}.
116 @item @samp{tcc -r -o ab.o a.c b.c}
117 Compile @file{a.c} and @file{b.c}, link them together and generate the object file @file{ab.o}.
119 @end table
121 Scripting:
123 TCC can be invoked from @emph{scripts}, just as shell scripts. You just
124 need to add @code{#!/usr/local/bin/tcc -run} at the start of your C source:
126 @example
127 #!/usr/local/bin/tcc -run
128 #include <stdio.h>
130 int main() 
132     printf("Hello World\n");
133     return 0;
135 @end example
136 @c man end
138 @section Option summary
140 General Options:
142 @c man begin OPTIONS
143 @table @option
144 @item -v
145 Display current TCC version.
147 @item -c
148 Generate an object file (@option{-o} option must also be given).
150 @item -o outfile
151 Put object file, executable, or dll into output file @file{outfile}.
153 @item -Bdir
154 Set the path where the tcc internal libraries can be found (default is
155 @file{PREFIX/lib/tcc}).
157 @item -bench
158 Output compilation statistics.
160 @item -run source [args...]
162 Compile file @var{source} and run it with the command line arguments
163 @var{args}. In order to be able to give more than one argument to a
164 script, several TCC options can be given @emph{after} the
165 @option{-run} option, separated by spaces. Example:
167 @example
168 tcc "-run -L/usr/X11R6/lib -lX11" ex4.c
169 @end example
171 In a script, it gives the following header:
173 @example
174 #!/usr/local/bin/tcc -run -L/usr/X11R6/lib -lX11
175 #include <stdlib.h>
176 int main(int argc, char **argv)
178     ...
180 @end example
182 @end table
184 Preprocessor options:
186 @table @option
187 @item -Idir
188 Specify an additional include path. Include paths are searched in the
189 order they are specified.
191 System include paths are always searched after. The default system
192 include paths are: @file{/usr/local/include}, @file{/usr/include}
193 and @file{PREFIX/lib/tcc/include}. (@file{PREFIX} is usually
194 @file{/usr} or @file{/usr/local}).
196 @item -Dsym[=val]
197 Define preprocessor symbol @samp{sym} to
198 val. If val is not present, its value is @samp{1}. Function-like macros can
199 also be defined: @option{-DF(a)=a+1}
201 @item -Usym
202 Undefine preprocessor symbol @samp{sym}.
203 @end table
205 Compilation flags:
207 Note: each of the following warning options has a negative form beginning with
208 @option{-fno-}.
210 @table @option
211 @item -funsigned-char
212 Let the @code{char} type be unsigned.
214 @item -fsigned-char
215 Let the @code{char} type be signed.
217 @item -fno-common
218 Do not generate common symbols for uninitialized data.
220 @end table
222 Warning options:
224 @table @option
225 @item -w
226 Disable all warnings.
228 @end table
230 Note: each of the following warning options has a negative form beginning with
231 @option{-Wno-}.
233 @table @option
234 @item -Wimplicit-function-declaration
235 Warn about implicit function declaration.
237 @item -Wunsupported
238 Warn about unsupported GCC features that are ignored by TCC.
240 @item -Wwrite-strings
241 Make string constants be of type @code{const char *} instead of @code{char
244 @item -Werror
245 Abort compilation if warnings are issued.
247 @item -Wall 
248 Activate all warnings, except @option{-Werror}, @option{-Wunusupported} and
249 @option{-Wwrite-strings}.
251 @end table
253 Linker options:
255 @table @option
256 @item -Ldir
257 Specify an additional static library path for the @option{-l} option. The
258 default library paths are @file{/usr/local/lib}, @file{/usr/lib} and @file{/lib}.
260 @item -lxxx
261 Link your program with dynamic library libxxx.so or static library
262 libxxx.a. The library is searched in the paths specified by the
263 @option{-L} option.
265 @item -shared
266 Generate a shared library instead of an executable (@option{-o} option
267 must also be given).
269 @item -static
270 Generate a statically linked executable (default is a shared linked
271 executable) (@option{-o} option must also be given).
273 @item -rdynamic
274 Export global symbols to the dynamic linker. It is useful when a library
275 opened with @code{dlopen()} needs to access executable symbols.
277 @item -r
278 Generate an object file combining all input files (@option{-o} option must
279 also be given).
281 @item -Wl,-Ttext,address
282 Set the start of the .text section to @var{address}.
284 @item -Wl,--oformat,fmt
285 Use @var{fmt} as output format. The supported output formats are:
286 @table @code
287 @item elf32-i386
288 ELF output format (default)
289 @item binary
290 Binary image (only for executable output)
291 @item coff
292 COFF output format (only for executable output for TMS320C67xx target)
293 @end table
295 @end table
297 Debugger options:
299 @table @option
300 @item -g
301 Generate run time debug information so that you get clear run time
302 error messages: @code{ test.c:68: in function 'test5()': dereferencing
303 invalid pointer} instead of the laconic @code{Segmentation
304 fault}.
306 @item -b
307 Generate additional support code to check
308 memory allocations and array/pointer bounds. @option{-g} is implied. Note
309 that the generated code is slower and bigger in this case.
311 @item -bt N
312 Display N callers in stack traces. This is useful with @option{-g} or
313 @option{-b}.
315 @end table
317 Note: GCC options @option{-Ox}, @option{-fx} and @option{-mx} are
318 ignored.
319 @c man end
321 @ignore
323 @setfilename tcc
324 @settitle Tiny C Compiler
326 @c man begin SEEALSO
327 gcc(1)
328 @c man end
330 @c man begin AUTHOR
331 Fabrice Bellard
332 @c man end
334 @end ignore
336 @chapter C language support
338 @section ANSI C
340 TCC implements all the ANSI C standard, including structure bit fields
341 and floating point numbers (@code{long double}, @code{double}, and
342 @code{float} fully supported).
344 @section ISOC99 extensions
346 TCC implements many features of the new C standard: ISO C99. Currently
347 missing items are: complex and imaginary numbers and variable length
348 arrays.
350 Currently implemented ISOC99 features:
352 @itemize
354 @item 64 bit @code{long long} types are fully supported.
356 @item The boolean type @code{_Bool} is supported.
358 @item @code{__func__} is a string variable containing the current
359 function name.
361 @item Variadic macros: @code{__VA_ARGS__} can be used for
362    function-like macros:
363 @example
364     #define dprintf(level, __VA_ARGS__) printf(__VA_ARGS__)
365 @end example
367 @noindent
368 @code{dprintf} can then be used with a variable number of parameters.
370 @item Declarations can appear anywhere in a block (as in C++).
372 @item Array and struct/union elements can be initialized in any order by
373   using designators:
374 @example
375     struct @{ int x, y; @} st[10] = @{ [0].x = 1, [0].y = 2 @};
377     int tab[10] = @{ 1, 2, [5] = 5, [9] = 9@};
378 @end example
379     
380 @item Compound initializers are supported:
381 @example
382     int *p = (int [])@{ 1, 2, 3 @};
383 @end example
384 to initialize a pointer pointing to an initialized array. The same
385 works for structures and strings.
387 @item Hexadecimal floating point constants are supported:
388 @example
389           double d = 0x1234p10;
390 @end example
392 @noindent
393 is the same as writing 
394 @example
395           double d = 4771840.0;
396 @end example
398 @item @code{inline} keyword is ignored.
400 @item @code{restrict} keyword is ignored.
401 @end itemize
403 @section GNU C extensions
405 TCC implements some GNU C extensions:
407 @itemize
409 @item array designators can be used without '=': 
410 @example
411     int a[10] = @{ [0] 1, [5] 2, 3, 4 @};
412 @end example
414 @item Structure field designators can be a label: 
415 @example
416     struct @{ int x, y; @} st = @{ x: 1, y: 1@};
417 @end example
418 instead of
419 @example
420     struct @{ int x, y; @} st = @{ .x = 1, .y = 1@};
421 @end example
423 @item @code{\e} is ASCII character 27.
425 @item case ranges : ranges can be used in @code{case}s:
426 @example
427     switch(a) @{
428     case 1 @dots{} 9:
429           printf("range 1 to 9\n");
430           break;
431     default:
432           printf("unexpected\n");
433           break;
434     @}
435 @end example
437 @item The keyword @code{__attribute__} is handled to specify variable or
438 function attributes. The following attributes are supported:
439   @itemize
440   @item @code{aligned(n)}: align data to n bytes (must be a power of two).
442   @item @code{section(name)}: generate function or data in assembly
443   section name (name is a string containing the section name) instead
444   of the default section.
446   @item @code{unused}: specify that the variable or the function is unused.
448   @item @code{cdecl}: use standard C calling convention.
450   @item @code{stdcall}: use Pascal-like calling convention.
452   @end itemize
454 Here are some examples:
455 @example
456     int a __attribute__ ((aligned(8), section(".mysection")));
457 @end example
459 @noindent
460 align variable @code{a} to 8 bytes and put it in section @code{.mysection}.
462 @example
463     int my_add(int a, int b) __attribute__ ((section(".mycodesection"))) 
464     @{
465         return a + b;
466     @}
467 @end example
469 @noindent
470 generate function @code{my_add} in section @code{.mycodesection}.
472 @item GNU style variadic macros:
473 @example
474     #define dprintf(fmt, args@dots{}) printf(fmt, ## args)
476     dprintf("no arg\n");
477     dprintf("one arg %d\n", 1);
478 @end example
480 @item @code{__FUNCTION__} is interpreted as C99 @code{__func__} 
481 (so it has not exactly the same semantics as string literal GNUC
482 where it is a string literal).
484 @item The @code{__alignof__} keyword can be used as @code{sizeof} 
485 to get the alignment of a type or an expression.
487 @item The @code{typeof(x)} returns the type of @code{x}. 
488 @code{x} is an expression or a type.
490 @item Computed gotos: @code{&&label} returns a pointer of type 
491 @code{void *} on the goto label @code{label}. @code{goto *expr} can be
492 used to jump on the pointer resulting from @code{expr}.
494 @item Inline assembly with asm instruction:
495 @cindex inline assembly
496 @cindex assembly, inline
497 @cindex __asm__
498 @example
499 static inline void * my_memcpy(void * to, const void * from, size_t n)
501 int d0, d1, d2;
502 __asm__ __volatile__(
503         "rep ; movsl\n\t"
504         "testb $2,%b4\n\t"
505         "je 1f\n\t"
506         "movsw\n"
507         "1:\ttestb $1,%b4\n\t"
508         "je 2f\n\t"
509         "movsb\n"
510         "2:"
511         : "=&c" (d0), "=&D" (d1), "=&S" (d2)
512         :"0" (n/4), "q" (n),"1" ((long) to),"2" ((long) from)
513         : "memory");
514 return (to);
516 @end example
518 @noindent
519 @cindex gas
520 TCC includes its own x86 inline assembler with a @code{gas}-like (GNU
521 assembler) syntax. No intermediate files are generated. GCC 3.x named
522 operands are supported.
524 @item @code{__builtin_types_compatible_p()} and @code{__builtin_constant_p()} 
525 are supported.
527 @end itemize
529 @section TinyCC extensions
531 @itemize
533 @item @code{__TINYC__} is a predefined macro to @code{1} to
534 indicate that you use TCC.
536 @item @code{#!} at the start of a line is ignored to allow scripting.
538 @item Binary digits can be entered (@code{0b101} instead of
539 @code{5}).
541 @item @code{__BOUNDS_CHECKING_ON} is defined if bound checking is activated.
543 @end itemize
545 @chapter TinyCC Assembler
547 Since version 0.9.16, TinyCC integrates its own assembler. TinyCC
548 assembler supports a gas-like syntax (GNU assembler). You can
549 desactivate assembler support if you want a smaller TinyCC executable
550 (the C compiler does not rely on the assembler).
552 TinyCC Assembler is used to handle files with @file{.S} (C
553 preprocessed assembler) and @file{.s} extensions. It is also used to
554 handle the GNU inline assembler with the @code{asm} keyword.
556 @section Syntax
558 TinyCC Assembler supports most of the gas syntax. The tokens are the
559 same as C.
561 @itemize
563 @item C and C++ comments are supported.
565 @item Identifiers are the same as C, so you cannot use '.' or '$'.
567 @item Only 32 bit integer numbers are supported.
569 @end itemize
571 @section Expressions
573 @itemize
575 @item Integers in decimal, octal and hexa are supported.
577 @item Unary operators: +, -, ~.
579 @item Binary operators in decreasing priority order:
581 @enumerate
582 @item *, /, %
583 @item &, |, ^
584 @item +, -
585 @end enumerate
587 @item A value is either an absolute number or a label plus an offset. 
588 All operators accept absolute values except '+' and '-'. '+' or '-' can be
589 used to add an offset to a label. '-' supports two labels only if they
590 are the same or if they are both defined and in the same section.
592 @end itemize
594 @section Labels
596 @itemize
598 @item All labels are considered as local, except undefined ones.
600 @item Numeric labels can be used as local @code{gas}-like labels. 
601 They can be defined several times in the same source. Use 'b'
602 (backward) or 'f' (forward) as suffix to reference them:
604 @example
605  1:
606       jmp 1b /* jump to '1' label before */
607       jmp 1f /* jump to '1' label after */
608  1:
609 @end example
611 @end itemize
613 @section Directives
614 @cindex assembler directives
615 @cindex directives, assembler
616 @cindex .align
617 @cindex .skip
618 @cindex .space
619 @cindex .byte
620 @cindex .word
621 @cindex .short
622 @cindex .int
623 @cindex .long
624 @cindex .string
625 @cindex .globl
626 @cindex .global
627 @cindex .section
628 @cindex .text
629 @cindex .data
630 @cindex .bss
632 All directives are preceeded by a '.'. The following directives are
633 supported:
635 @itemize
636 @item .align n[,value]
637 @item .skip n[,value]
638 @item .space n[,value]
639 @item .byte value1[,value2...]
640 @item .word value1[,value2...]
641 @item .short value1[,value2...]
642 @item .int value1[,value2...]
643 @item .long value1[,value2...]
644 @item .string string
645 @item .globl symbol
646 @item .global symbol
647 @item .section section
648 @item .text
649 @item .data
650 @item .bss
651 @item .fill repeat[,size[,value]]
652 @item .org n
653 @item .previous
654 @item .string string[,...]
655 @item .asciz string[,...]
656 @item .ascii string[,...]
657 @end itemize
659 @section X86 Assembler
660 @cindex assembler
662 All X86 opcodes are supported. Only ATT syntax is supported (source
663 then destination operand order). If no size suffix is given, TinyCC
664 tries to guess it from the operand sizes.
666 Currently, MMX opcodes are supported but not SSE ones.
668 @chapter TinyCC Linker
669 @cindex linker
671 @section ELF file generation
672 @cindex ELF
674 TCC can directly output relocatable ELF files (object files),
675 executable ELF files and dynamic ELF libraries without relying on an
676 external linker.
678 Dynamic ELF libraries can be output but the C compiler does not generate
679 position independent code (PIC). It means that the dynamic library
680 code generated by TCC cannot be factorized among processes yet.
682 TCC linker eliminates unreferenced object code in libraries. A single pass is
683 done on the object and library list, so the order in which object files and
684 libraries are specified is important (same constraint as GNU ld). No grouping
685 options (@option{--start-group} and @option{--end-group}) are supported.
687 @section ELF file loader
689 TCC can load ELF object files, archives (.a files) and dynamic
690 libraries (.so).
692 @section GNU Linker Scripts
693 @cindex scripts, linker
694 @cindex linker scripts
695 @cindex GROUP, linker command
696 @cindex FILE, linker command
697 @cindex OUTPUT_FORMAT, linker command
698 @cindex TARGET, linker command
700 Because on many Linux systems some dynamic libraries (such as
701 @file{/usr/lib/libc.so}) are in fact GNU ld link scripts (horrible!),
702 the TCC linker also supports a subset of GNU ld scripts.
704 The @code{GROUP} and @code{FILE} commands are supported. @code{OUTPUT_FORMAT}
705 and @code{TARGET} are ignored.
707 Example from @file{/usr/lib/libc.so}:
708 @example
709 /* GNU ld script
710    Use the shared library, but some functions are only in
711    the static library, so try that secondarily.  */
712 GROUP ( /lib/libc.so.6 /usr/lib/libc_nonshared.a )
713 @end example
715 @node Bounds
716 @chapter TinyCC Memory and Bound checks
717 @cindex bound checks
718 @cindex memory checks
720 This feature is activated with the @option{-b} (@pxref{Invoke}).
722 Note that pointer size is @emph{unchanged} and that code generated
723 with bound checks is @emph{fully compatible} with unchecked
724 code. When a pointer comes from unchecked code, it is assumed to be
725 valid. Even very obscure C code with casts should work correctly.
727 For more information about the ideas behind this method, see
728 @url{http://www.doc.ic.ac.uk/~phjk/BoundsChecking.html}.
730 Here are some examples of caught errors:
732 @table @asis
734 @item Invalid range with standard string function:
735 @example
737     char tab[10];
738     memset(tab, 0, 11);
740 @end example
742 @item Out of bounds-error in global or local arrays:
743 @example
745     int tab[10];
746     for(i=0;i<11;i++) @{
747         sum += tab[i];
748     @}
750 @end example
752 @item Out of bounds-error in malloc'ed data:
753 @example
755     int *tab;
756     tab = malloc(20 * sizeof(int));
757     for(i=0;i<21;i++) @{
758         sum += tab4[i];
759     @}
760     free(tab);
762 @end example
764 @item Access of freed memory:
765 @example
767     int *tab;
768     tab = malloc(20 * sizeof(int));
769     free(tab);
770     for(i=0;i<20;i++) @{
771         sum += tab4[i];
772     @}
774 @end example
776 @item Double free:
777 @example
779     int *tab;
780     tab = malloc(20 * sizeof(int));
781     free(tab);
782     free(tab);
784 @end example
786 @end table
788 @node Libtcc
789 @chapter The @code{libtcc} library
791 The @code{libtcc} library enables you to use TCC as a backend for
792 dynamic code generation. 
794 Read the @file{libtcc.h} to have an overview of the API. Read
795 @file{libtcc_test.c} to have a very simple example.
797 The idea consists in giving a C string containing the program you want
798 to compile directly to @code{libtcc}. Then you can access to any global
799 symbol (function or variable) defined.
801 @chapter Developer's guide
803 This chapter gives some hints to understand how TCC works. You can skip
804 it if you do not intend to modify the TCC code.
806 @section File reading
808 The @code{BufferedFile} structure contains the context needed to read a
809 file, including the current line number. @code{tcc_open()} opens a new
810 file and @code{tcc_close()} closes it. @code{inp()} returns the next
811 character.
813 @section Lexer
815 @code{next()} reads the next token in the current
816 file. @code{next_nomacro()} reads the next token without macro
817 expansion.
819 @code{tok} contains the current token (see @code{TOK_xxx})
820 constants. Identifiers and keywords are also keywords. @code{tokc}
821 contains additional infos about the token (for example a constant value
822 if number or string token).
824 @section Parser
826 The parser is hardcoded (yacc is not necessary). It does only one pass,
827 except:
829 @itemize
831 @item For initialized arrays with unknown size, a first pass 
832 is done to count the number of elements.
834 @item For architectures where arguments are evaluated in 
835 reverse order, a first pass is done to reverse the argument order.
837 @end itemize
839 @section Types
841 The types are stored in a single 'int' variable. It was choosen in the
842 first stages of development when tcc was much simpler. Now, it may not
843 be the best solution.
845 @example
846 #define VT_INT        0  /* integer type */
847 #define VT_BYTE       1  /* signed byte type */
848 #define VT_SHORT      2  /* short type */
849 #define VT_VOID       3  /* void type */
850 #define VT_PTR        4  /* pointer */
851 #define VT_ENUM       5  /* enum definition */
852 #define VT_FUNC       6  /* function type */
853 #define VT_STRUCT     7  /* struct/union definition */
854 #define VT_FLOAT      8  /* IEEE float */
855 #define VT_DOUBLE     9  /* IEEE double */
856 #define VT_LDOUBLE   10  /* IEEE long double */
857 #define VT_BOOL      11  /* ISOC99 boolean type */
858 #define VT_LLONG     12  /* 64 bit integer */
859 #define VT_LONG      13  /* long integer (NEVER USED as type, only
860                             during parsing) */
861 #define VT_BTYPE      0x000f /* mask for basic type */
862 #define VT_UNSIGNED   0x0010  /* unsigned type */
863 #define VT_ARRAY      0x0020  /* array type (also has VT_PTR) */
864 #define VT_BITFIELD   0x0040  /* bitfield modifier */
866 #define VT_STRUCT_SHIFT 16   /* structure/enum name shift (16 bits left) */
867 @end example
869 When a reference to another type is needed (for pointers, functions and
870 structures), the @code{32 - VT_STRUCT_SHIFT} high order bits are used to
871 store an identifier reference.
873 The @code{VT_UNSIGNED} flag can be set for chars, shorts, ints and long
874 longs.
876 Arrays are considered as pointers @code{VT_PTR} with the flag
877 @code{VT_ARRAY} set.
879 The @code{VT_BITFIELD} flag can be set for chars, shorts, ints and long
880 longs. If it is set, then the bitfield position is stored from bits
881 VT_STRUCT_SHIFT to VT_STRUCT_SHIFT + 5 and the bit field size is stored
882 from bits VT_STRUCT_SHIFT + 6 to VT_STRUCT_SHIFT + 11.
884 @code{VT_LONG} is never used except during parsing.
886 During parsing, the storage of an object is also stored in the type
887 integer:
889 @example
890 #define VT_EXTERN  0x00000080  /* extern definition */
891 #define VT_STATIC  0x00000100  /* static variable */
892 #define VT_TYPEDEF 0x00000200  /* typedef definition */
893 @end example
895 @section Symbols
897 All symbols are stored in hashed symbol stacks. Each symbol stack
898 contains @code{Sym} structures.
900 @code{Sym.v} contains the symbol name (remember
901 an idenfier is also a token, so a string is never necessary to store
902 it). @code{Sym.t} gives the type of the symbol. @code{Sym.r} is usually
903 the register in which the corresponding variable is stored. @code{Sym.c} is
904 usually a constant associated to the symbol.
906 Four main symbol stacks are defined:
908 @table @code
910 @item define_stack
911 for the macros (@code{#define}s).
913 @item global_stack
914 for the global variables, functions and types.
916 @item local_stack
917 for the local variables, functions and types.
919 @item global_label_stack
920 for the local labels (for @code{goto}).
922 @item label_stack
923 for GCC block local labels (see the @code{__label__} keyword).
925 @end table
927 @code{sym_push()} is used to add a new symbol in the local symbol
928 stack. If no local symbol stack is active, it is added in the global
929 symbol stack.
931 @code{sym_pop(st,b)} pops symbols from the symbol stack @var{st} until
932 the symbol @var{b} is on the top of stack. If @var{b} is NULL, the stack
933 is emptied.
935 @code{sym_find(v)} return the symbol associated to the identifier
936 @var{v}. The local stack is searched first from top to bottom, then the
937 global stack.
939 @section Sections
941 The generated code and datas are written in sections. The structure
942 @code{Section} contains all the necessary information for a given
943 section. @code{new_section()} creates a new section. ELF file semantics
944 is assumed for each section.
946 The following sections are predefined:
948 @table @code
950 @item text_section
951 is the section containing the generated code. @var{ind} contains the
952 current position in the code section.
954 @item data_section
955 contains initialized data
957 @item bss_section
958 contains uninitialized data
960 @item bounds_section
961 @itemx lbounds_section
962 are used when bound checking is activated
964 @item stab_section
965 @itemx stabstr_section
966 are used when debugging is actived to store debug information
968 @item symtab_section
969 @itemx strtab_section
970 contain the exported symbols (currently only used for debugging).
972 @end table
974 @section Code generation
975 @cindex code generation
977 @subsection Introduction
979 The TCC code generator directly generates linked binary code in one
980 pass. It is rather unusual these days (see gcc for example which
981 generates text assembly), but it can be very fast and surprisingly
982 little complicated.
984 The TCC code generator is register based. Optimization is only done at
985 the expression level. No intermediate representation of expression is
986 kept except the current values stored in the @emph{value stack}.
988 On x86, three temporary registers are used. When more registers are
989 needed, one register is spilled into a new temporary variable on the stack.
991 @subsection The value stack
992 @cindex value stack, introduction
994 When an expression is parsed, its value is pushed on the value stack
995 (@var{vstack}). The top of the value stack is @var{vtop}. Each value
996 stack entry is the structure @code{SValue}.
998 @code{SValue.t} is the type. @code{SValue.r} indicates how the value is
999 currently stored in the generated code. It is usually a CPU register
1000 index (@code{REG_xxx} constants), but additional values and flags are
1001 defined:
1003 @example
1004 #define VT_CONST     0x00f0
1005 #define VT_LLOCAL    0x00f1
1006 #define VT_LOCAL     0x00f2
1007 #define VT_CMP       0x00f3
1008 #define VT_JMP       0x00f4
1009 #define VT_JMPI      0x00f5
1010 #define VT_LVAL      0x0100
1011 #define VT_SYM       0x0200
1012 #define VT_MUSTCAST  0x0400
1013 #define VT_MUSTBOUND 0x0800
1014 #define VT_BOUNDED   0x8000
1015 #define VT_LVAL_BYTE     0x1000
1016 #define VT_LVAL_SHORT    0x2000
1017 #define VT_LVAL_UNSIGNED 0x4000
1018 #define VT_LVAL_TYPE     (VT_LVAL_BYTE | VT_LVAL_SHORT | VT_LVAL_UNSIGNED)
1019 @end example
1021 @table @code
1023 @item VT_CONST
1024 indicates that the value is a constant. It is stored in the union
1025 @code{SValue.c}, depending on its type.
1027 @item VT_LOCAL
1028 indicates a local variable pointer at offset @code{SValue.c.i} in the
1029 stack.
1031 @item VT_CMP
1032 indicates that the value is actually stored in the CPU flags (i.e. the
1033 value is the consequence of a test). The value is either 0 or 1. The
1034 actual CPU flags used is indicated in @code{SValue.c.i}. 
1036 If any code is generated which destroys the CPU flags, this value MUST be
1037 put in a normal register.
1039 @item VT_JMP
1040 @itemx VT_JMPI
1041 indicates that the value is the consequence of a conditional jump. For VT_JMP,
1042 it is 1 if the jump is taken, 0 otherwise. For VT_JMPI it is inverted.
1044 These values are used to compile the @code{||} and @code{&&} logical
1045 operators.
1047 If any code is generated, this value MUST be put in a normal
1048 register. Otherwise, the generated code won't be executed if the jump is
1049 taken.
1051 @item VT_LVAL
1052 is a flag indicating that the value is actually an lvalue (left value of
1053 an assignment). It means that the value stored is actually a pointer to
1054 the wanted value. 
1056 Understanding the use @code{VT_LVAL} is very important if you want to
1057 understand how TCC works.
1059 @item VT_LVAL_BYTE
1060 @itemx VT_LVAL_SHORT
1061 @itemx VT_LVAL_UNSIGNED
1062 if the lvalue has an integer type, then these flags give its real
1063 type. The type alone is not enough in case of cast optimisations.
1065 @item VT_LLOCAL
1066 is a saved lvalue on the stack. @code{VT_LLOCAL} should be eliminated
1067 ASAP because its semantics are rather complicated.
1069 @item VT_MUSTCAST
1070 indicates that a cast to the value type must be performed if the value
1071 is used (lazy casting).
1073 @item VT_SYM
1074 indicates that the symbol @code{SValue.sym} must be added to the constant.
1076 @item VT_MUSTBOUND
1077 @itemx VT_BOUNDED
1078 are only used for optional bound checking.
1080 @end table
1082 @subsection Manipulating the value stack
1083 @cindex value stack
1085 @code{vsetc()} and @code{vset()} pushes a new value on the value
1086 stack. If the previous @var{vtop} was stored in a very unsafe place(for
1087 example in the CPU flags), then some code is generated to put the
1088 previous @var{vtop} in a safe storage.
1090 @code{vpop()} pops @var{vtop}. In some cases, it also generates cleanup
1091 code (for example if stacked floating point registers are used as on
1092 x86).
1094 The @code{gv(rc)} function generates code to evaluate @var{vtop} (the
1095 top value of the stack) into registers. @var{rc} selects in which
1096 register class the value should be put. @code{gv()} is the @emph{most
1097 important function} of the code generator.
1099 @code{gv2()} is the same as @code{gv()} but for the top two stack
1100 entries.
1102 @subsection CPU dependent code generation
1103 @cindex CPU dependent
1104 See the @file{i386-gen.c} file to have an example.
1106 @table @code
1108 @item load()
1109 must generate the code needed to load a stack value into a register.
1111 @item store()
1112 must generate the code needed to store a register into a stack value
1113 lvalue.
1115 @item gfunc_start()
1116 @itemx gfunc_param()
1117 @itemx gfunc_call()
1118 should generate a function call
1120 @item gfunc_prolog()
1121 @itemx gfunc_epilog()
1122 should generate a function prolog/epilog.
1124 @item gen_opi(op)
1125 must generate the binary integer operation @var{op} on the two top
1126 entries of the stack which are guaranted to contain integer types.
1128 The result value should be put on the stack.
1130 @item gen_opf(op)
1131 same as @code{gen_opi()} for floating point operations. The two top
1132 entries of the stack are guaranted to contain floating point values of
1133 same types.
1135 @item gen_cvt_itof()
1136 integer to floating point conversion.
1138 @item gen_cvt_ftoi()
1139 floating point to integer conversion.
1141 @item gen_cvt_ftof()
1142 floating point to floating point of different size conversion.
1144 @item gen_bounded_ptr_add()
1145 @item gen_bounded_ptr_deref()
1146 are only used for bounds checking.
1148 @end table
1150 @section Optimizations done
1151 @cindex optimizations
1152 @cindex constant propagation
1153 @cindex strength reduction
1154 @cindex comparison operators
1155 @cindex caching processor flags
1156 @cindex flags, caching
1157 @cindex jump optimization
1158 Constant propagation is done for all operations. Multiplications and
1159 divisions are optimized to shifts when appropriate. Comparison
1160 operators are optimized by maintaining a special cache for the
1161 processor flags. &&, || and ! are optimized by maintaining a special
1162 'jump target' value. No other jump optimization is currently performed
1163 because it would require to store the code in a more abstract fashion.
1165 @unnumbered Concept Index
1166 @printindex cp
1168 @bye
1170 @c Local variables:
1171 @c fill-column: 78
1172 @c texinfo-column-for-description: 32
1173 @c End: