OSDN Git Service

Sat Aug 15 20:22:33 1998 H.J. Lu (hjl@gnu.org)
[pf3gnuchains/gcc-fork.git] / gcc / extend.texi
1 @c Copyright (C) 1988,89,92,93,94,96 Free Software Foundation, Inc.
2 @c This is part of the GCC manual.
3 @c For copying conditions, see the file gcc.texi.
4
5 @node C Extensions
6 @chapter Extensions to the C Language Family
7 @cindex extensions, C language
8 @cindex C language extensions
9
10 GNU C provides several language features not found in ANSI standard C.
11 (The @samp{-pedantic} option directs GNU CC to print a warning message if
12 any of these features is used.)  To test for the availability of these
13 features in conditional compilation, check for a predefined macro
14 @code{__GNUC__}, which is always defined under GNU CC.
15
16 These extensions are available in C and Objective C.  Most of them are
17 also available in C++.  @xref{C++ Extensions,,Extensions to the
18 C++ Language}, for extensions that apply @emph{only} to C++.
19
20 @c The only difference between the two versions of this menu is that the
21 @c version for clear INTERNALS has an extra node, "Constraints" (which
22 @c appears in a separate chapter in the other version of the manual).
23 @ifset INTERNALS
24 @menu
25 * Statement Exprs::     Putting statements and declarations inside expressions.
26 * Local Labels::        Labels local to a statement-expression.
27 * Labels as Values::    Getting pointers to labels, and computed gotos.
28 * Nested Functions::    As in Algol and Pascal, lexical scoping of functions.
29 * Constructing Calls::  Dispatching a call to another function.
30 * Naming Types::        Giving a name to the type of some expression.
31 * Typeof::              @code{typeof}: referring to the type of an expression.
32 * Lvalues::             Using @samp{?:}, @samp{,} and casts in lvalues.
33 * Conditionals::        Omitting the middle operand of a @samp{?:} expression.
34 * Long Long::           Double-word integers---@code{long long int}.
35 * Complex::             Data types for complex numbers.
36 * Zero Length::         Zero-length arrays.
37 * Variable Length::     Arrays whose length is computed at run time.
38 * Macro Varargs::       Macros with variable number of arguments.
39 * Subscripting::        Any array can be subscripted, even if not an lvalue.
40 * Pointer Arith::       Arithmetic on @code{void}-pointers and function pointers.
41 * Initializers::        Non-constant initializers.
42 * Constructors::        Constructor expressions give structures, unions
43                          or arrays as values.
44 * Labeled Elements::    Labeling elements of initializers.
45 * Cast to Union::       Casting to union type from any member of the union.
46 * Case Ranges::         `case 1 ... 9' and such.
47 * Function Attributes:: Declaring that functions have no side effects,
48                          or that they can never return.
49 * Function Prototypes:: Prototype declarations and old-style definitions.
50 * C++ Comments::        C++ comments are recognized.
51 * Dollar Signs::        Dollar sign is allowed in identifiers.
52 * Character Escapes::   @samp{\e} stands for the character @key{ESC}.
53 * Variable Attributes:: Specifying attributes of variables.
54 * Type Attributes::     Specifying attributes of types.
55 * Alignment::           Inquiring about the alignment of a type or variable.
56 * Inline::              Defining inline functions (as fast as macros).
57 * Extended Asm::        Assembler instructions with C expressions as operands.
58                          (With them you can define ``built-in'' functions.)
59 * Asm Labels::          Specifying the assembler name to use for a C symbol.
60 * Explicit Reg Vars::   Defining variables residing in specified registers.
61 * Alternate Keywords::  @code{__const__}, @code{__asm__}, etc., for header files.
62 * Incomplete Enums::    @code{enum foo;}, with details to follow.
63 * Function Names::      Printable strings which are the name of the current
64                          function.
65 * Return Address::      Getting the return or frame address of a function.
66 @end menu
67 @end ifset
68 @ifclear INTERNALS
69 @menu
70 * Statement Exprs::     Putting statements and declarations inside expressions.
71 * Local Labels::        Labels local to a statement-expression.
72 * Labels as Values::    Getting pointers to labels, and computed gotos.
73 * Nested Functions::    As in Algol and Pascal, lexical scoping of functions.
74 * Constructing Calls::  Dispatching a call to another function.
75 * Naming Types::        Giving a name to the type of some expression.
76 * Typeof::              @code{typeof}: referring to the type of an expression.
77 * Lvalues::             Using @samp{?:}, @samp{,} and casts in lvalues.
78 * Conditionals::        Omitting the middle operand of a @samp{?:} expression.
79 * Long Long::           Double-word integers---@code{long long int}.
80 * Complex::             Data types for complex numbers.
81 * Zero Length::         Zero-length arrays.
82 * Variable Length::     Arrays whose length is computed at run time.
83 * Macro Varargs::       Macros with variable number of arguments.
84 * Subscripting::        Any array can be subscripted, even if not an lvalue.
85 * Pointer Arith::       Arithmetic on @code{void}-pointers and function pointers.
86 * Initializers::        Non-constant initializers.
87 * Constructors::        Constructor expressions give structures, unions
88                          or arrays as values.
89 * Labeled Elements::    Labeling elements of initializers.
90 * Cast to Union::       Casting to union type from any member of the union.
91 * Case Ranges::         `case 1 ... 9' and such.
92 * Function Attributes:: Declaring that functions have no side effects,
93                          or that they can never return.
94 * Function Prototypes:: Prototype declarations and old-style definitions.
95 * C++ Comments::        C++ comments are recognized.
96 * Dollar Signs::        Dollar sign is allowed in identifiers.
97 * Character Escapes::   @samp{\e} stands for the character @key{ESC}.
98 * Variable Attributes:: Specifying attributes of variables.
99 * Type Attributes::     Specifying attributes of types.
100 * Alignment::           Inquiring about the alignment of a type or variable.
101 * Inline::              Defining inline functions (as fast as macros).
102 * Extended Asm::        Assembler instructions with C expressions as operands.
103                          (With them you can define ``built-in'' functions.)
104 * Constraints::         Constraints for asm operands
105 * Asm Labels::          Specifying the assembler name to use for a C symbol.
106 * Explicit Reg Vars::   Defining variables residing in specified registers.
107 * Alternate Keywords::  @code{__const__}, @code{__asm__}, etc., for header files.
108 * Incomplete Enums::    @code{enum foo;}, with details to follow.
109 * Function Names::      Printable strings which are the name of the current
110                          function.
111 * Return Address::      Getting the return or frame address of a function.
112 @end menu
113 @end ifclear
114
115 @node Statement Exprs
116 @section Statements and Declarations in Expressions
117 @cindex statements inside expressions
118 @cindex declarations inside expressions
119 @cindex expressions containing statements
120 @cindex macros, statements in expressions
121
122 @c the above section title wrapped and causes an underfull hbox.. i
123 @c changed it from "within" to "in". --mew 4feb93
124
125 A compound statement enclosed in parentheses may appear as an expression
126 in GNU C.  This allows you to use loops, switches, and local variables
127 within an expression.
128
129 Recall that a compound statement is a sequence of statements surrounded
130 by braces; in this construct, parentheses go around the braces.  For
131 example:
132
133 @example
134 (@{ int y = foo (); int z;
135    if (y > 0) z = y;
136    else z = - y;
137    z; @})
138 @end example
139
140 @noindent
141 is a valid (though slightly more complex than necessary) expression
142 for the absolute value of @code{foo ()}.
143
144 The last thing in the compound statement should be an expression
145 followed by a semicolon; the value of this subexpression serves as the
146 value of the entire construct.  (If you use some other kind of statement
147 last within the braces, the construct has type @code{void}, and thus
148 effectively no value.)
149
150 This feature is especially useful in making macro definitions ``safe'' (so
151 that they evaluate each operand exactly once).  For example, the
152 ``maximum'' function is commonly defined as a macro in standard C as
153 follows:
154
155 @example
156 #define max(a,b) ((a) > (b) ? (a) : (b))
157 @end example
158
159 @noindent
160 @cindex side effects, macro argument
161 But this definition computes either @var{a} or @var{b} twice, with bad
162 results if the operand has side effects.  In GNU C, if you know the
163 type of the operands (here let's assume @code{int}), you can define
164 the macro safely as follows:
165
166 @example
167 #define maxint(a,b) \
168   (@{int _a = (a), _b = (b); _a > _b ? _a : _b; @})
169 @end example
170
171 Embedded statements are not allowed in constant expressions, such as
172 the value of an enumeration constant, the width of a bit field, or
173 the initial value of a static variable.
174
175 If you don't know the type of the operand, you can still do this, but you
176 must use @code{typeof} (@pxref{Typeof}) or type naming (@pxref{Naming
177 Types}).
178
179 @node Local Labels
180 @section Locally Declared Labels
181 @cindex local labels
182 @cindex macros, local labels
183
184 Each statement expression is a scope in which @dfn{local labels} can be
185 declared.  A local label is simply an identifier; you can jump to it
186 with an ordinary @code{goto} statement, but only from within the
187 statement expression it belongs to.
188
189 A local label declaration looks like this:
190
191 @example
192 __label__ @var{label};
193 @end example
194
195 @noindent
196 or
197
198 @example
199 __label__ @var{label1}, @var{label2}, @dots{};
200 @end example
201
202 Local label declarations must come at the beginning of the statement
203 expression, right after the @samp{(@{}, before any ordinary
204 declarations.
205
206 The label declaration defines the label @emph{name}, but does not define
207 the label itself.  You must do this in the usual way, with
208 @code{@var{label}:}, within the statements of the statement expression.
209
210 The local label feature is useful because statement expressions are
211 often used in macros.  If the macro contains nested loops, a @code{goto}
212 can be useful for breaking out of them.  However, an ordinary label
213 whose scope is the whole function cannot be used: if the macro can be
214 expanded several times in one function, the label will be multiply
215 defined in that function.  A local label avoids this problem.  For
216 example:
217
218 @example
219 #define SEARCH(array, target)                     \
220 (@{                                               \
221   __label__ found;                                \
222   typeof (target) _SEARCH_target = (target);      \
223   typeof (*(array)) *_SEARCH_array = (array);     \
224   int i, j;                                       \
225   int value;                                      \
226   for (i = 0; i < max; i++)                       \
227     for (j = 0; j < max; j++)                     \
228       if (_SEARCH_array[i][j] == _SEARCH_target)  \
229         @{ value = i; goto found; @}              \
230   value = -1;                                     \
231  found:                                           \
232   value;                                          \
233 @})
234 @end example
235
236 @node Labels as Values
237 @section Labels as Values
238 @cindex labels as values
239 @cindex computed gotos
240 @cindex goto with computed label
241 @cindex address of a label
242
243 You can get the address of a label defined in the current function
244 (or a containing function) with the unary operator @samp{&&}.  The
245 value has type @code{void *}.  This value is a constant and can be used
246 wherever a constant of that type is valid.  For example:
247
248 @example
249 void *ptr;
250 @dots{}
251 ptr = &&foo;
252 @end example
253
254 To use these values, you need to be able to jump to one.  This is done
255 with the computed goto statement@footnote{The analogous feature in
256 Fortran is called an assigned goto, but that name seems inappropriate in
257 C, where one can do more than simply store label addresses in label
258 variables.}, @code{goto *@var{exp};}.  For example,
259
260 @example
261 goto *ptr;
262 @end example
263
264 @noindent
265 Any expression of type @code{void *} is allowed.
266
267 One way of using these constants is in initializing a static array that
268 will serve as a jump table:
269
270 @example
271 static void *array[] = @{ &&foo, &&bar, &&hack @};
272 @end example
273
274 Then you can select a label with indexing, like this:
275
276 @example
277 goto *array[i];
278 @end example
279
280 @noindent
281 Note that this does not check whether the subscript is in bounds---array
282 indexing in C never does that.
283
284 Such an array of label values serves a purpose much like that of the
285 @code{switch} statement.  The @code{switch} statement is cleaner, so
286 use that rather than an array unless the problem does not fit a
287 @code{switch} statement very well.
288
289 Another use of label values is in an interpreter for threaded code.
290 The labels within the interpreter function can be stored in the
291 threaded code for super-fast dispatching.
292
293 You can use this mechanism to jump to code in a different function.  If
294 you do that, totally unpredictable things will happen.  The best way to
295 avoid this is to store the label address only in automatic variables and
296 never pass it as an argument.
297
298 @node Nested Functions
299 @section Nested Functions
300 @cindex nested functions
301 @cindex downward funargs
302 @cindex thunks
303
304 A @dfn{nested function} is a function defined inside another function.
305 (Nested functions are not supported for GNU C++.)  The nested function's
306 name is local to the block where it is defined.  For example, here we
307 define a nested function named @code{square}, and call it twice:
308
309 @example
310 @group
311 foo (double a, double b)
312 @{
313   double square (double z) @{ return z * z; @}
314
315   return square (a) + square (b);
316 @}
317 @end group
318 @end example
319
320 The nested function can access all the variables of the containing
321 function that are visible at the point of its definition.  This is
322 called @dfn{lexical scoping}.  For example, here we show a nested
323 function which uses an inherited variable named @code{offset}:
324
325 @example
326 bar (int *array, int offset, int size)
327 @{
328   int access (int *array, int index)
329     @{ return array[index + offset]; @}
330   int i;
331   @dots{}
332   for (i = 0; i < size; i++)
333     @dots{} access (array, i) @dots{}
334 @}
335 @end example
336
337 Nested function definitions are permitted within functions in the places
338 where variable definitions are allowed; that is, in any block, before
339 the first statement in the block.
340
341 It is possible to call the nested function from outside the scope of its
342 name by storing its address or passing the address to another function:
343
344 @example
345 hack (int *array, int size)
346 @{
347   void store (int index, int value)
348     @{ array[index] = value; @}
349
350   intermediate (store, size);
351 @}
352 @end example
353
354 Here, the function @code{intermediate} receives the address of
355 @code{store} as an argument.  If @code{intermediate} calls @code{store},
356 the arguments given to @code{store} are used to store into @code{array}.
357 But this technique works only so long as the containing function
358 (@code{hack}, in this example) does not exit.
359
360 If you try to call the nested function through its address after the
361 containing function has exited, all hell will break loose.  If you try
362 to call it after a containing scope level has exited, and if it refers
363 to some of the variables that are no longer in scope, you may be lucky,
364 but it's not wise to take the risk.  If, however, the nested function
365 does not refer to anything that has gone out of scope, you should be
366 safe.
367
368 GNU CC implements taking the address of a nested function using a
369 technique called @dfn{trampolines}.   A paper describing them is
370 available as @samp{http://master.debian.org/~karlheg/Usenix88-lexic.pdf}.
371
372 A nested function can jump to a label inherited from a containing
373 function, provided the label was explicitly declared in the containing
374 function (@pxref{Local Labels}).  Such a jump returns instantly to the
375 containing function, exiting the nested function which did the
376 @code{goto} and any intermediate functions as well.  Here is an example:
377
378 @example
379 @group
380 bar (int *array, int offset, int size)
381 @{
382   __label__ failure;
383   int access (int *array, int index)
384     @{
385       if (index > size)
386         goto failure;
387       return array[index + offset];
388     @}
389   int i;
390   @dots{}
391   for (i = 0; i < size; i++)
392     @dots{} access (array, i) @dots{}
393   @dots{}
394   return 0;
395
396  /* @r{Control comes here from @code{access}
397     if it detects an error.}  */
398  failure:
399   return -1;
400 @}
401 @end group
402 @end example
403
404 A nested function always has internal linkage.  Declaring one with
405 @code{extern} is erroneous.  If you need to declare the nested function
406 before its definition, use @code{auto} (which is otherwise meaningless
407 for function declarations).
408
409 @example
410 bar (int *array, int offset, int size)
411 @{
412   __label__ failure;
413   auto int access (int *, int);
414   @dots{}
415   int access (int *array, int index)
416     @{
417       if (index > size)
418         goto failure;
419       return array[index + offset];
420     @}
421   @dots{}
422 @}
423 @end example
424
425 @node Constructing Calls
426 @section Constructing Function Calls
427 @cindex constructing calls
428 @cindex forwarding calls
429
430 Using the built-in functions described below, you can record
431 the arguments a function received, and call another function
432 with the same arguments, without knowing the number or types
433 of the arguments.
434
435 You can also record the return value of that function call,
436 and later return that value, without knowing what data type
437 the function tried to return (as long as your caller expects
438 that data type).
439
440 @table @code
441 @findex __builtin_apply_args
442 @item __builtin_apply_args ()
443 This built-in function returns a pointer of type @code{void *} to data
444 describing how to perform a call with the same arguments as were passed
445 to the current function.
446
447 The function saves the arg pointer register, structure value address,
448 and all registers that might be used to pass arguments to a function
449 into a block of memory allocated on the stack.  Then it returns the
450 address of that block.
451
452 @findex __builtin_apply
453 @item __builtin_apply (@var{function}, @var{arguments}, @var{size})
454 This built-in function invokes @var{function} (type @code{void (*)()})
455 with a copy of the parameters described by @var{arguments} (type
456 @code{void *}) and @var{size} (type @code{int}).
457
458 The value of @var{arguments} should be the value returned by
459 @code{__builtin_apply_args}.  The argument @var{size} specifies the size
460 of the stack argument data, in bytes.
461
462 This function returns a pointer of type @code{void *} to data describing
463 how to return whatever value was returned by @var{function}.  The data
464 is saved in a block of memory allocated on the stack.
465
466 It is not always simple to compute the proper value for @var{size}.  The
467 value is used by @code{__builtin_apply} to compute the amount of data
468 that should be pushed on the stack and copied from the incoming argument
469 area.
470
471 @findex __builtin_return
472 @item __builtin_return (@var{result})
473 This built-in function returns the value described by @var{result} from
474 the containing function.  You should specify, for @var{result}, a value
475 returned by @code{__builtin_apply}.
476 @end table
477
478 @node Naming Types
479 @section Naming an Expression's Type
480 @cindex naming types
481
482 You can give a name to the type of an expression using a @code{typedef}
483 declaration with an initializer.  Here is how to define @var{name} as a
484 type name for the type of @var{exp}:
485
486 @example
487 typedef @var{name} = @var{exp};
488 @end example
489
490 This is useful in conjunction with the statements-within-expressions
491 feature.  Here is how the two together can be used to define a safe
492 ``maximum'' macro that operates on any arithmetic type:
493
494 @example
495 #define max(a,b) \
496   (@{typedef _ta = (a), _tb = (b);  \
497     _ta _a = (a); _tb _b = (b);     \
498     _a > _b ? _a : _b; @})
499 @end example
500
501 @cindex underscores in variables in macros
502 @cindex @samp{_} in variables in macros
503 @cindex local variables in macros
504 @cindex variables, local, in macros
505 @cindex macros, local variables in
506
507 The reason for using names that start with underscores for the local
508 variables is to avoid conflicts with variable names that occur within the
509 expressions that are substituted for @code{a} and @code{b}.  Eventually we
510 hope to design a new form of declaration syntax that allows you to declare
511 variables whose scopes start only after their initializers; this will be a
512 more reliable way to prevent such conflicts.
513
514 @node Typeof
515 @section Referring to a Type with @code{typeof}
516 @findex typeof
517 @findex sizeof
518 @cindex macros, types of arguments
519
520 Another way to refer to the type of an expression is with @code{typeof}.
521 The syntax of using of this keyword looks like @code{sizeof}, but the
522 construct acts semantically like a type name defined with @code{typedef}.
523
524 There are two ways of writing the argument to @code{typeof}: with an
525 expression or with a type.  Here is an example with an expression:
526
527 @example
528 typeof (x[0](1))
529 @end example
530
531 @noindent
532 This assumes that @code{x} is an array of functions; the type described
533 is that of the values of the functions.
534
535 Here is an example with a typename as the argument:
536
537 @example
538 typeof (int *)
539 @end example
540
541 @noindent
542 Here the type described is that of pointers to @code{int}.
543
544 If you are writing a header file that must work when included in ANSI C
545 programs, write @code{__typeof__} instead of @code{typeof}.
546 @xref{Alternate Keywords}.
547
548 A @code{typeof}-construct can be used anywhere a typedef name could be
549 used.  For example, you can use it in a declaration, in a cast, or inside
550 of @code{sizeof} or @code{typeof}.
551
552 @itemize @bullet
553 @item
554 This declares @code{y} with the type of what @code{x} points to.
555
556 @example
557 typeof (*x) y;
558 @end example
559
560 @item
561 This declares @code{y} as an array of such values.
562
563 @example
564 typeof (*x) y[4];
565 @end example
566
567 @item
568 This declares @code{y} as an array of pointers to characters:
569
570 @example
571 typeof (typeof (char *)[4]) y;
572 @end example
573
574 @noindent
575 It is equivalent to the following traditional C declaration:
576
577 @example
578 char *y[4];
579 @end example
580
581 To see the meaning of the declaration using @code{typeof}, and why it
582 might be a useful way to write, let's rewrite it with these macros:
583
584 @example
585 #define pointer(T)  typeof(T *)
586 #define array(T, N) typeof(T [N])
587 @end example
588
589 @noindent
590 Now the declaration can be rewritten this way:
591
592 @example
593 array (pointer (char), 4) y;
594 @end example
595
596 @noindent
597 Thus, @code{array (pointer (char), 4)} is the type of arrays of 4
598 pointers to @code{char}.
599 @end itemize
600
601 @node Lvalues
602 @section Generalized Lvalues
603 @cindex compound expressions as lvalues
604 @cindex expressions, compound, as lvalues
605 @cindex conditional expressions as lvalues
606 @cindex expressions, conditional, as lvalues
607 @cindex casts as lvalues
608 @cindex generalized lvalues
609 @cindex lvalues, generalized
610 @cindex extensions, @code{?:}
611 @cindex @code{?:} extensions
612 Compound expressions, conditional expressions and casts are allowed as
613 lvalues provided their operands are lvalues.  This means that you can take
614 their addresses or store values into them.
615
616 Standard C++ allows compound expressions and conditional expressions as
617 lvalues, and permits casts to reference type, so use of this extension
618 is deprecated for C++ code.
619
620 For example, a compound expression can be assigned, provided the last
621 expression in the sequence is an lvalue.  These two expressions are
622 equivalent:
623
624 @example
625 (a, b) += 5
626 a, (b += 5)
627 @end example
628
629 Similarly, the address of the compound expression can be taken.  These two
630 expressions are equivalent:
631
632 @example
633 &(a, b)
634 a, &b
635 @end example
636
637 A conditional expression is a valid lvalue if its type is not void and the
638 true and false branches are both valid lvalues.  For example, these two
639 expressions are equivalent:
640
641 @example
642 (a ? b : c) = 5
643 (a ? b = 5 : (c = 5))
644 @end example
645
646 A cast is a valid lvalue if its operand is an lvalue.  A simple
647 assignment whose left-hand side is a cast works by converting the
648 right-hand side first to the specified type, then to the type of the
649 inner left-hand side expression.  After this is stored, the value is
650 converted back to the specified type to become the value of the
651 assignment.  Thus, if @code{a} has type @code{char *}, the following two
652 expressions are equivalent:
653
654 @example
655 (int)a = 5
656 (int)(a = (char *)(int)5)
657 @end example
658
659 An assignment-with-arithmetic operation such as @samp{+=} applied to a cast
660 performs the arithmetic using the type resulting from the cast, and then
661 continues as in the previous case.  Therefore, these two expressions are
662 equivalent:
663
664 @example
665 (int)a += 5
666 (int)(a = (char *)(int) ((int)a + 5))
667 @end example
668
669 You cannot take the address of an lvalue cast, because the use of its
670 address would not work out coherently.  Suppose that @code{&(int)f} were
671 permitted, where @code{f} has type @code{float}.  Then the following
672 statement would try to store an integer bit-pattern where a floating
673 point number belongs:
674
675 @example
676 *&(int)f = 1;
677 @end example
678
679 This is quite different from what @code{(int)f = 1} would do---that
680 would convert 1 to floating point and store it.  Rather than cause this
681 inconsistency, we think it is better to prohibit use of @samp{&} on a cast.
682
683 If you really do want an @code{int *} pointer with the address of
684 @code{f}, you can simply write @code{(int *)&f}.
685
686 @node Conditionals
687 @section Conditionals with Omitted Operands
688 @cindex conditional expressions, extensions
689 @cindex omitted middle-operands
690 @cindex middle-operands, omitted
691 @cindex extensions, @code{?:}
692 @cindex @code{?:} extensions
693
694 The middle operand in a conditional expression may be omitted.  Then
695 if the first operand is nonzero, its value is the value of the conditional
696 expression.
697
698 Therefore, the expression
699
700 @example
701 x ? : y
702 @end example
703
704 @noindent
705 has the value of @code{x} if that is nonzero; otherwise, the value of
706 @code{y}.
707
708 This example is perfectly equivalent to
709
710 @example
711 x ? x : y
712 @end example
713
714 @cindex side effect in ?:
715 @cindex ?: side effect
716 @noindent
717 In this simple case, the ability to omit the middle operand is not
718 especially useful.  When it becomes useful is when the first operand does,
719 or may (if it is a macro argument), contain a side effect.  Then repeating
720 the operand in the middle would perform the side effect twice.  Omitting
721 the middle operand uses the value already computed without the undesirable
722 effects of recomputing it.
723
724 @node Long Long
725 @section Double-Word Integers
726 @cindex @code{long long} data types
727 @cindex double-word arithmetic
728 @cindex multiprecision arithmetic
729
730 GNU C supports data types for integers that are twice as long as
731 @code{int}.  Simply write @code{long long int} for a signed integer, or
732 @code{unsigned long long int} for an unsigned integer.  To make an
733 integer constant of type @code{long long int}, add the suffix @code{LL}
734 to the integer.  To make an integer constant of type @code{unsigned long
735 long int}, add the suffix @code{ULL} to the integer.
736
737 You can use these types in arithmetic like any other integer types.
738 Addition, subtraction, and bitwise boolean operations on these types
739 are open-coded on all types of machines.  Multiplication is open-coded
740 if the machine supports fullword-to-doubleword a widening multiply
741 instruction.  Division and shifts are open-coded only on machines that
742 provide special support.  The operations that are not open-coded use
743 special library routines that come with GNU CC.
744
745 There may be pitfalls when you use @code{long long} types for function
746 arguments, unless you declare function prototypes.  If a function
747 expects type @code{int} for its argument, and you pass a value of type
748 @code{long long int}, confusion will result because the caller and the
749 subroutine will disagree about the number of bytes for the argument.
750 Likewise, if the function expects @code{long long int} and you pass
751 @code{int}.  The best way to avoid such problems is to use prototypes.
752
753 @node Complex
754 @section Complex Numbers
755 @cindex complex numbers
756
757 GNU C supports complex data types.  You can declare both complex integer
758 types and complex floating types, using the keyword @code{__complex__}.
759
760 For example, @samp{__complex__ double x;} declares @code{x} as a
761 variable whose real part and imaginary part are both of type
762 @code{double}.  @samp{__complex__ short int y;} declares @code{y} to
763 have real and imaginary parts of type @code{short int}; this is not
764 likely to be useful, but it shows that the set of complex types is
765 complete.
766
767 To write a constant with a complex data type, use the suffix @samp{i} or
768 @samp{j} (either one; they are equivalent).  For example, @code{2.5fi}
769 has type @code{__complex__ float} and @code{3i} has type
770 @code{__complex__ int}.  Such a constant always has a pure imaginary
771 value, but you can form any complex value you like by adding one to a
772 real constant.
773
774 To extract the real part of a complex-valued expression @var{exp}, write
775 @code{__real__ @var{exp}}.  Likewise, use @code{__imag__} to
776 extract the imaginary part.
777
778 The operator @samp{~} performs complex conjugation when used on a value
779 with a complex type.
780
781 GNU CC can allocate complex automatic variables in a noncontiguous
782 fashion; it's even possible for the real part to be in a register while
783 the imaginary part is on the stack (or vice-versa).  None of the
784 supported debugging info formats has a way to represent noncontiguous
785 allocation like this, so GNU CC describes a noncontiguous complex
786 variable as if it were two separate variables of noncomplex type.
787 If the variable's actual name is @code{foo}, the two fictitious
788 variables are named @code{foo$real} and @code{foo$imag}.  You can
789 examine and set these two fictitious variables with your debugger.
790
791 A future version of GDB will know how to recognize such pairs and treat
792 them as a single variable with a complex type.
793
794 @node Zero Length
795 @section Arrays of Length Zero
796 @cindex arrays of length zero
797 @cindex zero-length arrays
798 @cindex length-zero arrays
799
800 Zero-length arrays are allowed in GNU C.  They are very useful as the last
801 element of a structure which is really a header for a variable-length
802 object:
803
804 @example
805 struct line @{
806   int length;
807   char contents[0];
808 @};
809
810 @{
811   struct line *thisline = (struct line *)
812     malloc (sizeof (struct line) + this_length);
813   thisline->length = this_length;
814 @}
815 @end example
816
817 In standard C, you would have to give @code{contents} a length of 1, which
818 means either you waste space or complicate the argument to @code{malloc}.
819
820 @node Variable Length
821 @section Arrays of Variable Length
822 @cindex variable-length arrays
823 @cindex arrays of variable length
824
825 Variable-length automatic arrays are allowed in GNU C.  These arrays are
826 declared like any other automatic arrays, but with a length that is not
827 a constant expression.  The storage is allocated at the point of
828 declaration and deallocated when the brace-level is exited.  For
829 example:
830
831 @example
832 FILE *
833 concat_fopen (char *s1, char *s2, char *mode)
834 @{
835   char str[strlen (s1) + strlen (s2) + 1];
836   strcpy (str, s1);
837   strcat (str, s2);
838   return fopen (str, mode);
839 @}
840 @end example
841
842 @cindex scope of a variable length array
843 @cindex variable-length array scope
844 @cindex deallocating variable length arrays
845 Jumping or breaking out of the scope of the array name deallocates the
846 storage.  Jumping into the scope is not allowed; you get an error
847 message for it.
848
849 @cindex @code{alloca} vs variable-length arrays
850 You can use the function @code{alloca} to get an effect much like
851 variable-length arrays.  The function @code{alloca} is available in
852 many other C implementations (but not in all).  On the other hand,
853 variable-length arrays are more elegant.
854
855 There are other differences between these two methods.  Space allocated
856 with @code{alloca} exists until the containing @emph{function} returns.
857 The space for a variable-length array is deallocated as soon as the array
858 name's scope ends.  (If you use both variable-length arrays and
859 @code{alloca} in the same function, deallocation of a variable-length array
860 will also deallocate anything more recently allocated with @code{alloca}.)
861
862 You can also use variable-length arrays as arguments to functions:
863
864 @example
865 struct entry
866 tester (int len, char data[len][len])
867 @{
868   @dots{}
869 @}
870 @end example
871
872 The length of an array is computed once when the storage is allocated
873 and is remembered for the scope of the array in case you access it with
874 @code{sizeof}.
875
876 If you want to pass the array first and the length afterward, you can
877 use a forward declaration in the parameter list---another GNU extension.
878
879 @example
880 struct entry
881 tester (int len; char data[len][len], int len)
882 @{
883   @dots{}
884 @}
885 @end example
886
887 @cindex parameter forward declaration
888 The @samp{int len} before the semicolon is a @dfn{parameter forward
889 declaration}, and it serves the purpose of making the name @code{len}
890 known when the declaration of @code{data} is parsed.
891
892 You can write any number of such parameter forward declarations in the
893 parameter list.  They can be separated by commas or semicolons, but the
894 last one must end with a semicolon, which is followed by the ``real''
895 parameter declarations.  Each forward declaration must match a ``real''
896 declaration in parameter name and data type.
897
898 @node Macro Varargs
899 @section Macros with Variable Numbers of Arguments
900 @cindex variable number of arguments
901 @cindex macro with variable arguments
902 @cindex rest argument (in macro)
903
904 In GNU C, a macro can accept a variable number of arguments, much as a
905 function can.  The syntax for defining the macro looks much like that
906 used for a function.  Here is an example:
907
908 @example
909 #define eprintf(format, args...)  \
910  fprintf (stderr, format , ## args)
911 @end example
912
913 Here @code{args} is a @dfn{rest argument}: it takes in zero or more
914 arguments, as many as the call contains.  All of them plus the commas
915 between them form the value of @code{args}, which is substituted into
916 the macro body where @code{args} is used.  Thus, we have this expansion:
917
918 @example
919 eprintf ("%s:%d: ", input_file_name, line_number)
920 @expansion{}
921 fprintf (stderr, "%s:%d: " , input_file_name, line_number)
922 @end example
923
924 @noindent
925 Note that the comma after the string constant comes from the definition
926 of @code{eprintf}, whereas the last comma comes from the value of
927 @code{args}.
928
929 The reason for using @samp{##} is to handle the case when @code{args}
930 matches no arguments at all.  In this case, @code{args} has an empty
931 value.  In this case, the second comma in the definition becomes an
932 embarrassment: if it got through to the expansion of the macro, we would
933 get something like this:
934
935 @example
936 fprintf (stderr, "success!\n" , )
937 @end example
938
939 @noindent
940 which is invalid C syntax.  @samp{##} gets rid of the comma, so we get
941 the following instead:
942
943 @example
944 fprintf (stderr, "success!\n")
945 @end example
946
947 This is a special feature of the GNU C preprocessor: @samp{##} before a
948 rest argument that is empty discards the preceding sequence of
949 non-whitespace characters from the macro definition.  (If another macro
950 argument precedes, none of it is discarded.)
951
952 It might be better to discard the last preprocessor token instead of the
953 last preceding sequence of non-whitespace characters; in fact, we may
954 someday change this feature to do so.  We advise you to write the macro
955 definition so that the preceding sequence of non-whitespace characters
956 is just a single token, so that the meaning will not change if we change
957 the definition of this feature.
958
959 @node Subscripting
960 @section Non-Lvalue Arrays May Have Subscripts
961 @cindex subscripting
962 @cindex arrays, non-lvalue
963
964 @cindex subscripting and function values
965 Subscripting is allowed on arrays that are not lvalues, even though the
966 unary @samp{&} operator is not.  For example, this is valid in GNU C though
967 not valid in other C dialects:
968
969 @example
970 @group
971 struct foo @{int a[4];@};
972
973 struct foo f();
974
975 bar (int index)
976 @{
977   return f().a[index];
978 @}
979 @end group
980 @end example
981
982 @node Pointer Arith
983 @section Arithmetic on @code{void}- and Function-Pointers
984 @cindex void pointers, arithmetic
985 @cindex void, size of pointer to
986 @cindex function pointers, arithmetic
987 @cindex function, size of pointer to
988
989 In GNU C, addition and subtraction operations are supported on pointers to
990 @code{void} and on pointers to functions.  This is done by treating the
991 size of a @code{void} or of a function as 1.
992
993 A consequence of this is that @code{sizeof} is also allowed on @code{void}
994 and on function types, and returns 1.
995
996 The option @samp{-Wpointer-arith} requests a warning if these extensions
997 are used.
998
999 @node Initializers
1000 @section Non-Constant Initializers
1001 @cindex initializers, non-constant
1002 @cindex non-constant initializers
1003
1004 As in standard C++, the elements of an aggregate initializer for an
1005 automatic variable are not required to be constant expressions in GNU C.
1006 Here is an example of an initializer with run-time varying elements:
1007
1008 @example
1009 foo (float f, float g)
1010 @{
1011   float beat_freqs[2] = @{ f-g, f+g @};
1012   @dots{}
1013 @}
1014 @end example
1015
1016 @node Constructors
1017 @section Constructor Expressions
1018 @cindex constructor expressions
1019 @cindex initializations in expressions
1020 @cindex structures, constructor expression
1021 @cindex expressions, constructor
1022
1023 GNU C supports constructor expressions.  A constructor looks like
1024 a cast containing an initializer.  Its value is an object of the
1025 type specified in the cast, containing the elements specified in
1026 the initializer.
1027
1028 Usually, the specified type is a structure.  Assume that
1029 @code{struct foo} and @code{structure} are declared as shown:
1030
1031 @example
1032 struct foo @{int a; char b[2];@} structure;
1033 @end example
1034
1035 @noindent
1036 Here is an example of constructing a @code{struct foo} with a constructor:
1037
1038 @example
1039 structure = ((struct foo) @{x + y, 'a', 0@});
1040 @end example
1041
1042 @noindent
1043 This is equivalent to writing the following:
1044
1045 @example
1046 @{
1047   struct foo temp = @{x + y, 'a', 0@};
1048   structure = temp;
1049 @}
1050 @end example
1051
1052 You can also construct an array.  If all the elements of the constructor
1053 are (made up of) simple constant expressions, suitable for use in
1054 initializers, then the constructor is an lvalue and can be coerced to a
1055 pointer to its first element, as shown here:
1056
1057 @example
1058 char **foo = (char *[]) @{ "x", "y", "z" @};
1059 @end example
1060
1061 Array constructors whose elements are not simple constants are
1062 not very useful, because the constructor is not an lvalue.  There
1063 are only two valid ways to use it: to subscript it, or initialize
1064 an array variable with it.  The former is probably slower than a
1065 @code{switch} statement, while the latter does the same thing an
1066 ordinary C initializer would do.  Here is an example of
1067 subscripting an array constructor:
1068
1069 @example
1070 output = ((int[]) @{ 2, x, 28 @}) [input];
1071 @end example
1072
1073 Constructor expressions for scalar types and union types are is
1074 also allowed, but then the constructor expression is equivalent
1075 to a cast.
1076
1077 @node Labeled Elements
1078 @section Labeled Elements in Initializers
1079 @cindex initializers with labeled elements
1080 @cindex labeled elements in initializers
1081 @cindex case labels in initializers
1082
1083 Standard C requires the elements of an initializer to appear in a fixed
1084 order, the same as the order of the elements in the array or structure
1085 being initialized.
1086
1087 In GNU C you can give the elements in any order, specifying the array
1088 indices or structure field names they apply to.  This extension is not
1089 implemented in GNU C++.
1090
1091 To specify an array index, write @samp{[@var{index}]} or
1092 @samp{[@var{index}] =} before the element value.  For example,
1093
1094 @example
1095 int a[6] = @{ [4] 29, [2] = 15 @};
1096 @end example
1097
1098 @noindent
1099 is equivalent to
1100
1101 @example
1102 int a[6] = @{ 0, 0, 15, 0, 29, 0 @};
1103 @end example
1104
1105 @noindent
1106 The index values must be constant expressions, even if the array being
1107 initialized is automatic.
1108
1109 To initialize a range of elements to the same value, write
1110 @samp{[@var{first} ... @var{last}] = @var{value}}.  For example,
1111
1112 @example
1113 int widths[] = @{ [0 ... 9] = 1, [10 ... 99] = 2, [100] = 3 @};
1114 @end example
1115
1116 @noindent
1117 Note that the length of the array is the highest value specified
1118 plus one.
1119
1120 In a structure initializer, specify the name of a field to initialize
1121 with @samp{@var{fieldname}:} before the element value.  For example,
1122 given the following structure,
1123
1124 @example
1125 struct point @{ int x, y; @};
1126 @end example
1127
1128 @noindent
1129 the following initialization
1130
1131 @example
1132 struct point p = @{ y: yvalue, x: xvalue @};
1133 @end example
1134
1135 @noindent
1136 is equivalent to
1137
1138 @example
1139 struct point p = @{ xvalue, yvalue @};
1140 @end example
1141
1142 Another syntax which has the same meaning is @samp{.@var{fieldname} =}.,
1143 as shown here:
1144
1145 @example
1146 struct point p = @{ .y = yvalue, .x = xvalue @};
1147 @end example
1148
1149 You can also use an element label (with either the colon syntax or the
1150 period-equal syntax) when initializing a union, to specify which element
1151 of the union should be used.  For example,
1152
1153 @example
1154 union foo @{ int i; double d; @};
1155
1156 union foo f = @{ d: 4 @};
1157 @end example
1158
1159 @noindent
1160 will convert 4 to a @code{double} to store it in the union using
1161 the second element.  By contrast, casting 4 to type @code{union foo}
1162 would store it into the union as the integer @code{i}, since it is
1163 an integer.  (@xref{Cast to Union}.)
1164
1165 You can combine this technique of naming elements with ordinary C
1166 initialization of successive elements.  Each initializer element that
1167 does not have a label applies to the next consecutive element of the
1168 array or structure.  For example,
1169
1170 @example
1171 int a[6] = @{ [1] = v1, v2, [4] = v4 @};
1172 @end example
1173
1174 @noindent
1175 is equivalent to
1176
1177 @example
1178 int a[6] = @{ 0, v1, v2, 0, v4, 0 @};
1179 @end example
1180
1181 Labeling the elements of an array initializer is especially useful
1182 when the indices are characters or belong to an @code{enum} type.
1183 For example:
1184
1185 @example
1186 int whitespace[256]
1187   = @{ [' '] = 1, ['\t'] = 1, ['\h'] = 1,
1188       ['\f'] = 1, ['\n'] = 1, ['\r'] = 1 @};
1189 @end example
1190
1191 @node Case Ranges
1192 @section Case Ranges
1193 @cindex case ranges
1194 @cindex ranges in case statements
1195
1196 You can specify a range of consecutive values in a single @code{case} label,
1197 like this:
1198
1199 @example
1200 case @var{low} ... @var{high}:
1201 @end example
1202
1203 @noindent
1204 This has the same effect as the proper number of individual @code{case}
1205 labels, one for each integer value from @var{low} to @var{high}, inclusive.
1206
1207 This feature is especially useful for ranges of ASCII character codes:
1208
1209 @example
1210 case 'A' ... 'Z':
1211 @end example
1212
1213 @strong{Be careful:} Write spaces around the @code{...}, for otherwise
1214 it may be parsed wrong when you use it with integer values.  For example,
1215 write this:
1216
1217 @example
1218 case 1 ... 5:
1219 @end example
1220
1221 @noindent
1222 rather than this:
1223
1224 @example
1225 case 1...5:
1226 @end example
1227
1228 @node Cast to Union
1229 @section Cast to a Union Type
1230 @cindex cast to a union
1231 @cindex union, casting to a
1232
1233 A cast to union type is similar to other casts, except that the type
1234 specified is a union type.  You can specify the type either with
1235 @code{union @var{tag}} or with a typedef name.  A cast to union is actually
1236 a constructor though, not a cast, and hence does not yield an lvalue like
1237 normal casts.  (@xref{Constructors}.)
1238
1239 The types that may be cast to the union type are those of the members
1240 of the union.  Thus, given the following union and variables:
1241
1242 @example
1243 union foo @{ int i; double d; @};
1244 int x;
1245 double y;
1246 @end example
1247
1248 @noindent
1249 both @code{x} and @code{y} can be cast to type @code{union} foo.
1250
1251 Using the cast as the right-hand side of an assignment to a variable of
1252 union type is equivalent to storing in a member of the union:
1253
1254 @example
1255 union foo u;
1256 @dots{}
1257 u = (union foo) x  @equiv{}  u.i = x
1258 u = (union foo) y  @equiv{}  u.d = y
1259 @end example
1260
1261 You can also use the union cast as a function argument:
1262
1263 @example
1264 void hack (union foo);
1265 @dots{}
1266 hack ((union foo) x);
1267 @end example
1268
1269 @node Function Attributes
1270 @section Declaring Attributes of Functions
1271 @cindex function attributes
1272 @cindex declaring attributes of functions
1273 @cindex functions that never return
1274 @cindex functions that have no side effects
1275 @cindex functions in arbitrary sections
1276 @cindex @code{volatile} applied to function
1277 @cindex @code{const} applied to function
1278 @cindex functions with @code{printf}, @code{scanf} or @code{strftime} style arguments
1279 @cindex functions that are passed arguments in registers on the 386
1280 @cindex functions that pop the argument stack on the 386
1281 @cindex functions that do not pop the argument stack on the 386
1282
1283 In GNU C, you declare certain things about functions called in your program
1284 which help the compiler optimize function calls and check your code more
1285 carefully.
1286
1287 The keyword @code{__attribute__} allows you to specify special
1288 attributes when making a declaration.  This keyword is followed by an
1289 attribute specification inside double parentheses.  Nine attributes,
1290 @code{noreturn}, @code{const}, @code{format},
1291 @code{no_instrument_function}, @code{section},
1292 @code{constructor}, @code{destructor}, @code{unused} and @code{weak} are
1293 currently defined for functions.  Other attributes, including
1294 @code{section} are supported for variables declarations (@pxref{Variable
1295 Attributes}) and for types (@pxref{Type Attributes}).
1296
1297 You may also specify attributes with @samp{__} preceding and following
1298 each keyword.  This allows you to use them in header files without
1299 being concerned about a possible macro of the same name.  For example,
1300 you may use @code{__noreturn__} instead of @code{noreturn}.
1301
1302 @table @code
1303 @cindex @code{noreturn} function attribute
1304 @item noreturn
1305 A few standard library functions, such as @code{abort} and @code{exit},
1306 cannot return.  GNU CC knows this automatically.  Some programs define
1307 their own functions that never return.  You can declare them
1308 @code{noreturn} to tell the compiler this fact.  For example,
1309
1310 @smallexample
1311 void fatal () __attribute__ ((noreturn));
1312
1313 void
1314 fatal (@dots{})
1315 @{
1316   @dots{} /* @r{Print error message.} */ @dots{}
1317   exit (1);
1318 @}
1319 @end smallexample
1320
1321 The @code{noreturn} keyword tells the compiler to assume that
1322 @code{fatal} cannot return.  It can then optimize without regard to what
1323 would happen if @code{fatal} ever did return.  This makes slightly
1324 better code.  More importantly, it helps avoid spurious warnings of
1325 uninitialized variables.
1326
1327 Do not assume that registers saved by the calling function are
1328 restored before calling the @code{noreturn} function.
1329
1330 It does not make sense for a @code{noreturn} function to have a return
1331 type other than @code{void}.
1332
1333 The attribute @code{noreturn} is not implemented in GNU C versions
1334 earlier than 2.5.  An alternative way to declare that a function does
1335 not return, which works in the current version and in some older
1336 versions, is as follows:
1337
1338 @smallexample
1339 typedef void voidfn ();
1340
1341 volatile voidfn fatal;
1342 @end smallexample
1343
1344 @cindex @code{const} function attribute
1345 @item const
1346 Many functions do not examine any values except their arguments, and
1347 have no effects except the return value.  Such a function can be subject
1348 to common subexpression elimination and loop optimization just as an
1349 arithmetic operator would be.  These functions should be declared
1350 with the attribute @code{const}.  For example,
1351
1352 @smallexample
1353 int square (int) __attribute__ ((const));
1354 @end smallexample
1355
1356 @noindent
1357 says that the hypothetical function @code{square} is safe to call
1358 fewer times than the program says.
1359
1360 The attribute @code{const} is not implemented in GNU C versions earlier
1361 than 2.5.  An alternative way to declare that a function has no side
1362 effects, which works in the current version and in some older versions,
1363 is as follows:
1364
1365 @smallexample
1366 typedef int intfn ();
1367
1368 extern const intfn square;
1369 @end smallexample
1370
1371 This approach does not work in GNU C++ from 2.6.0 on, since the language
1372 specifies that the @samp{const} must be attached to the return value.
1373
1374 @cindex pointer arguments
1375 Note that a function that has pointer arguments and examines the data
1376 pointed to must @emph{not} be declared @code{const}.  Likewise, a
1377 function that calls a non-@code{const} function usually must not be
1378 @code{const}.  It does not make sense for a @code{const} function to
1379 return @code{void}.
1380
1381 @item format (@var{archetype}, @var{string-index}, @var{first-to-check})
1382 @cindex @code{format} function attribute
1383 The @code{format} attribute specifies that a function takes @code{printf},
1384 @code{scanf}, or @code{strftime} style arguments which should be type-checked
1385 against a format string.  For example, the declaration:
1386
1387 @smallexample
1388 extern int
1389 my_printf (void *my_object, const char *my_format, ...)
1390       __attribute__ ((format (printf, 2, 3)));
1391 @end smallexample
1392
1393 @noindent
1394 causes the compiler to check the arguments in calls to @code{my_printf}
1395 for consistency with the @code{printf} style format string argument
1396 @code{my_format}.
1397
1398 The parameter @var{archetype} determines how the format string is
1399 interpreted, and should be either @code{printf}, @code{scanf}, or
1400 @code{strftime}.  The
1401 parameter @var{string-index} specifies which argument is the format
1402 string argument (starting from 1), while @var{first-to-check} is the
1403 number of the first argument to check against the format string.  For
1404 functions where the arguments are not available to be checked (such as
1405 @code{vprintf}), specify the third parameter as zero.  In this case the
1406 compiler only checks the format string for consistency.
1407
1408 In the example above, the format string (@code{my_format}) is the second
1409 argument of the function @code{my_print}, and the arguments to check
1410 start with the third argument, so the correct parameters for the format
1411 attribute are 2 and 3.
1412
1413 The @code{format} attribute allows you to identify your own functions
1414 which take format strings as arguments, so that GNU CC can check the
1415 calls to these functions for errors.  The compiler always checks formats
1416 for the ANSI library functions @code{printf}, @code{fprintf},
1417 @code{sprintf}, @code{scanf}, @code{fscanf}, @code{sscanf}, @code{strftime},
1418 @code{vprintf}, @code{vfprintf} and @code{vsprintf} whenever such
1419 warnings are requested (using @samp{-Wformat}), so there is no need to
1420 modify the header file @file{stdio.h}.
1421
1422 @item format_arg (@var{string-index})
1423 @cindex @code{format_arg} function attribute
1424 The @code{format_arg} attribute specifies that a function takes
1425 @code{printf} or @code{scanf} style arguments, modifies it (for example,
1426 to translate it into another language), and passes it to a @code{printf}
1427 or @code{scanf} style function.  For example, the declaration:
1428
1429 @smallexample
1430 extern char *
1431 my_dgettext (char *my_domain, const char *my_format)
1432       __attribute__ ((format_arg (2)));
1433 @end smallexample
1434
1435 @noindent
1436 causes the compiler to check the arguments in calls to
1437 @code{my_dgettext} whose result is passed to a @code{printf},
1438 @code{scanf}, or @code{strftime} type function for consistency with the
1439 @code{printf} style format string argument @code{my_format}.
1440
1441 The parameter @var{string-index} specifies which argument is the format
1442 string argument (starting from 1).
1443
1444 The @code{format-arg} attribute allows you to identify your own
1445 functions which modify format strings, so that GNU CC can check the
1446 calls to @code{printf}, @code{scanf}, or @code{strftime} function whose
1447 operands are a call to one of your own function.  The compiler always
1448 treats @code{gettext}, @code{dgettext}, and @code{dcgettext} in this
1449 manner.
1450
1451 @item no_instrument_function
1452 @cindex @code{no_instrument_function} function attribute
1453 If @samp{-finstrument-functions} is given, profiling function calls will
1454 be generated at entry and exit of most user-compiled functions.
1455 Functions with this attribute will not be so instrumented.
1456
1457 @item section ("section-name")
1458 @cindex @code{section} function attribute
1459 Normally, the compiler places the code it generates in the @code{text} section.
1460 Sometimes, however, you need additional sections, or you need certain
1461 particular functions to appear in special sections.  The @code{section}
1462 attribute specifies that a function lives in a particular section.
1463 For example, the declaration:
1464
1465 @smallexample
1466 extern void foobar (void) __attribute__ ((section ("bar")));
1467 @end smallexample
1468
1469 @noindent
1470 puts the function @code{foobar} in the @code{bar} section.
1471
1472 Some file formats do not support arbitrary sections so the @code{section}
1473 attribute is not available on all platforms.
1474 If you need to map the entire contents of a module to a particular
1475 section, consider using the facilities of the linker instead.
1476
1477 @item constructor
1478 @itemx destructor
1479 @cindex @code{constructor} function attribute
1480 @cindex @code{destructor} function attribute
1481 The @code{constructor} attribute causes the function to be called
1482 automatically before execution enters @code{main ()}.  Similarly, the
1483 @code{destructor} attribute causes the function to be called
1484 automatically after @code{main ()} has completed or @code{exit ()} has
1485 been called.  Functions with these attributes are useful for
1486 initializing data that will be used implicitly during the execution of
1487 the program.
1488
1489 These attributes are not currently implemented for Objective C.
1490
1491 @item unused
1492 This attribute, attached to a function, means that the function is meant
1493 to be possibly unused.  GNU CC will not produce a warning for this
1494 function.  GNU C++ does not currently support this attribute as
1495 definitions without parameters are valid in C++.
1496
1497 @item weak
1498 @cindex @code{weak} attribute
1499 The @code{weak} attribute causes the declaration to be emitted as a weak
1500 symbol rather than a global.  This is primarily useful in defining
1501 library functions which can be overridden in user code, though it can
1502 also be used with non-function declarations.  Weak symbols are supported
1503 for ELF targets, and also for a.out targets when using the GNU assembler
1504 and linker.
1505
1506 @item alias ("target")
1507 @cindex @code{alias} attribute
1508 The @code{alias} attribute causes the declaration to be emitted as an
1509 alias for another symbol, which must be specified.  For instance,
1510
1511 @smallexample
1512 void __f () @{ /* do something */; @}
1513 void f () __attribute__ ((weak, alias ("__f")));
1514 @end smallexample
1515
1516 declares @samp{f} to be a weak alias for @samp{__f}.  In C++, the
1517 mangled name for the target must be used.
1518
1519 Not all target machines support this attribute.
1520
1521 @item regparm (@var{number})
1522 @cindex functions that are passed arguments in registers on the 386
1523 On the Intel 386, the @code{regparm} attribute causes the compiler to
1524 pass up to @var{number} integer arguments in registers @var{EAX},
1525 @var{EDX}, and @var{ECX} instead of on the stack.  Functions that take a
1526 variable number of arguments will continue to be passed all of their
1527 arguments on the stack.
1528
1529 @item stdcall
1530 @cindex functions that pop the argument stack on the 386
1531 On the Intel 386, the @code{stdcall} attribute causes the compiler to
1532 assume that the called function will pop off the stack space used to
1533 pass arguments, unless it takes a variable number of arguments.
1534
1535 The PowerPC compiler for Windows NT currently ignores the @code{stdcall}
1536 attribute.
1537
1538 @item cdecl
1539 @cindex functions that do pop the argument stack on the 386
1540 On the Intel 386, the @code{cdecl} attribute causes the compiler to
1541 assume that the calling function will pop off the stack space used to
1542 pass arguments.  This is
1543 useful to override the effects of the @samp{-mrtd} switch.
1544
1545 The PowerPC compiler for Windows NT currently ignores the @code{cdecl}
1546 attribute.
1547
1548 @item longcall
1549 @cindex functions called via pointer on the RS/6000 and PowerPC
1550 On the RS/6000 and PowerPC, the @code{longcall} attribute causes the
1551 compiler to always call the function via a pointer, so that functions
1552 which reside further than 64 megabytes (67,108,864 bytes) from the
1553 current location can be called.
1554
1555 @item dllimport
1556 @cindex functions which are imported from a dll on PowerPC Windows NT
1557 On the PowerPC running Windows NT, the @code{dllimport} attribute causes
1558 the compiler to call the function via a global pointer to the function
1559 pointer that is set up by the Windows NT dll library.  The pointer name
1560 is formed by combining @code{__imp_} and the function name.
1561
1562 @item dllexport
1563 @cindex functions which are exported from a dll on PowerPC Windows NT
1564 On the PowerPC running Windows NT, the @code{dllexport} attribute causes
1565 the compiler to provide a global pointer to the function pointer, so
1566 that it can be called with the @code{dllimport} attribute.  The pointer
1567 name is formed by combining @code{__imp_} and the function name.
1568
1569 @item exception (@var{except-func} [, @var{except-arg}])
1570 @cindex functions which specify exception handling on PowerPC Windows NT
1571 On the PowerPC running Windows NT, the @code{exception} attribute causes
1572 the compiler to modify the structured exception table entry it emits for
1573 the declared function.  The string or identifier @var{except-func} is
1574 placed in the third entry of the structured exception table.  It
1575 represents a function, which is called by the exception handling
1576 mechanism if an exception occurs.  If it was specified, the string or
1577 identifier @var{except-arg} is placed in the fourth entry of the
1578 structured exception table.
1579
1580 @item function_vector
1581 @cindex calling functions through the function vector on the H8/300 processors
1582 Use this option on the H8/300 and H8/300H to indicate that the specified
1583 function should be called through the function vector.  Calling a
1584 function through the function vector will reduce code size, however;
1585 the function vector has a limited size (maximum 128 entries on the H8/300
1586 and 64 entries on the H8/300H) and shares space with the interrupt vector.
1587
1588 You must use GAS and GLD from GNU binutils version 2.7 or later for
1589 this option to work correctly.
1590
1591 @item interrupt_handler
1592 @cindex interrupt handler functions on the H8/300 processors
1593 Use this option on the H8/300 and H8/300H to indicate that the specified
1594 function is an interrupt handler.  The compiler will generate function
1595 entry and exit sequences suitable for use in an interrupt handler when this
1596 attribute is present.
1597
1598 @item eightbit_data
1599 @cindex eight bit data on the H8/300 and H8/300H
1600 Use this option on the H8/300 and H8/300H to indicate that the specified
1601 variable should be placed into the eight bit data section.
1602 The compiler will generate more efficient code for certain operations
1603 on data in the eight bit data area.  Note the eight bit data area is limited to
1604 256 bytes of data.
1605
1606 You must use GAS and GLD from GNU binutils version 2.7 or later for
1607 this option to work correctly.
1608
1609 @item tiny_data
1610 @cindex tiny data section on the H8/300H
1611 Use this option on the H8/300H to indicate that the specified
1612 variable should be placed into the tiny data section.
1613 The compiler will generate more efficient code for loads and stores
1614 on data in the tiny data section.  Note the tiny data area is limited to
1615 slightly under 32kbytes of data.
1616
1617 @item interrupt
1618 @cindex interrupt handlers on the M32R/D
1619 Use this option on the M32R/D to indicate that the specified
1620 function is an interrupt handler.  The compiler will generate function
1621 entry and exit sequences suitable for use in an interrupt handler when this
1622 attribute is present.
1623
1624 @item model (@var{model-name})
1625 @cindex function addressability on the M32R/D
1626 Use this attribute on the M32R/D to set the addressability of an object,
1627 and the code generated for a function.
1628 The identifier @var{model-name} is one of @code{small}, @code{medium},
1629 or @code{large}, representing each of the code models.
1630
1631 Small model objects live in the lower 16MB of memory (so that their
1632 addresses can be loaded with the @code{ld24} instruction), and are
1633 callable with the @code{bl} instruction.
1634
1635 Medium model objects may live anywhere in the 32 bit address space (the
1636 compiler will generate @code{seth/add3} instructions to load their addresses),
1637 and are callable with the @code{bl} instruction.
1638
1639 Large model objects may live anywhere in the 32 bit address space (the
1640 compiler will generate @code{seth/add3} instructions to load their addresses),
1641 and may not be reachable with the @code{bl} instruction (the compiler will
1642 generate the much slower @code{seth/add3/jl} instruction sequence).
1643
1644 @end table
1645
1646 You can specify multiple attributes in a declaration by separating them
1647 by commas within the double parentheses or by immediately following an
1648 attribute declaration with another attribute declaration.
1649
1650 @cindex @code{#pragma}, reason for not using
1651 @cindex pragma, reason for not using
1652 Some people object to the @code{__attribute__} feature, suggesting that ANSI C's
1653 @code{#pragma} should be used instead.  There are two reasons for not
1654 doing this.
1655
1656 @enumerate
1657 @item
1658 It is impossible to generate @code{#pragma} commands from a macro.
1659
1660 @item
1661 There is no telling what the same @code{#pragma} might mean in another
1662 compiler.
1663 @end enumerate
1664
1665 These two reasons apply to almost any application that might be proposed
1666 for @code{#pragma}.  It is basically a mistake to use @code{#pragma} for
1667 @emph{anything}.
1668
1669 @node Function Prototypes
1670 @section Prototypes and Old-Style Function Definitions
1671 @cindex function prototype declarations
1672 @cindex old-style function definitions
1673 @cindex promotion of formal parameters
1674
1675 GNU C extends ANSI C to allow a function prototype to override a later
1676 old-style non-prototype definition.  Consider the following example:
1677
1678 @example
1679 /* @r{Use prototypes unless the compiler is old-fashioned.}  */
1680 #ifdef __STDC__
1681 #define P(x) x
1682 #else
1683 #define P(x) ()
1684 #endif
1685
1686 /* @r{Prototype function declaration.}  */
1687 int isroot P((uid_t));
1688
1689 /* @r{Old-style function definition.}  */
1690 int
1691 isroot (x)   /* ??? lossage here ??? */
1692      uid_t x;
1693 @{
1694   return x == 0;
1695 @}
1696 @end example
1697
1698 Suppose the type @code{uid_t} happens to be @code{short}.  ANSI C does
1699 not allow this example, because subword arguments in old-style
1700 non-prototype definitions are promoted.  Therefore in this example the
1701 function definition's argument is really an @code{int}, which does not
1702 match the prototype argument type of @code{short}.
1703
1704 This restriction of ANSI C makes it hard to write code that is portable
1705 to traditional C compilers, because the programmer does not know
1706 whether the @code{uid_t} type is @code{short}, @code{int}, or
1707 @code{long}.  Therefore, in cases like these GNU C allows a prototype
1708 to override a later old-style definition.  More precisely, in GNU C, a
1709 function prototype argument type overrides the argument type specified
1710 by a later old-style definition if the former type is the same as the
1711 latter type before promotion.  Thus in GNU C the above example is
1712 equivalent to the following:
1713
1714 @example
1715 int isroot (uid_t);
1716
1717 int
1718 isroot (uid_t x)
1719 @{
1720   return x == 0;
1721 @}
1722 @end example
1723
1724 GNU C++ does not support old-style function definitions, so this
1725 extension is irrelevant.
1726
1727 @node C++ Comments
1728 @section C++ Style Comments
1729 @cindex //
1730 @cindex C++ comments
1731 @cindex comments, C++ style
1732
1733 In GNU C, you may use C++ style comments, which start with @samp{//} and
1734 continue until the end of the line.  Many other C implementations allow
1735 such comments, and they are likely to be in a future C standard.
1736 However, C++ style comments are not recognized if you specify
1737 @w{@samp{-ansi}} or @w{@samp{-traditional}}, since they are incompatible
1738 with traditional constructs like @code{dividend//*comment*/divisor}.
1739
1740 @node Dollar Signs
1741 @section Dollar Signs in Identifier Names
1742 @cindex $
1743 @cindex dollar signs in identifier names
1744 @cindex identifier names, dollar signs in
1745
1746 In GNU C, you may normally use dollar signs in identifier names.
1747 This is because many traditional C implementations allow such identifiers.
1748 However, dollar signs in identifiers are not supported on a few target
1749 machines, typically because the target assembler does not allow them.
1750
1751 @node Character Escapes
1752 @section The Character @key{ESC} in Constants
1753
1754 You can use the sequence @samp{\e} in a string or character constant to
1755 stand for the ASCII character @key{ESC}.
1756
1757 @node Alignment
1758 @section Inquiring on Alignment of Types or Variables
1759 @cindex alignment
1760 @cindex type alignment
1761 @cindex variable alignment
1762
1763 The keyword @code{__alignof__} allows you to inquire about how an object
1764 is aligned, or the minimum alignment usually required by a type.  Its
1765 syntax is just like @code{sizeof}.
1766
1767 For example, if the target machine requires a @code{double} value to be
1768 aligned on an 8-byte boundary, then @code{__alignof__ (double)} is 8.
1769 This is true on many RISC machines.  On more traditional machine
1770 designs, @code{__alignof__ (double)} is 4 or even 2.
1771
1772 Some machines never actually require alignment; they allow reference to any
1773 data type even at an odd addresses.  For these machines, @code{__alignof__}
1774 reports the @emph{recommended} alignment of a type.
1775
1776 When the operand of @code{__alignof__} is an lvalue rather than a type, the
1777 value is the largest alignment that the lvalue is known to have.  It may
1778 have this alignment as a result of its data type, or because it is part of
1779 a structure and inherits alignment from that structure.  For example, after
1780 this declaration:
1781
1782 @example
1783 struct foo @{ int x; char y; @} foo1;
1784 @end example
1785
1786 @noindent
1787 the value of @code{__alignof__ (foo1.y)} is probably 2 or 4, the same as
1788 @code{__alignof__ (int)}, even though the data type of @code{foo1.y}
1789 does not itself demand any alignment.@refill
1790
1791 A related feature which lets you specify the alignment of an object is
1792 @code{__attribute__ ((aligned (@var{alignment})))}; see the following
1793 section.
1794
1795 @node Variable Attributes
1796 @section Specifying Attributes of Variables
1797 @cindex attribute of variables
1798 @cindex variable attributes
1799
1800 The keyword @code{__attribute__} allows you to specify special
1801 attributes of variables or structure fields.  This keyword is followed
1802 by an attribute specification inside double parentheses.  Eight
1803 attributes are currently defined for variables: @code{aligned},
1804 @code{mode}, @code{nocommon}, @code{packed}, @code{section},
1805 @code{transparent_union}, @code{unused}, and @code{weak}.  Other
1806 attributes are available for functions (@pxref{Function Attributes}) and
1807 for types (@pxref{Type Attributes}).
1808
1809 You may also specify attributes with @samp{__} preceding and following
1810 each keyword.  This allows you to use them in header files without
1811 being concerned about a possible macro of the same name.  For example,
1812 you may use @code{__aligned__} instead of @code{aligned}.
1813
1814 @table @code
1815 @cindex @code{aligned} attribute
1816 @item aligned (@var{alignment})
1817 This attribute specifies a minimum alignment for the variable or
1818 structure field, measured in bytes.  For example, the declaration:
1819
1820 @smallexample
1821 int x __attribute__ ((aligned (16))) = 0;
1822 @end smallexample
1823
1824 @noindent
1825 causes the compiler to allocate the global variable @code{x} on a
1826 16-byte boundary.  On a 68040, this could be used in conjunction with
1827 an @code{asm} expression to access the @code{move16} instruction which
1828 requires 16-byte aligned operands.
1829
1830 You can also specify the alignment of structure fields.  For example, to
1831 create a double-word aligned @code{int} pair, you could write:
1832
1833 @smallexample
1834 struct foo @{ int x[2] __attribute__ ((aligned (8))); @};
1835 @end smallexample
1836
1837 @noindent
1838 This is an alternative to creating a union with a @code{double} member
1839 that forces the union to be double-word aligned.
1840
1841 It is not possible to specify the alignment of functions; the alignment
1842 of functions is determined by the machine's requirements and cannot be
1843 changed.  You cannot specify alignment for a typedef name because such a
1844 name is just an alias, not a distinct type.
1845
1846 As in the preceding examples, you can explicitly specify the alignment
1847 (in bytes) that you wish the compiler to use for a given variable or
1848 structure field.  Alternatively, you can leave out the alignment factor
1849 and just ask the compiler to align a variable or field to the maximum
1850 useful alignment for the target machine you are compiling for.  For
1851 example, you could write:
1852
1853 @smallexample
1854 short array[3] __attribute__ ((aligned));
1855 @end smallexample
1856
1857 Whenever you leave out the alignment factor in an @code{aligned} attribute
1858 specification, the compiler automatically sets the alignment for the declared
1859 variable or field to the largest alignment which is ever used for any data
1860 type on the target machine you are compiling for.  Doing this can often make
1861 copy operations more efficient, because the compiler can use whatever
1862 instructions copy the biggest chunks of memory when performing copies to
1863 or from the variables or fields that you have aligned this way.
1864
1865 The @code{aligned} attribute can only increase the alignment; but you
1866 can decrease it by specifying @code{packed} as well.  See below.
1867
1868 Note that the effectiveness of @code{aligned} attributes may be limited
1869 by inherent limitations in your linker.  On many systems, the linker is
1870 only able to arrange for variables to be aligned up to a certain maximum
1871 alignment.  (For some linkers, the maximum supported alignment may
1872 be very very small.)  If your linker is only able to align variables
1873 up to a maximum of 8 byte alignment, then specifying @code{aligned(16)}
1874 in an @code{__attribute__} will still only provide you with 8 byte
1875 alignment.  See your linker documentation for further information.
1876
1877 @item mode (@var{mode})
1878 @cindex @code{mode} attribute
1879 This attribute specifies the data type for the declaration---whichever
1880 type corresponds to the mode @var{mode}.  This in effect lets you
1881 request an integer or floating point type according to its width.
1882
1883 You may also specify a mode of @samp{byte} or @samp{__byte__} to
1884 indicate the mode corresponding to a one-byte integer, @samp{word} or
1885 @samp{__word__} for the mode of a one-word integer, and @samp{pointer}
1886 or @samp{__pointer__} for the mode used to represent pointers.
1887
1888 @item nocommon
1889 @cindex @code{nocommon} attribute
1890 This attribute specifies requests GNU CC not to place a variable
1891 ``common'' but instead to allocate space for it directly.  If you
1892 specify the @samp{-fno-common} flag, GNU CC will do this for all
1893 variables.
1894
1895 Specifying the @code{nocommon} attribute for a variable provides an
1896 initialization of zeros.  A variable may only be initialized in one
1897 source file.
1898
1899 @item packed
1900 @cindex @code{packed} attribute
1901 The @code{packed} attribute specifies that a variable or structure field
1902 should have the smallest possible alignment---one byte for a variable,
1903 and one bit for a field, unless you specify a larger value with the
1904 @code{aligned} attribute.
1905
1906 Here is a structure in which the field @code{x} is packed, so that it
1907 immediately follows @code{a}:
1908
1909 @example
1910 struct foo
1911 @{
1912   char a;
1913   int x[2] __attribute__ ((packed));
1914 @};
1915 @end example
1916
1917 @item section ("section-name")
1918 @cindex @code{section} variable attribute
1919 Normally, the compiler places the objects it generates in sections like
1920 @code{data} and @code{bss}.  Sometimes, however, you need additional sections,
1921 or you need certain particular variables to appear in special sections,
1922 for example to map to special hardware.  The @code{section}
1923 attribute specifies that a variable (or function) lives in a particular
1924 section.  For example, this small program uses several specific section names:
1925
1926 @smallexample
1927 struct duart a __attribute__ ((section ("DUART_A"))) = @{ 0 @};
1928 struct duart b __attribute__ ((section ("DUART_B"))) = @{ 0 @};
1929 char stack[10000] __attribute__ ((section ("STACK"))) = @{ 0 @};
1930 int init_data __attribute__ ((section ("INITDATA"))) = 0;
1931
1932 main()
1933 @{
1934   /* Initialize stack pointer */
1935   init_sp (stack + sizeof (stack));
1936
1937   /* Initialize initialized data */
1938   memcpy (&init_data, &data, &edata - &data);
1939
1940   /* Turn on the serial ports */
1941   init_duart (&a);
1942   init_duart (&b);
1943 @}
1944 @end smallexample
1945
1946 @noindent
1947 Use the @code{section} attribute with an @emph{initialized} definition
1948 of a @emph{global} variable, as shown in the example.  GNU CC issues
1949 a warning and otherwise ignores the @code{section} attribute in
1950 uninitialized variable declarations.
1951
1952 You may only use the @code{section} attribute with a fully initialized
1953 global definition because of the way linkers work.  The linker requires
1954 each object be defined once, with the exception that uninitialized
1955 variables tentatively go in the @code{common} (or @code{bss}) section
1956 and can be multiply "defined".  You can force a variable to be
1957 initialized with the @samp{-fno-common} flag or the @code{nocommon}
1958 attribute.
1959
1960 Some file formats do not support arbitrary sections so the @code{section}
1961 attribute is not available on all platforms.
1962 If you need to map the entire contents of a module to a particular
1963 section, consider using the facilities of the linker instead.
1964
1965 @item transparent_union
1966 This attribute, attached to a function parameter which is a union, means
1967 that the corresponding argument may have the type of any union member,
1968 but the argument is passed as if its type were that of the first union
1969 member.  For more details see @xref{Type Attributes}.  You can also use
1970 this attribute on a @code{typedef} for a union data type; then it
1971 applies to all function parameters with that type.
1972
1973 @item unused
1974 This attribute, attached to a variable, means that the variable is meant
1975 to be possibly unused.  GNU CC will not produce a warning for this
1976 variable.
1977
1978 @item weak
1979 The @code{weak} attribute is described in @xref{Function Attributes}.
1980
1981 @item model (@var{model-name})
1982 @cindex variable addressability on the M32R/D
1983 Use this attribute on the M32R/D to set the addressability of an object.
1984 The identifier @var{model-name} is one of @code{small}, @code{medium},
1985 or @code{large}, representing each of the code models.
1986
1987 Small model objects live in the lower 16MB of memory (so that their
1988 addresses can be loaded with the @code{ld24} instruction).
1989
1990 Medium and large model objects may live anywhere in the 32 bit address space
1991 (the compiler will generate @code{seth/add3} instructions to load their
1992 addresses).
1993
1994 @end table
1995
1996 To specify multiple attributes, separate them by commas within the
1997 double parentheses: for example, @samp{__attribute__ ((aligned (16),
1998 packed))}.
1999
2000 @node Type Attributes
2001 @section Specifying Attributes of Types
2002 @cindex attribute of types
2003 @cindex type attributes
2004
2005 The keyword @code{__attribute__} allows you to specify special
2006 attributes of @code{struct} and @code{union} types when you define such
2007 types.  This keyword is followed by an attribute specification inside
2008 double parentheses.  Three attributes are currently defined for types:
2009 @code{aligned}, @code{packed}, and @code{transparent_union}.  Other
2010 attributes are defined for functions (@pxref{Function Attributes}) and
2011 for variables (@pxref{Variable Attributes}).
2012
2013 You may also specify any one of these attributes with @samp{__}
2014 preceding and following its keyword.  This allows you to use these
2015 attributes in header files without being concerned about a possible
2016 macro of the same name.  For example, you may use @code{__aligned__}
2017 instead of @code{aligned}.
2018
2019 You may specify the @code{aligned} and @code{transparent_union}
2020 attributes either in a @code{typedef} declaration or just past the
2021 closing curly brace of a complete enum, struct or union type
2022 @emph{definition} and the @code{packed} attribute only past the closing
2023 brace of a definition.
2024
2025 You may also specify attributes between the enum, struct or union
2026 tag and the name of the type rather than after the closing brace.
2027
2028 @table @code
2029 @cindex @code{aligned} attribute
2030 @item aligned (@var{alignment})
2031 This attribute specifies a minimum alignment (in bytes) for variables
2032 of the specified type.  For example, the declarations:
2033
2034 @smallexample
2035 struct S @{ short f[3]; @} __attribute__ ((aligned (8)));
2036 typedef int more_aligned_int __attribute__ ((aligned (8)));
2037 @end smallexample
2038
2039 @noindent
2040 force the compiler to insure (as far as it can) that each variable whose
2041 type is @code{struct S} or @code{more_aligned_int} will be allocated and
2042 aligned @emph{at least} on a 8-byte boundary.  On a Sparc, having all
2043 variables of type @code{struct S} aligned to 8-byte boundaries allows
2044 the compiler to use the @code{ldd} and @code{std} (doubleword load and
2045 store) instructions when copying one variable of type @code{struct S} to
2046 another, thus improving run-time efficiency.
2047
2048 Note that the alignment of any given @code{struct} or @code{union} type
2049 is required by the ANSI C standard to be at least a perfect multiple of
2050 the lowest common multiple of the alignments of all of the members of
2051 the @code{struct} or @code{union} in question.  This means that you @emph{can}
2052 effectively adjust the alignment of a @code{struct} or @code{union}
2053 type by attaching an @code{aligned} attribute to any one of the members
2054 of such a type, but the notation illustrated in the example above is a
2055 more obvious, intuitive, and readable way to request the compiler to
2056 adjust the alignment of an entire @code{struct} or @code{union} type.
2057
2058 As in the preceding example, you can explicitly specify the alignment
2059 (in bytes) that you wish the compiler to use for a given @code{struct}
2060 or @code{union} type.  Alternatively, you can leave out the alignment factor
2061 and just ask the compiler to align a type to the maximum
2062 useful alignment for the target machine you are compiling for.  For
2063 example, you could write:
2064
2065 @smallexample
2066 struct S @{ short f[3]; @} __attribute__ ((aligned));
2067 @end smallexample
2068
2069 Whenever you leave out the alignment factor in an @code{aligned}
2070 attribute specification, the compiler automatically sets the alignment
2071 for the type to the largest alignment which is ever used for any data
2072 type on the target machine you are compiling for.  Doing this can often
2073 make copy operations more efficient, because the compiler can use
2074 whatever instructions copy the biggest chunks of memory when performing
2075 copies to or from the variables which have types that you have aligned
2076 this way.
2077
2078 In the example above, if the size of each @code{short} is 2 bytes, then
2079 the size of the entire @code{struct S} type is 6 bytes.  The smallest
2080 power of two which is greater than or equal to that is 8, so the
2081 compiler sets the alignment for the entire @code{struct S} type to 8
2082 bytes.
2083
2084 Note that although you can ask the compiler to select a time-efficient
2085 alignment for a given type and then declare only individual stand-alone
2086 objects of that type, the compiler's ability to select a time-efficient
2087 alignment is primarily useful only when you plan to create arrays of
2088 variables having the relevant (efficiently aligned) type.  If you
2089 declare or use arrays of variables of an efficiently-aligned type, then
2090 it is likely that your program will also be doing pointer arithmetic (or
2091 subscripting, which amounts to the same thing) on pointers to the
2092 relevant type, and the code that the compiler generates for these
2093 pointer arithmetic operations will often be more efficient for
2094 efficiently-aligned types than for other types.
2095
2096 The @code{aligned} attribute can only increase the alignment; but you
2097 can decrease it by specifying @code{packed} as well.  See below.
2098
2099 Note that the effectiveness of @code{aligned} attributes may be limited
2100 by inherent limitations in your linker.  On many systems, the linker is
2101 only able to arrange for variables to be aligned up to a certain maximum
2102 alignment.  (For some linkers, the maximum supported alignment may
2103 be very very small.)  If your linker is only able to align variables
2104 up to a maximum of 8 byte alignment, then specifying @code{aligned(16)}
2105 in an @code{__attribute__} will still only provide you with 8 byte
2106 alignment.  See your linker documentation for further information.
2107
2108 @item packed
2109 This attribute, attached to an @code{enum}, @code{struct}, or
2110 @code{union} type definition, specified that the minimum required memory
2111 be used to represent the type.
2112
2113 Specifying this attribute for @code{struct} and @code{union} types is
2114 equivalent to specifying the @code{packed} attribute on each of the
2115 structure or union members.  Specifying the @samp{-fshort-enums}
2116 flag on the line is equivalent to specifying the @code{packed}
2117 attribute on all @code{enum} definitions.
2118
2119 You may only specify this attribute after a closing curly brace on an
2120 @code{enum} definition, not in a @code{typedef} declaration, unless that
2121 declaration also contains the definition of the @code{enum}.
2122
2123 @item transparent_union
2124 This attribute, attached to a @code{union} type definition, indicates
2125 that any function parameter having that union type causes calls to that
2126 function to be treated in a special way.
2127
2128 First, the argument corresponding to a transparent union type can be of
2129 any type in the union; no cast is required.  Also, if the union contains
2130 a pointer type, the corresponding argument can be a null pointer
2131 constant or a void pointer expression; and if the union contains a void
2132 pointer type, the corresponding argument can be any pointer expression.
2133 If the union member type is a pointer, qualifiers like @code{const} on
2134 the referenced type must be respected, just as with normal pointer
2135 conversions.
2136
2137 Second, the argument is passed to the function using the calling
2138 conventions of first member of the transparent union, not the calling
2139 conventions of the union itself.  All members of the union must have the
2140 same machine representation; this is necessary for this argument passing
2141 to work properly.
2142
2143 Transparent unions are designed for library functions that have multiple
2144 interfaces for compatibility reasons.  For example, suppose the
2145 @code{wait} function must accept either a value of type @code{int *} to
2146 comply with Posix, or a value of type @code{union wait *} to comply with
2147 the 4.1BSD interface.  If @code{wait}'s parameter were @code{void *},
2148 @code{wait} would accept both kinds of arguments, but it would also
2149 accept any other pointer type and this would make argument type checking
2150 less useful.  Instead, @code{<sys/wait.h>} might define the interface
2151 as follows:
2152
2153 @smallexample
2154 typedef union
2155   @{
2156     int *__ip;
2157     union wait *__up;
2158   @} wait_status_ptr_t __attribute__ ((__transparent_union__));
2159
2160 pid_t wait (wait_status_ptr_t);
2161 @end smallexample
2162
2163 This interface allows either @code{int *} or @code{union wait *}
2164 arguments to be passed, using the @code{int *} calling convention.
2165 The program can call @code{wait} with arguments of either type:
2166
2167 @example
2168 int w1 () @{ int w; return wait (&w); @}
2169 int w2 () @{ union wait w; return wait (&w); @}
2170 @end example
2171
2172 With this interface, @code{wait}'s implementation might look like this:
2173
2174 @example
2175 pid_t wait (wait_status_ptr_t p)
2176 @{
2177   return waitpid (-1, p.__ip, 0);
2178 @}
2179 @end example
2180
2181 @item unused
2182 When attached to a type (including a @code{union} or a @code{struct}),
2183 this attribute means that variables of that type are meant to appear
2184 possibly unused.  GNU CC will not produce a warning for any variables of
2185 that type, even if the variable appears to do nothing.  This is often
2186 the case with lock or thread classes, which are usually defined and then
2187 not referenced, but contain constructors and destructors that have
2188 nontrivial bookkeeping functions.
2189
2190 @end table
2191
2192 To specify multiple attributes, separate them by commas within the
2193 double parentheses: for example, @samp{__attribute__ ((aligned (16),
2194 packed))}.
2195
2196 @node Inline
2197 @section An Inline Function is As Fast As a Macro
2198 @cindex inline functions
2199 @cindex integrating function code
2200 @cindex open coding
2201 @cindex macros, inline alternative
2202
2203 By declaring a function @code{inline}, you can direct GNU CC to
2204 integrate that function's code into the code for its callers.  This
2205 makes execution faster by eliminating the function-call overhead; in
2206 addition, if any of the actual argument values are constant, their known
2207 values may permit simplifications at compile time so that not all of the
2208 inline function's code needs to be included.  The effect on code size is
2209 less predictable; object code may be larger or smaller with function
2210 inlining, depending on the particular case.  Inlining of functions is an
2211 optimization and it really ``works'' only in optimizing compilation.  If
2212 you don't use @samp{-O}, no function is really inline.
2213
2214 To declare a function inline, use the @code{inline} keyword in its
2215 declaration, like this:
2216
2217 @example
2218 inline int
2219 inc (int *a)
2220 @{
2221   (*a)++;
2222 @}
2223 @end example
2224
2225 (If you are writing a header file to be included in ANSI C programs, write
2226 @code{__inline__} instead of @code{inline}.  @xref{Alternate Keywords}.)
2227
2228 You can also make all ``simple enough'' functions inline with the option
2229 @samp{-finline-functions}.  Note that certain usages in a function
2230 definition can make it unsuitable for inline substitution.
2231
2232 Note that in C and Objective C, unlike C++, the @code{inline} keyword
2233 does not affect the linkage of the function.
2234
2235 @cindex automatic @code{inline} for C++ member fns
2236 @cindex @code{inline} automatic for C++ member fns
2237 @cindex member fns, automatically @code{inline}
2238 @cindex C++ member fns, automatically @code{inline}
2239 GNU CC automatically inlines member functions defined within the class
2240 body of C++ programs even if they are not explicitly declared
2241 @code{inline}.  (You can override this with @samp{-fno-default-inline};
2242 @pxref{C++ Dialect Options,,Options Controlling C++ Dialect}.)
2243
2244 @cindex inline functions, omission of
2245 When a function is both inline and @code{static}, if all calls to the
2246 function are integrated into the caller, and the function's address is
2247 never used, then the function's own assembler code is never referenced.
2248 In this case, GNU CC does not actually output assembler code for the
2249 function, unless you specify the option @samp{-fkeep-inline-functions}.
2250 Some calls cannot be integrated for various reasons (in particular,
2251 calls that precede the function's definition cannot be integrated, and
2252 neither can recursive calls within the definition).  If there is a
2253 nonintegrated call, then the function is compiled to assembler code as
2254 usual.  The function must also be compiled as usual if the program
2255 refers to its address, because that can't be inlined.
2256
2257 @cindex non-static inline function
2258 When an inline function is not @code{static}, then the compiler must assume
2259 that there may be calls from other source files; since a global symbol can
2260 be defined only once in any program, the function must not be defined in
2261 the other source files, so the calls therein cannot be integrated.
2262 Therefore, a non-@code{static} inline function is always compiled on its
2263 own in the usual fashion.
2264
2265 If you specify both @code{inline} and @code{extern} in the function
2266 definition, then the definition is used only for inlining.  In no case
2267 is the function compiled on its own, not even if you refer to its
2268 address explicitly.  Such an address becomes an external reference, as
2269 if you had only declared the function, and had not defined it.
2270
2271 This combination of @code{inline} and @code{extern} has almost the
2272 effect of a macro.  The way to use it is to put a function definition in
2273 a header file with these keywords, and put another copy of the
2274 definition (lacking @code{inline} and @code{extern}) in a library file.
2275 The definition in the header file will cause most calls to the function
2276 to be inlined.  If any uses of the function remain, they will refer to
2277 the single copy in the library.
2278
2279 GNU C does not inline any functions when not optimizing.  It is not
2280 clear whether it is better to inline or not, in this case, but we found
2281 that a correct implementation when not optimizing was difficult.  So we
2282 did the easy thing, and turned it off.
2283
2284 @node Extended Asm
2285 @section Assembler Instructions with C Expression Operands
2286 @cindex extended @code{asm}
2287 @cindex @code{asm} expressions
2288 @cindex assembler instructions
2289 @cindex registers
2290
2291 In an assembler instruction using @code{asm}, you can specify the
2292 operands of the instruction using C expressions.  This means you need not
2293 guess which registers or memory locations will contain the data you want
2294 to use.
2295
2296 You must specify an assembler instruction template much like what
2297 appears in a machine description, plus an operand constraint string for
2298 each operand.
2299
2300 For example, here is how to use the 68881's @code{fsinx} instruction:
2301
2302 @example
2303 asm ("fsinx %1,%0" : "=f" (result) : "f" (angle));
2304 @end example
2305
2306 @noindent
2307 Here @code{angle} is the C expression for the input operand while
2308 @code{result} is that of the output operand.  Each has @samp{"f"} as its
2309 operand constraint, saying that a floating point register is required.
2310 The @samp{=} in @samp{=f} indicates that the operand is an output; all
2311 output operands' constraints must use @samp{=}.  The constraints use the
2312 same language used in the machine description (@pxref{Constraints}).
2313
2314 Each operand is described by an operand-constraint string followed by
2315 the C expression in parentheses.  A colon separates the assembler
2316 template from the first output operand and another separates the last
2317 output operand from the first input, if any.  Commas separate the
2318 operands within each group.  The total number of operands is limited to
2319 ten or to the maximum number of operands in any instruction pattern in
2320 the machine description, whichever is greater.
2321
2322 If there are no output operands but there are input operands, you must
2323 place two consecutive colons surrounding the place where the output
2324 operands would go.
2325
2326 Output operand expressions must be lvalues; the compiler can check this.
2327 The input operands need not be lvalues.  The compiler cannot check
2328 whether the operands have data types that are reasonable for the
2329 instruction being executed.  It does not parse the assembler instruction
2330 template and does not know what it means or even whether it is valid
2331 assembler input.  The extended @code{asm} feature is most often used for
2332 machine instructions the compiler itself does not know exist.  If
2333 the output expression cannot be directly addressed (for example, it is a
2334 bit field), your constraint must allow a register.  In that case, GNU CC
2335 will use the register as the output of the @code{asm}, and then store
2336 that register into the output.
2337
2338 The ordinary output operands must be write-only; GNU CC will assume that
2339 the values in these operands before the instruction are dead and need
2340 not be generated.  Extended asm supports input-output or read-write
2341 operands.  Use the constraint character @samp{+} to indicate such an
2342 operand and list it with the output operands.
2343
2344 When the constraints for the read-write operand (or the operand in which
2345 only some of the bits are to be changed) allows a register, you may, as
2346 an alternative, logically split its function into two separate operands,
2347 one input operand and one write-only output operand.  The connection
2348 between them is expressed by constraints which say they need to be in
2349 the same location when the instruction executes.  You can use the same C
2350 expression for both operands, or different expressions.  For example,
2351 here we write the (fictitious) @samp{combine} instruction with
2352 @code{bar} as its read-only source operand and @code{foo} as its
2353 read-write destination:
2354
2355 @example
2356 asm ("combine %2,%0" : "=r" (foo) : "0" (foo), "g" (bar));
2357 @end example
2358
2359 @noindent
2360 The constraint @samp{"0"} for operand 1 says that it must occupy the
2361 same location as operand 0.  A digit in constraint is allowed only in an
2362 input operand and it must refer to an output operand.
2363
2364 Only a digit in the constraint can guarantee that one operand will be in
2365 the same place as another.  The mere fact that @code{foo} is the value
2366 of both operands is not enough to guarantee that they will be in the
2367 same place in the generated assembler code.  The following would not
2368 work reliably:
2369
2370 @example
2371 asm ("combine %2,%0" : "=r" (foo) : "r" (foo), "g" (bar));
2372 @end example
2373
2374 Various optimizations or reloading could cause operands 0 and 1 to be in
2375 different registers; GNU CC knows no reason not to do so.  For example, the
2376 compiler might find a copy of the value of @code{foo} in one register and
2377 use it for operand 1, but generate the output operand 0 in a different
2378 register (copying it afterward to @code{foo}'s own address).  Of course,
2379 since the register for operand 1 is not even mentioned in the assembler
2380 code, the result will not work, but GNU CC can't tell that.
2381
2382 Some instructions clobber specific hard registers.  To describe this,
2383 write a third colon after the input operands, followed by the names of
2384 the clobbered hard registers (given as strings).  Here is a realistic
2385 example for the VAX:
2386
2387 @example
2388 asm volatile ("movc3 %0,%1,%2"
2389               : /* no outputs */
2390               : "g" (from), "g" (to), "g" (count)
2391               : "r0", "r1", "r2", "r3", "r4", "r5");
2392 @end example
2393
2394 If you refer to a particular hardware register from the assembler code,
2395 you will probably have to list the register after the third colon to
2396 tell the compiler the register's value is modified.  In some assemblers,
2397 the register names begin with @samp{%}; to produce one @samp{%} in the
2398 assembler code, you must write @samp{%%} in the input.
2399
2400 If your assembler instruction can alter the condition code register, add
2401 @samp{cc} to the list of clobbered registers.  GNU CC on some machines
2402 represents the condition codes as a specific hardware register;
2403 @samp{cc} serves to name this register.  On other machines, the
2404 condition code is handled differently, and specifying @samp{cc} has no
2405 effect.  But it is valid no matter what the machine.
2406
2407 If your assembler instruction modifies memory in an unpredictable
2408 fashion, add @samp{memory} to the list of clobbered registers.  This
2409 will cause GNU CC to not keep memory values cached in registers across
2410 the assembler instruction.
2411
2412 You can put multiple assembler instructions together in a single
2413 @code{asm} template, separated either with newlines (written as
2414 @samp{\n}) or with semicolons if the assembler allows such semicolons.
2415 The GNU assembler allows semicolons and most Unix assemblers seem to do
2416 so.  The input operands are guaranteed not to use any of the clobbered
2417 registers, and neither will the output operands' addresses, so you can
2418 read and write the clobbered registers as many times as you like.  Here
2419 is an example of multiple instructions in a template; it assumes the
2420 subroutine @code{_foo} accepts arguments in registers 9 and 10:
2421
2422 @example
2423 asm ("movl %0,r9;movl %1,r10;call _foo"
2424      : /* no outputs */
2425      : "g" (from), "g" (to)
2426      : "r9", "r10");
2427 @end example
2428
2429 Unless an output operand has the @samp{&} constraint modifier, GNU CC
2430 may allocate it in the same register as an unrelated input operand, on
2431 the assumption the inputs are consumed before the outputs are produced.
2432 This assumption may be false if the assembler code actually consists of
2433 more than one instruction.  In such a case, use @samp{&} for each output
2434 operand that may not overlap an input.  @xref{Modifiers}.
2435
2436 If you want to test the condition code produced by an assembler
2437 instruction, you must include a branch and a label in the @code{asm}
2438 construct, as follows:
2439
2440 @example
2441 asm ("clr %0;frob %1;beq 0f;mov #1,%0;0:"
2442      : "g" (result)
2443      : "g" (input));
2444 @end example
2445
2446 @noindent
2447 This assumes your assembler supports local labels, as the GNU assembler
2448 and most Unix assemblers do.
2449
2450 Speaking of labels, jumps from one @code{asm} to another are not
2451 supported.  The compiler's optimizers do not know about these jumps, and
2452 therefore they cannot take account of them when deciding how to
2453 optimize.
2454
2455 @cindex macros containing @code{asm}
2456 Usually the most convenient way to use these @code{asm} instructions is to
2457 encapsulate them in macros that look like functions.  For example,
2458
2459 @example
2460 #define sin(x)       \
2461 (@{ double __value, __arg = (x);   \
2462    asm ("fsinx %1,%0": "=f" (__value): "f" (__arg));  \
2463    __value; @})
2464 @end example
2465
2466 @noindent
2467 Here the variable @code{__arg} is used to make sure that the instruction
2468 operates on a proper @code{double} value, and to accept only those
2469 arguments @code{x} which can convert automatically to a @code{double}.
2470
2471 Another way to make sure the instruction operates on the correct data
2472 type is to use a cast in the @code{asm}.  This is different from using a
2473 variable @code{__arg} in that it converts more different types.  For
2474 example, if the desired type were @code{int}, casting the argument to
2475 @code{int} would accept a pointer with no complaint, while assigning the
2476 argument to an @code{int} variable named @code{__arg} would warn about
2477 using a pointer unless the caller explicitly casts it.
2478
2479 If an @code{asm} has output operands, GNU CC assumes for optimization
2480 purposes the instruction has no side effects except to change the output
2481 operands.  This does not mean instructions with a side effect cannot be
2482 used, but you must be careful, because the compiler may eliminate them
2483 if the output operands aren't used, or move them out of loops, or
2484 replace two with one if they constitute a common subexpression.  Also,
2485 if your instruction does have a side effect on a variable that otherwise
2486 appears not to change, the old value of the variable may be reused later
2487 if it happens to be found in a register.
2488
2489 You can prevent an @code{asm} instruction from being deleted, moved
2490 significantly, or combined, by writing the keyword @code{volatile} after
2491 the @code{asm}.  For example:
2492
2493 @example
2494 #define get_and_set_priority(new)  \
2495 (@{ int __old; \
2496    asm volatile ("get_and_set_priority %0, %1": "=g" (__old) : "g" (new)); \
2497    __old; @})
2498 b@end example
2499
2500 @noindent
2501 If you write an @code{asm} instruction with no outputs, GNU CC will know
2502 the instruction has side-effects and will not delete the instruction or
2503 move it outside of loops.  If the side-effects of your instruction are
2504 not purely external, but will affect variables in your program in ways
2505 other than reading the inputs and clobbering the specified registers or
2506 memory, you should write the @code{volatile} keyword to prevent future
2507 versions of GNU CC from moving the instruction around within a core
2508 region.
2509
2510 An @code{asm} instruction without any operands or clobbers (and ``old
2511 style'' @code{asm}) will not be deleted or moved significantly,
2512 regardless, unless it is unreachable, the same wasy as if you had
2513 written a @code{volatile} keyword.
2514
2515 Note that even a volatile @code{asm} instruction can be moved in ways
2516 that appear insignificant to the compiler, such as across jump
2517 instructions.  You can't expect a sequence of volatile @code{asm}
2518 instructions to remain perfectly consecutive.  If you want consecutive
2519 output, use a single @code{asm}.
2520
2521 It is a natural idea to look for a way to give access to the condition
2522 code left by the assembler instruction.  However, when we attempted to
2523 implement this, we found no way to make it work reliably.  The problem
2524 is that output operands might need reloading, which would result in
2525 additional following ``store'' instructions.  On most machines, these
2526 instructions would alter the condition code before there was time to
2527 test it.  This problem doesn't arise for ordinary ``test'' and
2528 ``compare'' instructions because they don't have any output operands.
2529
2530 If you are writing a header file that should be includable in ANSI C
2531 programs, write @code{__asm__} instead of @code{asm}.  @xref{Alternate
2532 Keywords}.
2533
2534 @ifclear INTERNALS
2535 @c Show the details on constraints if they do not appear elsewhere in
2536 @c the manual
2537 @include md.texi
2538 @end ifclear
2539
2540 @node Asm Labels
2541 @section Controlling Names Used in Assembler Code
2542 @cindex assembler names for identifiers
2543 @cindex names used in assembler code
2544 @cindex identifiers, names in assembler code
2545
2546 You can specify the name to be used in the assembler code for a C
2547 function or variable by writing the @code{asm} (or @code{__asm__})
2548 keyword after the declarator as follows:
2549
2550 @example
2551 int foo asm ("myfoo") = 2;
2552 @end example
2553
2554 @noindent
2555 This specifies that the name to be used for the variable @code{foo} in
2556 the assembler code should be @samp{myfoo} rather than the usual
2557 @samp{_foo}.
2558
2559 On systems where an underscore is normally prepended to the name of a C
2560 function or variable, this feature allows you to define names for the
2561 linker that do not start with an underscore.
2562
2563 You cannot use @code{asm} in this way in a function @emph{definition}; but
2564 you can get the same effect by writing a declaration for the function
2565 before its definition and putting @code{asm} there, like this:
2566
2567 @example
2568 extern func () asm ("FUNC");
2569
2570 func (x, y)
2571      int x, y;
2572 @dots{}
2573 @end example
2574
2575 It is up to you to make sure that the assembler names you choose do not
2576 conflict with any other assembler symbols.  Also, you must not use a
2577 register name; that would produce completely invalid assembler code.  GNU
2578 CC does not as yet have the ability to store static variables in registers.
2579 Perhaps that will be added.
2580
2581 @node Explicit Reg Vars
2582 @section Variables in Specified Registers
2583 @cindex explicit register variables
2584 @cindex variables in specified registers
2585 @cindex specified registers
2586 @cindex registers, global allocation
2587
2588 GNU C allows you to put a few global variables into specified hardware
2589 registers.  You can also specify the register in which an ordinary
2590 register variable should be allocated.
2591
2592 @itemize @bullet
2593 @item
2594 Global register variables reserve registers throughout the program.
2595 This may be useful in programs such as programming language
2596 interpreters which have a couple of global variables that are accessed
2597 very often.
2598
2599 @item
2600 Local register variables in specific registers do not reserve the
2601 registers.  The compiler's data flow analysis is capable of determining
2602 where the specified registers contain live values, and where they are
2603 available for other uses.  Stores into local register variables may be deleted
2604 when they appear to be dead according to dataflow analysis.  References
2605 to local register variables may be deleted or moved or simplified.
2606
2607 These local variables are sometimes convenient for use with the extended
2608 @code{asm} feature (@pxref{Extended Asm}), if you want to write one
2609 output of the assembler instruction directly into a particular register.
2610 (This will work provided the register you specify fits the constraints
2611 specified for that operand in the @code{asm}.)
2612 @end itemize
2613
2614 @menu
2615 * Global Reg Vars::
2616 * Local Reg Vars::
2617 @end menu
2618
2619 @node Global Reg Vars
2620 @subsection Defining Global Register Variables
2621 @cindex global register variables
2622 @cindex registers, global variables in
2623
2624 You can define a global register variable in GNU C like this:
2625
2626 @example
2627 register int *foo asm ("a5");
2628 @end example
2629
2630 @noindent
2631 Here @code{a5} is the name of the register which should be used.  Choose a
2632 register which is normally saved and restored by function calls on your
2633 machine, so that library routines will not clobber it.
2634
2635 Naturally the register name is cpu-dependent, so you would need to
2636 conditionalize your program according to cpu type.  The register
2637 @code{a5} would be a good choice on a 68000 for a variable of pointer
2638 type.  On machines with register windows, be sure to choose a ``global''
2639 register that is not affected magically by the function call mechanism.
2640
2641 In addition, operating systems on one type of cpu may differ in how they
2642 name the registers; then you would need additional conditionals.  For
2643 example, some 68000 operating systems call this register @code{%a5}.
2644
2645 Eventually there may be a way of asking the compiler to choose a register
2646 automatically, but first we need to figure out how it should choose and
2647 how to enable you to guide the choice.  No solution is evident.
2648
2649 Defining a global register variable in a certain register reserves that
2650 register entirely for this use, at least within the current compilation.
2651 The register will not be allocated for any other purpose in the functions
2652 in the current compilation.  The register will not be saved and restored by
2653 these functions.  Stores into this register are never deleted even if they
2654 would appear to be dead, but references may be deleted or moved or
2655 simplified.
2656
2657 It is not safe to access the global register variables from signal
2658 handlers, or from more than one thread of control, because the system
2659 library routines may temporarily use the register for other things (unless
2660 you recompile them specially for the task at hand).
2661
2662 @cindex @code{qsort}, and global register variables
2663 It is not safe for one function that uses a global register variable to
2664 call another such function @code{foo} by way of a third function
2665 @code{lose} that was compiled without knowledge of this variable (i.e. in a
2666 different source file in which the variable wasn't declared).  This is
2667 because @code{lose} might save the register and put some other value there.
2668 For example, you can't expect a global register variable to be available in
2669 the comparison-function that you pass to @code{qsort}, since @code{qsort}
2670 might have put something else in that register.  (If you are prepared to
2671 recompile @code{qsort} with the same global register variable, you can
2672 solve this problem.)
2673
2674 If you want to recompile @code{qsort} or other source files which do not
2675 actually use your global register variable, so that they will not use that
2676 register for any other purpose, then it suffices to specify the compiler
2677 option @samp{-ffixed-@var{reg}}.  You need not actually add a global
2678 register declaration to their source code.
2679
2680 A function which can alter the value of a global register variable cannot
2681 safely be called from a function compiled without this variable, because it
2682 could clobber the value the caller expects to find there on return.
2683 Therefore, the function which is the entry point into the part of the
2684 program that uses the global register variable must explicitly save and
2685 restore the value which belongs to its caller.
2686
2687 @cindex register variable after @code{longjmp}
2688 @cindex global register after @code{longjmp}
2689 @cindex value after @code{longjmp}
2690 @findex longjmp
2691 @findex setjmp
2692 On most machines, @code{longjmp} will restore to each global register
2693 variable the value it had at the time of the @code{setjmp}.  On some
2694 machines, however, @code{longjmp} will not change the value of global
2695 register variables.  To be portable, the function that called @code{setjmp}
2696 should make other arrangements to save the values of the global register
2697 variables, and to restore them in a @code{longjmp}.  This way, the same
2698 thing will happen regardless of what @code{longjmp} does.
2699
2700 All global register variable declarations must precede all function
2701 definitions.  If such a declaration could appear after function
2702 definitions, the declaration would be too late to prevent the register from
2703 being used for other purposes in the preceding functions.
2704
2705 Global register variables may not have initial values, because an
2706 executable file has no means to supply initial contents for a register.
2707
2708 On the Sparc, there are reports that g3 @dots{} g7 are suitable
2709 registers, but certain library functions, such as @code{getwd}, as well
2710 as the subroutines for division and remainder, modify g3 and g4.  g1 and
2711 g2 are local temporaries.
2712
2713 On the 68000, a2 @dots{} a5 should be suitable, as should d2 @dots{} d7.
2714 Of course, it will not do to use more than a few of those.
2715
2716 @node Local Reg Vars
2717 @subsection Specifying Registers for Local Variables
2718 @cindex local variables, specifying registers
2719 @cindex specifying registers for local variables
2720 @cindex registers for local variables
2721
2722 You can define a local register variable with a specified register
2723 like this:
2724
2725 @example
2726 register int *foo asm ("a5");
2727 @end example
2728
2729 @noindent
2730 Here @code{a5} is the name of the register which should be used.  Note
2731 that this is the same syntax used for defining global register
2732 variables, but for a local variable it would appear within a function.
2733
2734 Naturally the register name is cpu-dependent, but this is not a
2735 problem, since specific registers are most often useful with explicit
2736 assembler instructions (@pxref{Extended Asm}).  Both of these things
2737 generally require that you conditionalize your program according to
2738 cpu type.
2739
2740 In addition, operating systems on one type of cpu may differ in how they
2741 name the registers; then you would need additional conditionals.  For
2742 example, some 68000 operating systems call this register @code{%a5}.
2743
2744 Defining such a register variable does not reserve the register; it
2745 remains available for other uses in places where flow control determines
2746 the variable's value is not live.  However, these registers are made
2747 unavailable for use in the reload pass; excessive use of this feature
2748 leaves the compiler too few available registers to compile certain
2749 functions.
2750
2751 This option does not guarantee that GNU CC will generate code that has
2752 this variable in the register you specify at all times.  You may not
2753 code an explicit reference to this register in an @code{asm} statement
2754 and assume it will always refer to this variable.
2755
2756 Stores into local register variables may be deleted when they appear to be dead
2757 according to dataflow analysis.  References to local register variables may
2758 be deleted or moved or simplified.
2759
2760 @node Alternate Keywords
2761 @section Alternate Keywords
2762 @cindex alternate keywords
2763 @cindex keywords, alternate
2764
2765 The option @samp{-traditional} disables certain keywords; @samp{-ansi}
2766 disables certain others.  This causes trouble when you want to use GNU C
2767 extensions, or ANSI C features, in a general-purpose header file that
2768 should be usable by all programs, including ANSI C programs and traditional
2769 ones.  The keywords @code{asm}, @code{typeof} and @code{inline} cannot be
2770 used since they won't work in a program compiled with @samp{-ansi}, while
2771 the keywords @code{const}, @code{volatile}, @code{signed}, @code{typeof}
2772 and @code{inline} won't work in a program compiled with
2773 @samp{-traditional}.@refill
2774
2775 The way to solve these problems is to put @samp{__} at the beginning and
2776 end of each problematical keyword.  For example, use @code{__asm__}
2777 instead of @code{asm}, @code{__const__} instead of @code{const}, and
2778 @code{__inline__} instead of @code{inline}.
2779
2780 Other C compilers won't accept these alternative keywords; if you want to
2781 compile with another compiler, you can define the alternate keywords as
2782 macros to replace them with the customary keywords.  It looks like this:
2783
2784 @example
2785 #ifndef __GNUC__
2786 #define __asm__ asm
2787 #endif
2788 @end example
2789
2790 @samp{-pedantic} causes warnings for many GNU C extensions.  You can
2791 prevent such warnings within one expression by writing
2792 @code{__extension__} before the expression.  @code{__extension__} has no
2793 effect aside from this.
2794
2795 @node Incomplete Enums
2796 @section Incomplete @code{enum} Types
2797
2798 You can define an @code{enum} tag without specifying its possible values.
2799 This results in an incomplete type, much like what you get if you write
2800 @code{struct foo} without describing the elements.  A later declaration
2801 which does specify the possible values completes the type.
2802
2803 You can't allocate variables or storage using the type while it is
2804 incomplete.  However, you can work with pointers to that type.
2805
2806 This extension may not be very useful, but it makes the handling of
2807 @code{enum} more consistent with the way @code{struct} and @code{union}
2808 are handled.
2809
2810 This extension is not supported by GNU C++.
2811
2812 @node Function Names
2813 @section Function Names as Strings
2814
2815 GNU CC predefines two string variables to be the name of the current function.
2816 The variable @code{__FUNCTION__} is the name of the function as it appears
2817 in the source.  The variable @code{__PRETTY_FUNCTION__} is the name of
2818 the function pretty printed in a language specific fashion.
2819
2820 These names are always the same in a C function, but in a C++ function
2821 they may be different.  For example, this program:
2822
2823 @smallexample
2824 extern "C" @{
2825 extern int printf (char *, ...);
2826 @}
2827
2828 class a @{
2829  public:
2830   sub (int i)
2831     @{
2832       printf ("__FUNCTION__ = %s\n", __FUNCTION__);
2833       printf ("__PRETTY_FUNCTION__ = %s\n", __PRETTY_FUNCTION__);
2834     @}
2835 @};
2836
2837 int
2838 main (void)
2839 @{
2840   a ax;
2841   ax.sub (0);
2842   return 0;
2843 @}
2844 @end smallexample
2845
2846 @noindent
2847 gives this output:
2848
2849 @smallexample
2850 __FUNCTION__ = sub
2851 __PRETTY_FUNCTION__ = int  a::sub (int)
2852 @end smallexample
2853
2854 These names are not macros: they are predefined string variables.
2855 For example, @samp{#ifdef __FUNCTION__} does not have any special
2856 meaning inside a function, since the preprocessor does not do anything
2857 special with the identifier @code{__FUNCTION__}.
2858
2859 @node Return Address
2860 @section Getting the Return or Frame Address of a Function
2861
2862 These functions may be used to get information about the callers of a
2863 function.
2864
2865 @table @code
2866 @item __builtin_return_address (@var{level})
2867 This function returns the return address of the current function, or of
2868 one of its callers.  The @var{level} argument is number of frames to
2869 scan up the call stack.  A value of @code{0} yields the return address
2870 of the current function, a value of @code{1} yields the return address
2871 of the caller of the current function, and so forth.
2872
2873 The @var{level} argument must be a constant integer.
2874
2875 On some machines it may be impossible to determine the return address of
2876 any function other than the current one; in such cases, or when the top
2877 of the stack has been reached, this function will return @code{0}.
2878
2879 This function should only be used with a non-zero argument for debugging
2880 purposes.
2881
2882 @item __builtin_frame_address (@var{level})
2883 This function is similar to @code{__builtin_return_address}, but it
2884 returns the address of the function frame rather than the return address
2885 of the function.  Calling @code{__builtin_frame_address} with a value of
2886 @code{0} yields the frame address of the current function, a value of
2887 @code{1} yields the frame address of the caller of the current function,
2888 and so forth.
2889
2890 The frame is the area on the stack which holds local variables and saved
2891 registers.  The frame address is normally the address of the first word
2892 pushed on to the stack by the function.  However, the exact definition
2893 depends upon the processor and the calling convention.  If the processor
2894 has a dedicated frame pointer register, and the function has a frame,
2895 then @code{__builtin_frame_address} will return the value of the frame
2896 pointer register.
2897
2898 The caveats that apply to @code{__builtin_return_address} apply to this
2899 function as well.
2900 @end table
2901
2902 @node C++ Extensions
2903 @chapter Extensions to the C++ Language
2904 @cindex extensions, C++ language
2905 @cindex C++ language extensions
2906
2907 The GNU compiler provides these extensions to the C++ language (and you
2908 can also use most of the C language extensions in your C++ programs).  If you
2909 want to write code that checks whether these features are available, you can
2910 test for the GNU compiler the same way as for C programs: check for a
2911 predefined macro @code{__GNUC__}.  You can also use @code{__GNUG__} to
2912 test specifically for GNU C++ (@pxref{Standard Predefined,,Standard
2913 Predefined Macros,cpp.info,The C Preprocessor}).
2914
2915 @menu
2916 * Naming Results::      Giving a name to C++ function return values.
2917 * Min and Max::         C++ Minimum and maximum operators.
2918 * Destructors and Goto:: Goto is safe to use in C++ even when destructors
2919                            are needed.
2920 * C++ Interface::       You can use a single C++ header file for both
2921                          declarations and definitions.
2922 * Template Instantiation:: Methods for ensuring that exactly one copy of
2923                          each needed template instantiation is emitted.
2924 * C++ Signatures::      You can specify abstract types to get subtype
2925                          polymorphism independent from inheritance.
2926 @end menu
2927
2928 @node Naming Results
2929 @section Named Return Values in C++
2930
2931 @cindex @code{return}, in C++ function header
2932 @cindex return value, named, in C++
2933 @cindex named return value in C++
2934 @cindex C++ named return value
2935 GNU C++ extends the function-definition syntax to allow you to specify a
2936 name for the result of a function outside the body of the definition, in
2937 C++ programs:
2938
2939 @example
2940 @group
2941 @var{type}
2942 @var{functionname} (@var{args}) return @var{resultname};
2943 @{
2944   @dots{}
2945   @var{body}
2946   @dots{}
2947 @}
2948 @end group
2949 @end example
2950
2951 You can use this feature to avoid an extra constructor call when
2952 a function result has a class type.  For example, consider a function
2953 @code{m}, declared as @w{@samp{X v = m ();}}, whose result is of class
2954 @code{X}:
2955
2956 @example
2957 X
2958 m ()
2959 @{
2960   X b;
2961   b.a = 23;
2962   return b;
2963 @}
2964 @end example
2965
2966 @cindex implicit argument: return value
2967 Although @code{m} appears to have no arguments, in fact it has one implicit
2968 argument: the address of the return value.  At invocation, the address
2969 of enough space to hold @code{v} is sent in as the implicit argument.
2970 Then @code{b} is constructed and its @code{a} field is set to the value
2971 23.  Finally, a copy constructor (a constructor of the form @samp{X(X&)})
2972 is applied to @code{b}, with the (implicit) return value location as the
2973 target, so that @code{v} is now bound to the return value.
2974
2975 But this is wasteful.  The local @code{b} is declared just to hold
2976 something that will be copied right out.  While a compiler that
2977 combined an ``elision'' algorithm with interprocedural data flow
2978 analysis could conceivably eliminate all of this, it is much more
2979 practical to allow you to assist the compiler in generating
2980 efficient code by manipulating the return value explicitly,
2981 thus avoiding the local variable and copy constructor altogether.
2982
2983 Using the extended GNU C++ function-definition syntax, you can avoid the
2984 temporary allocation and copying by naming @code{r} as your return value
2985 at the outset, and assigning to its @code{a} field directly:
2986
2987 @example
2988 X
2989 m () return r;
2990 @{
2991   r.a = 23;
2992 @}
2993 @end example
2994
2995 @noindent
2996 The declaration of @code{r} is a standard, proper declaration, whose effects
2997 are executed @strong{before} any of the body of @code{m}.
2998
2999 Functions of this type impose no additional restrictions; in particular,
3000 you can execute @code{return} statements, or return implicitly by
3001 reaching the end of the function body (``falling off the edge'').
3002 Cases like
3003
3004 @example
3005 X
3006 m () return r (23);
3007 @{
3008   return;
3009 @}
3010 @end example
3011
3012 @noindent
3013 (or even @w{@samp{X m () return r (23); @{ @}}}) are unambiguous, since
3014 the return value @code{r} has been initialized in either case.  The
3015 following code may be hard to read, but also works predictably:
3016
3017 @example
3018 X
3019 m () return r;
3020 @{
3021   X b;
3022   return b;
3023 @}
3024 @end example
3025
3026 The return value slot denoted by @code{r} is initialized at the outset,
3027 but the statement @samp{return b;} overrides this value.  The compiler
3028 deals with this by destroying @code{r} (calling the destructor if there
3029 is one, or doing nothing if there is not), and then reinitializing
3030 @code{r} with @code{b}.
3031
3032 This extension is provided primarily to help people who use overloaded
3033 operators, where there is a great need to control not just the
3034 arguments, but the return values of functions.  For classes where the
3035 copy constructor incurs a heavy performance penalty (especially in the
3036 common case where there is a quick default constructor), this is a major
3037 savings.  The disadvantage of this extension is that you do not control
3038 when the default constructor for the return value is called: it is
3039 always called at the beginning.
3040
3041 @node Min and Max
3042 @section Minimum and Maximum Operators in C++
3043
3044 It is very convenient to have operators which return the ``minimum'' or the
3045 ``maximum'' of two arguments.  In GNU C++ (but not in GNU C),
3046
3047 @table @code
3048 @item @var{a} <? @var{b}
3049 @findex <?
3050 @cindex minimum operator
3051 is the @dfn{minimum}, returning the smaller of the numeric values
3052 @var{a} and @var{b};
3053
3054 @item @var{a} >? @var{b}
3055 @findex >?
3056 @cindex maximum operator
3057 is the @dfn{maximum}, returning the larger of the numeric values @var{a}
3058 and @var{b}.
3059 @end table
3060
3061 These operations are not primitive in ordinary C++, since you can
3062 use a macro to return the minimum of two things in C++, as in the
3063 following example.
3064
3065 @example
3066 #define MIN(X,Y) ((X) < (Y) ? : (X) : (Y))
3067 @end example
3068
3069 @noindent
3070 You might then use @w{@samp{int min = MIN (i, j);}} to set @var{min} to
3071 the minimum value of variables @var{i} and @var{j}.
3072
3073 However, side effects in @code{X} or @code{Y} may cause unintended
3074 behavior.  For example, @code{MIN (i++, j++)} will fail, incrementing
3075 the smaller counter twice.  A GNU C extension allows you to write safe
3076 macros that avoid this kind of problem (@pxref{Naming Types,,Naming an
3077 Expression's Type}).  However, writing @code{MIN} and @code{MAX} as
3078 macros also forces you to use function-call notation for a
3079 fundamental arithmetic operation.  Using GNU C++ extensions, you can
3080 write @w{@samp{int min = i <? j;}} instead.
3081
3082 Since @code{<?} and @code{>?} are built into the compiler, they properly
3083 handle expressions with side-effects;  @w{@samp{int min = i++ <? j++;}}
3084 works correctly.
3085
3086 @node Destructors and Goto
3087 @section @code{goto} and Destructors in GNU C++
3088
3089 @cindex @code{goto} in C++
3090 @cindex destructors vs @code{goto}
3091 In C++ programs, you can safely use the @code{goto} statement.  When you
3092 use it to exit a block which contains aggregates requiring destructors,
3093 the destructors will run before the @code{goto} transfers control.
3094
3095 @cindex constructors vs @code{goto}
3096 The compiler still forbids using @code{goto} to @emph{enter} a scope
3097 that requires constructors.
3098
3099 @node C++ Interface
3100 @section Declarations and Definitions in One Header
3101
3102 @cindex interface and implementation headers, C++
3103 @cindex C++ interface and implementation headers
3104 C++ object definitions can be quite complex.  In principle, your source
3105 code will need two kinds of things for each object that you use across
3106 more than one source file.  First, you need an @dfn{interface}
3107 specification, describing its structure with type declarations and
3108 function prototypes.  Second, you need the @dfn{implementation} itself.
3109 It can be tedious to maintain a separate interface description in a
3110 header file, in parallel to the actual implementation.  It is also
3111 dangerous, since separate interface and implementation definitions may
3112 not remain parallel.
3113
3114 @cindex pragmas, interface and implementation
3115 With GNU C++, you can use a single header file for both purposes.
3116
3117 @quotation
3118 @emph{Warning:} The mechanism to specify this is in transition.  For the
3119 nonce, you must use one of two @code{#pragma} commands; in a future
3120 release of GNU C++, an alternative mechanism will make these
3121 @code{#pragma} commands unnecessary.
3122 @end quotation
3123
3124 The header file contains the full definitions, but is marked with
3125 @samp{#pragma interface} in the source code.  This allows the compiler
3126 to use the header file only as an interface specification when ordinary
3127 source files incorporate it with @code{#include}.  In the single source
3128 file where the full implementation belongs, you can use either a naming
3129 convention or @samp{#pragma implementation} to indicate this alternate
3130 use of the header file.
3131
3132 @table @code
3133 @item #pragma interface
3134 @itemx #pragma interface "@var{subdir}/@var{objects}.h"
3135 @kindex #pragma interface
3136 Use this directive in @emph{header files} that define object classes, to save
3137 space in most of the object files that use those classes.  Normally,
3138 local copies of certain information (backup copies of inline member
3139 functions, debugging information, and the internal tables that implement
3140 virtual functions) must be kept in each object file that includes class
3141 definitions.  You can use this pragma to avoid such duplication.  When a
3142 header file containing @samp{#pragma interface} is included in a
3143 compilation, this auxiliary information will not be generated (unless
3144 the main input source file itself uses @samp{#pragma implementation}).
3145 Instead, the object files will contain references to be resolved at link
3146 time.
3147
3148 The second form of this directive is useful for the case where you have
3149 multiple headers with the same name in different directories.  If you
3150 use this form, you must specify the same string to @samp{#pragma
3151 implementation}.
3152
3153 @item #pragma implementation
3154 @itemx #pragma implementation "@var{objects}.h"
3155 @kindex #pragma implementation
3156 Use this pragma in a @emph{main input file}, when you want full output from
3157 included header files to be generated (and made globally visible).  The
3158 included header file, in turn, should use @samp{#pragma interface}.
3159 Backup copies of inline member functions, debugging information, and the
3160 internal tables used to implement virtual functions are all generated in
3161 implementation files.
3162
3163 @cindex implied @code{#pragma implementation}
3164 @cindex @code{#pragma implementation}, implied
3165 @cindex naming convention, implementation headers
3166 If you use @samp{#pragma implementation} with no argument, it applies to
3167 an include file with the same basename@footnote{A file's @dfn{basename}
3168 was the name stripped of all leading path information and of trailing
3169 suffixes, such as @samp{.h} or @samp{.C} or @samp{.cc}.} as your source
3170 file.  For example, in @file{allclass.cc}, giving just
3171 @samp{#pragma implementation}
3172 by itself is equivalent to @samp{#pragma implementation "allclass.h"}.
3173
3174 In versions of GNU C++ prior to 2.6.0 @file{allclass.h} was treated as
3175 an implementation file whenever you would include it from
3176 @file{allclass.cc} even if you never specified @samp{#pragma
3177 implementation}.  This was deemed to be more trouble than it was worth,
3178 however, and disabled.
3179
3180 If you use an explicit @samp{#pragma implementation}, it must appear in
3181 your source file @emph{before} you include the affected header files.
3182
3183 Use the string argument if you want a single implementation file to
3184 include code from multiple header files.  (You must also use
3185 @samp{#include} to include the header file; @samp{#pragma
3186 implementation} only specifies how to use the file---it doesn't actually
3187 include it.)
3188
3189 There is no way to split up the contents of a single header file into
3190 multiple implementation files.
3191 @end table
3192
3193 @cindex inlining and C++ pragmas
3194 @cindex C++ pragmas, effect on inlining
3195 @cindex pragmas in C++, effect on inlining
3196 @samp{#pragma implementation} and @samp{#pragma interface} also have an
3197 effect on function inlining.
3198
3199 If you define a class in a header file marked with @samp{#pragma
3200 interface}, the effect on a function defined in that class is similar to
3201 an explicit @code{extern} declaration---the compiler emits no code at
3202 all to define an independent version of the function.  Its definition
3203 is used only for inlining with its callers.
3204
3205 Conversely, when you include the same header file in a main source file
3206 that declares it as @samp{#pragma implementation}, the compiler emits
3207 code for the function itself; this defines a version of the function
3208 that can be found via pointers (or by callers compiled without
3209 inlining).  If all calls to the function can be inlined, you can avoid
3210 emitting the function by compiling with @samp{-fno-implement-inlines}.
3211 If any calls were not inlined, you will get linker errors.
3212
3213 @node Template Instantiation
3214 @section Where's the Template?
3215
3216 @cindex template instantiation
3217
3218 C++ templates are the first language feature to require more
3219 intelligence from the environment than one usually finds on a UNIX
3220 system.  Somehow the compiler and linker have to make sure that each
3221 template instance occurs exactly once in the executable if it is needed,
3222 and not at all otherwise.  There are two basic approaches to this
3223 problem, which I will refer to as the Borland model and the Cfront model.
3224
3225 @table @asis
3226 @item Borland model
3227 Borland C++ solved the template instantiation problem by adding the code
3228 equivalent of common blocks to their linker; the compiler emits template
3229 instances in each translation unit that uses them, and the linker
3230 collapses them together.  The advantage of this model is that the linker
3231 only has to consider the object files themselves; there is no external
3232 complexity to worry about.  This disadvantage is that compilation time
3233 is increased because the template code is being compiled repeatedly.
3234 Code written for this model tends to include definitions of all
3235 templates in the header file, since they must be seen to be
3236 instantiated.
3237
3238 @item Cfront model
3239 The AT&T C++ translator, Cfront, solved the template instantiation
3240 problem by creating the notion of a template repository, an
3241 automatically maintained place where template instances are stored.  A
3242 more modern version of the repository works as follows: As individual
3243 object files are built, the compiler places any template definitions and
3244 instantiations encountered in the repository.  At link time, the link
3245 wrapper adds in the objects in the repository and compiles any needed
3246 instances that were not previously emitted.  The advantages of this
3247 model are more optimal compilation speed and the ability to use the
3248 system linker; to implement the Borland model a compiler vendor also
3249 needs to replace the linker.  The disadvantages are vastly increased
3250 complexity, and thus potential for error; for some code this can be
3251 just as transparent, but in practice it can been very difficult to build
3252 multiple programs in one directory and one program in multiple
3253 directories.  Code written for this model tends to separate definitions
3254 of non-inline member templates into a separate file, which should be
3255 compiled separately.
3256 @end table
3257
3258 When used with GNU ld version 2.8 or later on an ELF system such as
3259 Linux/GNU or Solaris 2, or on Microsoft Windows, g++ supports the
3260 Borland model.  On other systems, g++ implements neither automatic
3261 model.
3262
3263 A future version of g++ will support a hybrid model whereby the compiler
3264 will emit any instantiations for which the template definition is
3265 included in the compile, and store template definitions and
3266 instantiation context information into the object file for the rest.
3267 The link wrapper will extract that information as necessary and invoke
3268 the compiler to produce the remaining instantiations.  The linker will
3269 then combine duplicate instantiations.
3270
3271 In the mean time, you have the following options for dealing with
3272 template instantiations:
3273
3274 @enumerate
3275 @item
3276 Compile your template-using code with @samp{-frepo}.  The compiler will
3277 generate files with the extension @samp{.rpo} listing all of the
3278 template instantiations used in the corresponding object files which
3279 could be instantiated there; the link wrapper, @samp{collect2}, will
3280 then update the @samp{.rpo} files to tell the compiler where to place
3281 those instantiations and rebuild any affected object files.  The
3282 link-time overhead is negligible after the first pass, as the compiler
3283 will continue to place the instantiations in the same files.
3284
3285 This is your best option for application code written for the Borland
3286 model, as it will just work.  Code written for the Cfront model will
3287 need to be modified so that the template definitions are available at
3288 one or more points of instantiation; usually this is as simple as adding
3289 @code{#include <tmethods.cc>} to the end of each template header.
3290
3291 For library code, if you want the library to provide all of the template
3292 instantiations it needs, just try to link all of its object files
3293 together; the link will fail, but cause the instantiations to be
3294 generated as a side effect.  Be warned, however, that this may cause
3295 conflicts if multiple libraries try to provide the same instantiations.
3296 For greater control, use explicit instantiation as described in the next
3297 option.
3298
3299 @item
3300 Compile your code with @samp{-fno-implicit-templates} to disable the
3301 implicit generation of template instances, and explicitly instantiate
3302 all the ones you use.  This approach requires more knowledge of exactly
3303 which instances you need than do the others, but it's less
3304 mysterious and allows greater control.  You can scatter the explicit
3305 instantiations throughout your program, perhaps putting them in the
3306 translation units where the instances are used or the translation units
3307 that define the templates themselves; you can put all of the explicit
3308 instantiations you need into one big file; or you can create small files
3309 like
3310
3311 @example
3312 #include "Foo.h"
3313 #include "Foo.cc"
3314
3315 template class Foo<int>;
3316 template ostream& operator <<
3317                 (ostream&, const Foo<int>&);
3318 @end example
3319
3320 for each of the instances you need, and create a template instantiation
3321 library from those.
3322
3323 If you are using Cfront-model code, you can probably get away with not
3324 using @samp{-fno-implicit-templates} when compiling files that don't
3325 @samp{#include} the member template definitions.
3326
3327 If you use one big file to do the instantiations, you may want to
3328 compile it without @samp{-fno-implicit-templates} so you get all of the
3329 instances required by your explicit instantiations (but not by any
3330 other files) without having to specify them as well.
3331
3332 g++ has extended the template instantiation syntax outlined in the
3333 Working Paper to allow forward declaration of explicit instantiations,
3334 explicit instantiation of members of template classes and instantiation
3335 of the compiler support data for a template class (i.e. the vtable)
3336 without instantiating any of its members:
3337
3338 @example
3339 extern template int max (int, int);
3340 template void Foo<int>::f ();
3341 inline template class Foo<int>;
3342 @end example
3343
3344 @item
3345 Do nothing.  Pretend g++ does implement automatic instantiation
3346 management.  Code written for the Borland model will work fine, but
3347 each translation unit will contain instances of each of the templates it
3348 uses.  In a large program, this can lead to an unacceptable amount of code
3349 duplication.
3350
3351 @item
3352 Add @samp{#pragma interface} to all files containing template
3353 definitions.  For each of these files, add @samp{#pragma implementation
3354 "@var{filename}"} to the top of some @samp{.C} file which
3355 @samp{#include}s it.  Then compile everything with
3356 @samp{-fexternal-templates}.  The templates will then only be expanded
3357 in the translation unit which implements them (i.e. has a @samp{#pragma
3358 implementation} line for the file where they live); all other files will
3359 use external references.  If you're lucky, everything should work
3360 properly.  If you get undefined symbol errors, you need to make sure
3361 that each template instance which is used in the program is used in the
3362 file which implements that template.  If you don't have any use for a
3363 particular instance in that file, you can just instantiate it
3364 explicitly, using the syntax from the latest C++ working paper:
3365
3366 @example
3367 template class A<int>;
3368 template ostream& operator << (ostream&, const A<int>&);
3369 @end example
3370
3371 This strategy will work with code written for either model.  If you are
3372 using code written for the Cfront model, the file containing a class
3373 template and the file containing its member templates should be
3374 implemented in the same translation unit.
3375
3376 A slight variation on this approach is to instead use the flag
3377 @samp{-falt-external-templates}; this flag causes template
3378 instances to be emitted in the translation unit that implements the
3379 header where they are first instantiated, rather than the one which
3380 implements the file where the templates are defined.  This header must
3381 be the same in all translation units, or things are likely to break.
3382
3383 @xref{C++ Interface,,Declarations and Definitions in One Header}, for
3384 more discussion of these pragmas.
3385 @end enumerate
3386
3387 @node C++ Signatures
3388 @section Type Abstraction using Signatures
3389
3390 @findex signature
3391 @cindex type abstraction, C++
3392 @cindex C++ type abstraction
3393 @cindex subtype polymorphism, C++
3394 @cindex C++ subtype polymorphism
3395 @cindex signatures, C++
3396 @cindex C++ signatures
3397
3398 In GNU C++, you can use the keyword @code{signature} to define a
3399 completely abstract class interface as a datatype.  You can connect this
3400 abstraction with actual classes using signature pointers.  If you want
3401 to use signatures, run the GNU compiler with the
3402 @samp{-fhandle-signatures} command-line option.  (With this option, the
3403 compiler reserves a second keyword @code{sigof} as well, for a future
3404 extension.)
3405
3406 Roughly, signatures are type abstractions or interfaces of classes.
3407 Some other languages have similar facilities.  C++ signatures are
3408 related to ML's signatures, Haskell's type classes, definition modules
3409 in Modula-2, interface modules in Modula-3, abstract types in Emerald,
3410 type modules in Trellis/Owl, categories in Scratchpad II, and types in
3411 POOL-I.  For a more detailed discussion of signatures, see
3412 @cite{Signatures: A Language Extension for Improving Type Abstraction and
3413 Subtype Polymorphism in C++}
3414 by @w{Gerald} Baumgartner and Vincent F. Russo (Tech report
3415 CSD--TR--95--051, Dept. of Computer Sciences, Purdue University,
3416 August 1995, a slightly improved version appeared in
3417 @emph{Software---Practice & Experience}, @b{25}(8), pp. 863--889,
3418 August 1995).  You can get the tech report by anonymous FTP from
3419 @code{ftp.cs.purdue.edu} in @file{pub/gb/Signature-design.ps.gz}.
3420
3421 Syntactically, a signature declaration is a collection of
3422 member function declarations and nested type declarations.
3423 For example, this signature declaration defines a new abstract type
3424 @code{S} with member functions @samp{int foo ()} and @samp{int bar (int)}:
3425
3426 @example
3427 signature S
3428 @{
3429   int foo ();
3430   int bar (int);
3431 @};
3432 @end example
3433
3434 Since signature types do not include implementation definitions, you
3435 cannot write an instance of a signature directly.  Instead, you can
3436 define a pointer to any class that contains the required interfaces as a
3437 @dfn{signature pointer}.  Such a class @dfn{implements} the signature
3438 type.
3439 @c Eventually signature references should work too.
3440
3441 To use a class as an implementation of @code{S}, you must ensure that
3442 the class has public member functions @samp{int foo ()} and @samp{int
3443 bar (int)}.  The class can have other member functions as well, public
3444 or not; as long as it offers what's declared in the signature, it is
3445 suitable as an implementation of that signature type.
3446
3447 For example, suppose that @code{C} is a class that meets the
3448 requirements of signature @code{S} (@code{C} @dfn{conforms to}
3449 @code{S}).  Then
3450
3451 @example
3452 C obj;
3453 S * p = &obj;
3454 @end example
3455
3456 @noindent
3457 defines a signature pointer @code{p} and initializes it to point to an
3458 object of type @code{C}.
3459 The member function call @w{@samp{int i = p->foo ();}}
3460 executes @samp{obj.foo ()}.
3461
3462 @cindex @code{signature} in C++, advantages
3463 Abstract virtual classes provide somewhat similar facilities in standard
3464 C++.  There are two main advantages to using signatures instead:
3465
3466 @enumerate
3467 @item
3468 Subtyping becomes independent from inheritance.  A class or signature
3469 type @code{T} is a subtype of a signature type @code{S} independent of
3470 any inheritance hierarchy as long as all the member functions declared
3471 in @code{S} are also found in @code{T}.  So you can define a subtype
3472 hierarchy that is completely independent from any inheritance
3473 (implementation) hierarchy, instead of being forced to use types that
3474 mirror the class inheritance hierarchy.
3475
3476 @item
3477 Signatures allow you to work with existing class hierarchies as
3478 implementations of a signature type.  If those class hierarchies are
3479 only available in compiled form, you're out of luck with abstract virtual
3480 classes, since an abstract virtual class cannot be retrofitted on top of
3481 existing class hierarchies.  So you would be required to write interface
3482 classes as subtypes of the abstract virtual class.
3483 @end enumerate
3484
3485 @cindex default implementation, signature member function
3486 @cindex signature member function default implementation
3487 There is one more detail about signatures.  A signature declaration can
3488 contain member function @emph{definitions} as well as member function
3489 declarations.  A signature member function with a full definition is
3490 called a @emph{default implementation}; classes need not contain that
3491 particular interface in order to conform.  For example, a
3492 class @code{C} can conform to the signature
3493
3494 @example
3495 signature T
3496 @{
3497   int f (int);
3498   int f0 () @{ return f (0); @};
3499 @};
3500 @end example
3501
3502 @noindent
3503 whether or not @code{C} implements the member function @samp{int f0 ()}.
3504 If you define @code{C::f0}, that definition takes precedence;
3505 otherwise, the default implementation @code{S::f0} applies.
3506
3507 @ignore
3508 There will be more support for signatures in the future.
3509 Add to this doc as the implementation grows.
3510 In particular, the following features are planned but not yet
3511 implemented:
3512 @itemize @bullet
3513 @item signature references,
3514 @item signature inheritance,
3515 @item the @code{sigof} construct for extracting the signature information
3516       of a class,
3517 @item views for renaming member functions when matching a class type
3518       with a signature type,
3519 @item specifying exceptions with signature member functions, and
3520 @item signature templates.
3521 @end itemize
3522 This list is roughly in the order in which we intend to implement
3523 them.  Watch this space for updates.
3524 @end ignore