OSDN Git Service

Initial revision
[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 from @samp{maya.idiap.ch} in directory @file{pub/tmb},
371 file @file{usenix88-lexic.ps.Z}.
372
373 A nested function can jump to a label inherited from a containing
374 function, provided the label was explicitly declared in the containing
375 function (@pxref{Local Labels}).  Such a jump returns instantly to the
376 containing function, exiting the nested function which did the
377 @code{goto} and any intermediate functions as well.  Here is an example:
378
379 @example
380 @group
381 bar (int *array, int offset, int size)
382 @{
383   __label__ failure;
384   int access (int *array, int index)
385     @{
386       if (index > size)
387         goto failure;
388       return array[index + offset];
389     @}
390   int i;
391   @dots{}
392   for (i = 0; i < size; i++)
393     @dots{} access (array, i) @dots{}
394   @dots{}
395   return 0;
396
397  /* @r{Control comes here from @code{access}
398     if it detects an error.}  */
399  failure:
400   return -1;
401 @}
402 @end group
403 @end example
404
405 A nested function always has internal linkage.  Declaring one with
406 @code{extern} is erroneous.  If you need to declare the nested function
407 before its definition, use @code{auto} (which is otherwise meaningless
408 for function declarations).
409
410 @example
411 bar (int *array, int offset, int size)
412 @{
413   __label__ failure;
414   auto int access (int *, int);
415   @dots{}
416   int access (int *array, int index)
417     @{
418       if (index > size)
419         goto failure;
420       return array[index + offset];
421     @}
422   @dots{}
423 @}
424 @end example
425
426 @node Constructing Calls
427 @section Constructing Function Calls
428 @cindex constructing calls
429 @cindex forwarding calls
430
431 Using the built-in functions described below, you can record
432 the arguments a function received, and call another function
433 with the same arguments, without knowing the number or types
434 of the arguments.
435
436 You can also record the return value of that function call,
437 and later return that value, without knowing what data type
438 the function tried to return (as long as your caller expects
439 that data type).
440
441 @table @code
442 @findex __builtin_apply_args
443 @item __builtin_apply_args ()
444 This built-in function returns a pointer of type @code{void *} to data
445 describing how to perform a call with the same arguments as were passed
446 to the current function.
447
448 The function saves the arg pointer register, structure value address,
449 and all registers that might be used to pass arguments to a function
450 into a block of memory allocated on the stack.  Then it returns the
451 address of that block.
452
453 @findex __builtin_apply
454 @item __builtin_apply (@var{function}, @var{arguments}, @var{size})
455 This built-in function invokes @var{function} (type @code{void (*)()})
456 with a copy of the parameters described by @var{arguments} (type
457 @code{void *}) and @var{size} (type @code{int}).
458
459 The value of @var{arguments} should be the value returned by
460 @code{__builtin_apply_args}.  The argument @var{size} specifies the size
461 of the stack argument data, in bytes.
462
463 This function returns a pointer of type @code{void *} to data describing
464 how to return whatever value was returned by @var{function}.  The data
465 is saved in a block of memory allocated on the stack.
466
467 It is not always simple to compute the proper value for @var{size}.  The
468 value is used by @code{__builtin_apply} to compute the amount of data
469 that should be pushed on the stack and copied from the incoming argument
470 area.
471
472 @findex __builtin_return
473 @item __builtin_return (@var{result})
474 This built-in function returns the value described by @var{result} from
475 the containing function.  You should specify, for @var{result}, a value
476 returned by @code{__builtin_apply}.
477 @end table
478
479 @node Naming Types
480 @section Naming an Expression's Type
481 @cindex naming types
482
483 You can give a name to the type of an expression using a @code{typedef}
484 declaration with an initializer.  Here is how to define @var{name} as a
485 type name for the type of @var{exp}:
486
487 @example
488 typedef @var{name} = @var{exp};
489 @end example
490
491 This is useful in conjunction with the statements-within-expressions
492 feature.  Here is how the two together can be used to define a safe
493 ``maximum'' macro that operates on any arithmetic type:
494
495 @example
496 #define max(a,b) \
497   (@{typedef _ta = (a), _tb = (b);  \
498     _ta _a = (a); _tb _b = (b);     \
499     _a > _b ? _a : _b; @})
500 @end example
501
502 @cindex underscores in variables in macros
503 @cindex @samp{_} in variables in macros
504 @cindex local variables in macros
505 @cindex variables, local, in macros
506 @cindex macros, local variables in
507
508 The reason for using names that start with underscores for the local
509 variables is to avoid conflicts with variable names that occur within the
510 expressions that are substituted for @code{a} and @code{b}.  Eventually we
511 hope to design a new form of declaration syntax that allows you to declare
512 variables whose scopes start only after their initializers; this will be a
513 more reliable way to prevent such conflicts.
514
515 @node Typeof
516 @section Referring to a Type with @code{typeof}
517 @findex typeof
518 @findex sizeof
519 @cindex macros, types of arguments
520
521 Another way to refer to the type of an expression is with @code{typeof}.
522 The syntax of using of this keyword looks like @code{sizeof}, but the
523 construct acts semantically like a type name defined with @code{typedef}.
524
525 There are two ways of writing the argument to @code{typeof}: with an
526 expression or with a type.  Here is an example with an expression:
527
528 @example
529 typeof (x[0](1))
530 @end example
531
532 @noindent
533 This assumes that @code{x} is an array of functions; the type described
534 is that of the values of the functions.
535
536 Here is an example with a typename as the argument:
537
538 @example
539 typeof (int *)
540 @end example
541
542 @noindent
543 Here the type described is that of pointers to @code{int}.
544
545 If you are writing a header file that must work when included in ANSI C
546 programs, write @code{__typeof__} instead of @code{typeof}.
547 @xref{Alternate Keywords}.
548
549 A @code{typeof}-construct can be used anywhere a typedef name could be
550 used.  For example, you can use it in a declaration, in a cast, or inside
551 of @code{sizeof} or @code{typeof}.
552
553 @itemize @bullet
554 @item
555 This declares @code{y} with the type of what @code{x} points to.
556
557 @example
558 typeof (*x) y;
559 @end example
560
561 @item
562 This declares @code{y} as an array of such values.
563
564 @example
565 typeof (*x) y[4];
566 @end example
567
568 @item
569 This declares @code{y} as an array of pointers to characters:
570
571 @example
572 typeof (typeof (char *)[4]) y;
573 @end example
574
575 @noindent
576 It is equivalent to the following traditional C declaration:
577
578 @example
579 char *y[4];
580 @end example
581
582 To see the meaning of the declaration using @code{typeof}, and why it
583 might be a useful way to write, let's rewrite it with these macros:
584
585 @example
586 #define pointer(T)  typeof(T *)
587 #define array(T, N) typeof(T [N])
588 @end example
589
590 @noindent
591 Now the declaration can be rewritten this way:
592
593 @example
594 array (pointer (char), 4) y;
595 @end example
596
597 @noindent
598 Thus, @code{array (pointer (char), 4)} is the type of arrays of 4
599 pointers to @code{char}.
600 @end itemize
601
602 @node Lvalues
603 @section Generalized Lvalues
604 @cindex compound expressions as lvalues
605 @cindex expressions, compound, as lvalues
606 @cindex conditional expressions as lvalues
607 @cindex expressions, conditional, as lvalues
608 @cindex casts as lvalues
609 @cindex generalized lvalues
610 @cindex lvalues, generalized
611 @cindex extensions, @code{?:}
612 @cindex @code{?:} extensions
613 Compound expressions, conditional expressions and casts are allowed as
614 lvalues provided their operands are lvalues.  This means that you can take
615 their addresses or store values into them.
616
617 Standard C++ allows compound expressions and conditional expressions as
618 lvalues, and permits casts to reference type, so use of this extension
619 is deprecated for C++ code.
620
621 For example, a compound expression can be assigned, provided the last
622 expression in the sequence is an lvalue.  These two expressions are
623 equivalent:
624
625 @example
626 (a, b) += 5
627 a, (b += 5)
628 @end example
629
630 Similarly, the address of the compound expression can be taken.  These two
631 expressions are equivalent:
632
633 @example
634 &(a, b)
635 a, &b
636 @end example
637
638 A conditional expression is a valid lvalue if its type is not void and the
639 true and false branches are both valid lvalues.  For example, these two
640 expressions are equivalent:
641
642 @example
643 (a ? b : c) = 5
644 (a ? b = 5 : (c = 5))
645 @end example
646
647 A cast is a valid lvalue if its operand is an lvalue.  A simple
648 assignment whose left-hand side is a cast works by converting the
649 right-hand side first to the specified type, then to the type of the
650 inner left-hand side expression.  After this is stored, the value is
651 converted back to the specified type to become the value of the
652 assignment.  Thus, if @code{a} has type @code{char *}, the following two
653 expressions are equivalent:
654
655 @example
656 (int)a = 5
657 (int)(a = (char *)(int)5)
658 @end example
659
660 An assignment-with-arithmetic operation such as @samp{+=} applied to a cast
661 performs the arithmetic using the type resulting from the cast, and then
662 continues as in the previous case.  Therefore, these two expressions are
663 equivalent:
664
665 @example
666 (int)a += 5
667 (int)(a = (char *)(int) ((int)a + 5))
668 @end example
669
670 You cannot take the address of an lvalue cast, because the use of its
671 address would not work out coherently.  Suppose that @code{&(int)f} were
672 permitted, where @code{f} has type @code{float}.  Then the following
673 statement would try to store an integer bit-pattern where a floating
674 point number belongs:
675
676 @example
677 *&(int)f = 1;
678 @end example
679
680 This is quite different from what @code{(int)f = 1} would do---that
681 would convert 1 to floating point and store it.  Rather than cause this
682 inconsistency, we think it is better to prohibit use of @samp{&} on a cast.
683
684 If you really do want an @code{int *} pointer with the address of
685 @code{f}, you can simply write @code{(int *)&f}.
686
687 @node Conditionals
688 @section Conditionals with Omitted Operands
689 @cindex conditional expressions, extensions
690 @cindex omitted middle-operands
691 @cindex middle-operands, omitted
692 @cindex extensions, @code{?:}
693 @cindex @code{?:} extensions
694
695 The middle operand in a conditional expression may be omitted.  Then
696 if the first operand is nonzero, its value is the value of the conditional
697 expression.
698
699 Therefore, the expression
700
701 @example
702 x ? : y
703 @end example
704
705 @noindent
706 has the value of @code{x} if that is nonzero; otherwise, the value of
707 @code{y}.
708
709 This example is perfectly equivalent to
710
711 @example
712 x ? x : y
713 @end example
714
715 @cindex side effect in ?:
716 @cindex ?: side effect
717 @noindent
718 In this simple case, the ability to omit the middle operand is not
719 especially useful.  When it becomes useful is when the first operand does,
720 or may (if it is a macro argument), contain a side effect.  Then repeating
721 the operand in the middle would perform the side effect twice.  Omitting
722 the middle operand uses the value already computed without the undesirable
723 effects of recomputing it.
724
725 @node Long Long
726 @section Double-Word Integers
727 @cindex @code{long long} data types
728 @cindex double-word arithmetic
729 @cindex multiprecision arithmetic
730
731 GNU C supports data types for integers that are twice as long as
732 @code{int}.  Simply write @code{long long int} for a signed integer, or
733 @code{unsigned long long int} for an unsigned integer.  To make an
734 integer constant of type @code{long long int}, add the suffix @code{LL}
735 to the integer.  To make an integer constant of type @code{unsigned long
736 long int}, add the suffix @code{ULL} to the integer.
737
738 You can use these types in arithmetic like any other integer types.
739 Addition, subtraction, and bitwise boolean operations on these types
740 are open-coded on all types of machines.  Multiplication is open-coded
741 if the machine supports fullword-to-doubleword a widening multiply
742 instruction.  Division and shifts are open-coded only on machines that
743 provide special support.  The operations that are not open-coded use
744 special library routines that come with GNU CC.
745
746 There may be pitfalls when you use @code{long long} types for function
747 arguments, unless you declare function prototypes.  If a function
748 expects type @code{int} for its argument, and you pass a value of type
749 @code{long long int}, confusion will result because the caller and the
750 subroutine will disagree about the number of bytes for the argument.
751 Likewise, if the function expects @code{long long int} and you pass
752 @code{int}.  The best way to avoid such problems is to use prototypes.
753
754 @node Complex
755 @section Complex Numbers
756 @cindex complex numbers
757
758 GNU C supports complex data types.  You can declare both complex integer
759 types and complex floating types, using the keyword @code{__complex__}.
760
761 For example, @samp{__complex__ double x;} declares @code{x} as a
762 variable whose real part and imaginary part are both of type
763 @code{double}.  @samp{__complex__ short int y;} declares @code{y} to
764 have real and imaginary parts of type @code{short int}; this is not
765 likely to be useful, but it shows that the set of complex types is
766 complete.
767
768 To write a constant with a complex data type, use the suffix @samp{i} or
769 @samp{j} (either one; they are equivalent).  For example, @code{2.5fi}
770 has type @code{__complex__ float} and @code{3i} has type
771 @code{__complex__ int}.  Such a constant always has a pure imaginary
772 value, but you can form any complex value you like by adding one to a
773 real constant.
774
775 To extract the real part of a complex-valued expression @var{exp}, write
776 @code{__real__ @var{exp}}.  Likewise, use @code{__imag__} to
777 extract the imaginary part.
778
779 The operator @samp{~} performs complex conjugation when used on a value
780 with a complex type.
781
782 GNU CC can allocate complex automatic variables in a noncontiguous
783 fashion; it's even possible for the real part to be in a register while
784 the imaginary part is on the stack (or vice-versa).  None of the
785 supported debugging info formats has a way to represent noncontiguous
786 allocation like this, so GNU CC describes a noncontiguous complex
787 variable as if it were two separate variables of noncomplex type.
788 If the variable's actual name is @code{foo}, the two fictitious
789 variables are named @code{foo$real} and @code{foo$imag}.  You can
790 examine and set these two fictitious variables with your debugger.
791
792 A future version of GDB will know how to recognize such pairs and treat
793 them as a single variable with a complex type.
794
795 @node Zero Length
796 @section Arrays of Length Zero
797 @cindex arrays of length zero
798 @cindex zero-length arrays
799 @cindex length-zero arrays
800
801 Zero-length arrays are allowed in GNU C.  They are very useful as the last
802 element of a structure which is really a header for a variable-length
803 object:
804
805 @example
806 struct line @{
807   int length;
808   char contents[0];
809 @};
810
811 @{
812   struct line *thisline = (struct line *)
813     malloc (sizeof (struct line) + this_length);
814   thisline->length = this_length;
815 @}
816 @end example
817
818 In standard C, you would have to give @code{contents} a length of 1, which
819 means either you waste space or complicate the argument to @code{malloc}.
820
821 @node Variable Length
822 @section Arrays of Variable Length
823 @cindex variable-length arrays
824 @cindex arrays of variable length
825
826 Variable-length automatic arrays are allowed in GNU C.  These arrays are
827 declared like any other automatic arrays, but with a length that is not
828 a constant expression.  The storage is allocated at the point of
829 declaration and deallocated when the brace-level is exited.  For
830 example:
831
832 @example
833 FILE *
834 concat_fopen (char *s1, char *s2, char *mode)
835 @{
836   char str[strlen (s1) + strlen (s2) + 1];
837   strcpy (str, s1);
838   strcat (str, s2);
839   return fopen (str, mode);
840 @}
841 @end example
842
843 @cindex scope of a variable length array
844 @cindex variable-length array scope
845 @cindex deallocating variable length arrays
846 Jumping or breaking out of the scope of the array name deallocates the
847 storage.  Jumping into the scope is not allowed; you get an error
848 message for it.
849
850 @cindex @code{alloca} vs variable-length arrays
851 You can use the function @code{alloca} to get an effect much like
852 variable-length arrays.  The function @code{alloca} is available in
853 many other C implementations (but not in all).  On the other hand,
854 variable-length arrays are more elegant.
855
856 There are other differences between these two methods.  Space allocated
857 with @code{alloca} exists until the containing @emph{function} returns.
858 The space for a variable-length array is deallocated as soon as the array
859 name's scope ends.  (If you use both variable-length arrays and
860 @code{alloca} in the same function, deallocation of a variable-length array
861 will also deallocate anything more recently allocated with @code{alloca}.)
862
863 You can also use variable-length arrays as arguments to functions:
864
865 @example
866 struct entry
867 tester (int len, char data[len][len])
868 @{
869   @dots{}
870 @}
871 @end example
872
873 The length of an array is computed once when the storage is allocated
874 and is remembered for the scope of the array in case you access it with
875 @code{sizeof}.
876
877 If you want to pass the array first and the length afterward, you can
878 use a forward declaration in the parameter list---another GNU extension.
879
880 @example
881 struct entry
882 tester (int len; char data[len][len], int len)
883 @{
884   @dots{}
885 @}
886 @end example
887
888 @cindex parameter forward declaration
889 The @samp{int len} before the semicolon is a @dfn{parameter forward
890 declaration}, and it serves the purpose of making the name @code{len}
891 known when the declaration of @code{data} is parsed.
892
893 You can write any number of such parameter forward declarations in the
894 parameter list.  They can be separated by commas or semicolons, but the
895 last one must end with a semicolon, which is followed by the ``real''
896 parameter declarations.  Each forward declaration must match a ``real''
897 declaration in parameter name and data type.
898
899 @node Macro Varargs
900 @section Macros with Variable Numbers of Arguments
901 @cindex variable number of arguments
902 @cindex macro with variable arguments
903 @cindex rest argument (in macro)
904
905 In GNU C, a macro can accept a variable number of arguments, much as a
906 function can.  The syntax for defining the macro looks much like that
907 used for a function.  Here is an example:
908
909 @example
910 #define eprintf(format, args...)  \
911  fprintf (stderr, format , ## args)
912 @end example
913
914 Here @code{args} is a @dfn{rest argument}: it takes in zero or more
915 arguments, as many as the call contains.  All of them plus the commas
916 between them form the value of @code{args}, which is substituted into
917 the macro body where @code{args} is used.  Thus, we have this expansion:
918
919 @example
920 eprintf ("%s:%d: ", input_file_name, line_number)
921 @expansion{}
922 fprintf (stderr, "%s:%d: " , input_file_name, line_number)
923 @end example
924
925 @noindent
926 Note that the comma after the string constant comes from the definition
927 of @code{eprintf}, whereas the last comma comes from the value of
928 @code{args}.
929
930 The reason for using @samp{##} is to handle the case when @code{args}
931 matches no arguments at all.  In this case, @code{args} has an empty
932 value.  In this case, the second comma in the definition becomes an
933 embarrassment: if it got through to the expansion of the macro, we would
934 get something like this:
935
936 @example
937 fprintf (stderr, "success!\n" , )
938 @end example
939
940 @noindent
941 which is invalid C syntax.  @samp{##} gets rid of the comma, so we get
942 the following instead:
943
944 @example
945 fprintf (stderr, "success!\n")
946 @end example
947
948 This is a special feature of the GNU C preprocessor: @samp{##} before a
949 rest argument that is empty discards the preceding sequence of
950 non-whitespace characters from the macro definition.  (If another macro
951 argument precedes, none of it is discarded.)
952
953 It might be better to discard the last preprocessor token instead of the
954 last preceding sequence of non-whitespace characters; in fact, we may
955 someday change this feature to do so.  We advise you to write the macro
956 definition so that the preceding sequence of non-whitespace characters
957 is just a single token, so that the meaning will not change if we change
958 the definition of this feature.
959
960 @node Subscripting
961 @section Non-Lvalue Arrays May Have Subscripts
962 @cindex subscripting
963 @cindex arrays, non-lvalue
964
965 @cindex subscripting and function values
966 Subscripting is allowed on arrays that are not lvalues, even though the
967 unary @samp{&} operator is not.  For example, this is valid in GNU C though
968 not valid in other C dialects:
969
970 @example
971 @group
972 struct foo @{int a[4];@};
973
974 struct foo f();
975
976 bar (int index)
977 @{
978   return f().a[index];
979 @}
980 @end group
981 @end example
982
983 @node Pointer Arith
984 @section Arithmetic on @code{void}- and Function-Pointers
985 @cindex void pointers, arithmetic
986 @cindex void, size of pointer to
987 @cindex function pointers, arithmetic
988 @cindex function, size of pointer to
989
990 In GNU C, addition and subtraction operations are supported on pointers to
991 @code{void} and on pointers to functions.  This is done by treating the
992 size of a @code{void} or of a function as 1.
993
994 A consequence of this is that @code{sizeof} is also allowed on @code{void}
995 and on function types, and returns 1.
996
997 The option @samp{-Wpointer-arith} requests a warning if these extensions
998 are used.
999
1000 @node Initializers
1001 @section Non-Constant Initializers
1002 @cindex initializers, non-constant
1003 @cindex non-constant initializers
1004
1005 As in standard C++, the elements of an aggregate initializer for an
1006 automatic variable are not required to be constant expressions in GNU C.
1007 Here is an example of an initializer with run-time varying elements:
1008
1009 @example
1010 foo (float f, float g)
1011 @{
1012   float beat_freqs[2] = @{ f-g, f+g @};
1013   @dots{}
1014 @}
1015 @end example
1016
1017 @node Constructors
1018 @section Constructor Expressions
1019 @cindex constructor expressions
1020 @cindex initializations in expressions
1021 @cindex structures, constructor expression
1022 @cindex expressions, constructor
1023
1024 GNU C supports constructor expressions.  A constructor looks like
1025 a cast containing an initializer.  Its value is an object of the
1026 type specified in the cast, containing the elements specified in
1027 the initializer.
1028
1029 Usually, the specified type is a structure.  Assume that
1030 @code{struct foo} and @code{structure} are declared as shown:
1031
1032 @example
1033 struct foo @{int a; char b[2];@} structure;
1034 @end example
1035
1036 @noindent
1037 Here is an example of constructing a @code{struct foo} with a constructor:
1038
1039 @example
1040 structure = ((struct foo) @{x + y, 'a', 0@});
1041 @end example
1042
1043 @noindent
1044 This is equivalent to writing the following:
1045
1046 @example
1047 @{
1048   struct foo temp = @{x + y, 'a', 0@};
1049   structure = temp;
1050 @}
1051 @end example
1052
1053 You can also construct an array.  If all the elements of the constructor
1054 are (made up of) simple constant expressions, suitable for use in
1055 initializers, then the constructor is an lvalue and can be coerced to a
1056 pointer to its first element, as shown here:
1057
1058 @example
1059 char **foo = (char *[]) @{ "x", "y", "z" @};
1060 @end example
1061
1062 Array constructors whose elements are not simple constants are
1063 not very useful, because the constructor is not an lvalue.  There
1064 are only two valid ways to use it: to subscript it, or initialize
1065 an array variable with it.  The former is probably slower than a
1066 @code{switch} statement, while the latter does the same thing an
1067 ordinary C initializer would do.  Here is an example of
1068 subscripting an array constructor:
1069
1070 @example
1071 output = ((int[]) @{ 2, x, 28 @}) [input];
1072 @end example
1073
1074 Constructor expressions for scalar types and union types are is
1075 also allowed, but then the constructor expression is equivalent
1076 to a cast.
1077
1078 @node Labeled Elements
1079 @section Labeled Elements in Initializers
1080 @cindex initializers with labeled elements
1081 @cindex labeled elements in initializers
1082 @cindex case labels in initializers
1083
1084 Standard C requires the elements of an initializer to appear in a fixed
1085 order, the same as the order of the elements in the array or structure
1086 being initialized.
1087
1088 In GNU C you can give the elements in any order, specifying the array
1089 indices or structure field names they apply to.  This extension is not
1090 implemented in GNU C++.
1091
1092 To specify an array index, write @samp{[@var{index}]} or
1093 @samp{[@var{index}] =} before the element value.  For example,
1094
1095 @example
1096 int a[6] = @{ [4] 29, [2] = 15 @};
1097 @end example
1098
1099 @noindent
1100 is equivalent to
1101
1102 @example
1103 int a[6] = @{ 0, 0, 15, 0, 29, 0 @};
1104 @end example
1105
1106 @noindent
1107 The index values must be constant expressions, even if the array being
1108 initialized is automatic.
1109
1110 To initialize a range of elements to the same value, write
1111 @samp{[@var{first} ... @var{last}] = @var{value}}.  For example,
1112
1113 @example
1114 int widths[] = @{ [0 ... 9] = 1, [10 ... 99] = 2, [100] = 3 @};
1115 @end example
1116
1117 @noindent
1118 Note that the length of the array is the highest value specified
1119 plus one.
1120
1121 In a structure initializer, specify the name of a field to initialize
1122 with @samp{@var{fieldname}:} before the element value.  For example,
1123 given the following structure,
1124
1125 @example
1126 struct point @{ int x, y; @};
1127 @end example
1128
1129 @noindent
1130 the following initialization
1131
1132 @example
1133 struct point p = @{ y: yvalue, x: xvalue @};
1134 @end example
1135
1136 @noindent
1137 is equivalent to
1138
1139 @example
1140 struct point p = @{ xvalue, yvalue @};
1141 @end example
1142
1143 Another syntax which has the same meaning is @samp{.@var{fieldname} =}.,
1144 as shown here:
1145
1146 @example
1147 struct point p = @{ .y = yvalue, .x = xvalue @};
1148 @end example
1149
1150 You can also use an element label (with either the colon syntax or the
1151 period-equal syntax) when initializing a union, to specify which element
1152 of the union should be used.  For example,
1153
1154 @example
1155 union foo @{ int i; double d; @};
1156
1157 union foo f = @{ d: 4 @};
1158 @end example
1159
1160 @noindent
1161 will convert 4 to a @code{double} to store it in the union using
1162 the second element.  By contrast, casting 4 to type @code{union foo}
1163 would store it into the union as the integer @code{i}, since it is
1164 an integer.  (@xref{Cast to Union}.)
1165
1166 You can combine this technique of naming elements with ordinary C
1167 initialization of successive elements.  Each initializer element that
1168 does not have a label applies to the next consecutive element of the
1169 array or structure.  For example,
1170
1171 @example
1172 int a[6] = @{ [1] = v1, v2, [4] = v4 @};
1173 @end example
1174
1175 @noindent
1176 is equivalent to
1177
1178 @example
1179 int a[6] = @{ 0, v1, v2, 0, v4, 0 @};
1180 @end example
1181
1182 Labeling the elements of an array initializer is especially useful
1183 when the indices are characters or belong to an @code{enum} type.
1184 For example:
1185
1186 @example
1187 int whitespace[256]
1188   = @{ [' '] = 1, ['\t'] = 1, ['\h'] = 1,
1189       ['\f'] = 1, ['\n'] = 1, ['\r'] = 1 @};
1190 @end example
1191
1192 @node Case Ranges
1193 @section Case Ranges
1194 @cindex case ranges
1195 @cindex ranges in case statements
1196
1197 You can specify a range of consecutive values in a single @code{case} label,
1198 like this:
1199
1200 @example
1201 case @var{low} ... @var{high}:
1202 @end example
1203
1204 @noindent
1205 This has the same effect as the proper number of individual @code{case}
1206 labels, one for each integer value from @var{low} to @var{high}, inclusive.
1207
1208 This feature is especially useful for ranges of ASCII character codes:
1209
1210 @example
1211 case 'A' ... 'Z':
1212 @end example
1213
1214 @strong{Be careful:} Write spaces around the @code{...}, for otherwise
1215 it may be parsed wrong when you use it with integer values.  For example,
1216 write this:
1217
1218 @example
1219 case 1 ... 5:
1220 @end example
1221
1222 @noindent
1223 rather than this:
1224
1225 @example
1226 case 1...5:
1227 @end example
1228
1229 @node Cast to Union
1230 @section Cast to a Union Type
1231 @cindex cast to a union
1232 @cindex union, casting to a
1233
1234 A cast to union type is similar to other casts, except that the type
1235 specified is a union type.  You can specify the type either with
1236 @code{union @var{tag}} or with a typedef name.  A cast to union is actually
1237 a constructor though, not a cast, and hence does not yield an lvalue like
1238 normal casts.  (@xref{Constructors}.)
1239
1240 The types that may be cast to the union type are those of the members
1241 of the union.  Thus, given the following union and variables:
1242
1243 @example
1244 union foo @{ int i; double d; @};
1245 int x;
1246 double y;
1247 @end example
1248
1249 @noindent
1250 both @code{x} and @code{y} can be cast to type @code{union} foo.
1251
1252 Using the cast as the right-hand side of an assignment to a variable of
1253 union type is equivalent to storing in a member of the union:
1254
1255 @example
1256 union foo u;
1257 @dots{}
1258 u = (union foo) x  @equiv{}  u.i = x
1259 u = (union foo) y  @equiv{}  u.d = y
1260 @end example
1261
1262 You can also use the union cast as a function argument:
1263
1264 @example
1265 void hack (union foo);
1266 @dots{}
1267 hack ((union foo) x);
1268 @end example
1269
1270 @node Function Attributes
1271 @section Declaring Attributes of Functions
1272 @cindex function attributes
1273 @cindex declaring attributes of functions
1274 @cindex functions that never return
1275 @cindex functions that have no side effects
1276 @cindex functions in arbitrary sections
1277 @cindex @code{volatile} applied to function
1278 @cindex @code{const} applied to function
1279 @cindex functions with @code{printf} or @code{scanf} style arguments
1280 @cindex functions that are passed arguments in registers on the 386
1281 @cindex functions that pop the argument stack on the 386
1282 @cindex functions that do not pop the argument stack on the 386
1283
1284 In GNU C, you declare certain things about functions called in your program
1285 which help the compiler optimize function calls and check your code more
1286 carefully.
1287
1288 The keyword @code{__attribute__} allows you to specify special
1289 attributes when making a declaration.  This keyword is followed by an
1290 attribute specification inside double parentheses.  Eight attributes,
1291 @code{noreturn}, @code{const}, @code{format}, @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 or @code{scanf} style arguments which should be type-checked against a
1385 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} or @code{scanf}.  The
1400 parameter @var{string-index} specifies which argument is the format
1401 string argument (starting from 1), while @var{first-to-check} is the
1402 number of the first argument to check against the format string.  For
1403 functions where the arguments are not available to be checked (such as
1404 @code{vprintf}), specify the third parameter as zero.  In this case the
1405 compiler only checks the format string for consistency.
1406
1407 In the example above, the format string (@code{my_format}) is the second
1408 argument of the function @code{my_print}, and the arguments to check
1409 start with the third argument, so the correct parameters for the format
1410 attribute are 2 and 3.
1411
1412 The @code{format} attribute allows you to identify your own functions
1413 which take format strings as arguments, so that GNU CC can check the
1414 calls to these functions for errors.  The compiler always checks formats
1415 for the ANSI library functions @code{printf}, @code{fprintf},
1416 @code{sprintf}, @code{scanf}, @code{fscanf}, @code{sscanf},
1417 @code{vprintf}, @code{vfprintf} and @code{vsprintf} whenever such
1418 warnings are requested (using @samp{-Wformat}), so there is no need to
1419 modify the header file @file{stdio.h}.
1420
1421 @item format_arg (@var{string-index})
1422 @cindex @code{format_arg} function attribute
1423 The @code{format_arg} attribute specifies that a function takes
1424 @code{printf} or @code{scanf} style arguments, modifies it (for example,
1425 to translate it into another language), and passes it to a @code{printf}
1426 or @code{scanf} style function.  For example, the declaration:
1427
1428 @smallexample
1429 extern char *
1430 my_dgettext (char *my_domain, const char *my_format)
1431       __attribute__ ((format_arg (2)));
1432 @end smallexample
1433
1434 @noindent
1435 causes the compiler to check the arguments in calls to
1436 @code{my_dgettext} whose result is passed to a @code{printf} or
1437 @code{scanf} type function for consistency with the @code{printf} style
1438 format string argument @code{my_format}.
1439
1440 The parameter @var{string-index} specifies which argument is the format
1441 string argument (starting from 1).
1442
1443 The @code{format-arg} attribute allows you to identify your own
1444 functions which modify format strings, so that GNU CC can check the
1445 calls to @code{printf} and @code{scanf} function whose operands are a
1446 call to one of your own function.  The compiler always treats
1447 @code{gettext}, @code{dgettext}, and @code{dcgettext} in this manner.
1448
1449 @item section ("section-name")
1450 @cindex @code{section} function attribute
1451 Normally, the compiler places the code it generates in the @code{text} section.
1452 Sometimes, however, you need additional sections, or you need certain
1453 particular functions to appear in special sections.  The @code{section}
1454 attribute specifies that a function lives in a particular section.
1455 For example, the declaration:
1456
1457 @smallexample
1458 extern void foobar (void) __attribute__ ((section ("bar")));
1459 @end smallexample
1460
1461 @noindent
1462 puts the function @code{foobar} in the @code{bar} section.
1463
1464 Some file formats do not support arbitrary sections so the @code{section}
1465 attribute is not available on all platforms.
1466 If you need to map the entire contents of a module to a particular
1467 section, consider using the facilities of the linker instead.
1468
1469 @item constructor
1470 @itemx destructor
1471 @cindex @code{constructor} function attribute
1472 @cindex @code{destructor} function attribute
1473 The @code{constructor} attribute causes the function to be called
1474 automatically before execution enters @code{main ()}.  Similarly, the
1475 @code{destructor} attribute causes the function to be called
1476 automatically after @code{main ()} has completed or @code{exit ()} has
1477 been called.  Functions with these attributes are useful for
1478 initializing data that will be used implicitly during the execution of
1479 the program.
1480
1481 These attributes are not currently implemented for Objective C.
1482
1483 @item unused
1484 This attribute, attached to a function, means that the function is meant
1485 to be possibly unused.  GNU CC will not produce a warning for this
1486 function.  GNU C++ does not currently support this attribute as
1487 definitions without parameters are valid in C++.
1488
1489 @item weak
1490 @cindex @code{weak} attribute
1491 The @code{weak} attribute causes the declaration to be emitted as a weak
1492 symbol rather than a global.  This is primarily useful in defining
1493 library functions which can be overridden in user code, though it can
1494 also be used with non-function declarations.  Weak symbols are supported
1495 for ELF targets, and also for a.out targets when using the GNU assembler
1496 and linker.
1497
1498 @item alias ("target")
1499 @cindex @code{alias} attribute
1500 The @code{alias} attribute causes the declaration to be emitted as an
1501 alias for another symbol, which must be specified.  For instance,
1502
1503 @smallexample
1504 void __f () @{ /* do something */; @}
1505 void f () __attribute__ ((weak, alias ("__f")));
1506 @end smallexample
1507
1508 declares @samp{f} to be a weak alias for @samp{__f}.  In C++, the
1509 mangled name for the target must be used.
1510
1511 @item regparm (@var{number})
1512 @cindex functions that are passed arguments in registers on the 386
1513 On the Intel 386, the @code{regparm} attribute causes the compiler to
1514 pass up to @var{number} integer arguments in registers @var{EAX},
1515 @var{EDX}, and @var{ECX} instead of on the stack.  Functions that take a
1516 variable number of arguments will continue to be passed all of their
1517 arguments on the stack.
1518
1519 @item stdcall
1520 @cindex functions that pop the argument stack on the 386
1521 On the Intel 386, the @code{stdcall} attribute causes the compiler to
1522 assume that the called function will pop off the stack space used to
1523 pass arguments, unless it takes a variable number of arguments.
1524
1525 The PowerPC compiler for Windows NT currently ignores the @code{stdcall}
1526 attribute.
1527
1528 @item cdecl
1529 @cindex functions that do pop the argument stack on the 386
1530 On the Intel 386, the @code{cdecl} attribute causes the compiler to
1531 assume that the calling function will pop off the stack space used to
1532 pass arguments.  This is
1533 useful to override the effects of the @samp{-mrtd} switch.
1534
1535 The PowerPC compiler for Windows NT currently ignores the @code{cdecl}
1536 attribute.
1537
1538 @item longcall
1539 @cindex functions called via pointer on the RS/6000 and PowerPC
1540 On the RS/6000 and PowerPC, the @code{longcall} attribute causes the
1541 compiler to always call the function via a pointer, so that functions
1542 which reside further than 64 megabytes (67,108,864 bytes) from the
1543 current location can be called.
1544
1545 @item dllimport
1546 @cindex functions which are imported from a dll on PowerPC Windows NT
1547 On the PowerPC running Windows NT, the @code{dllimport} attribute causes
1548 the compiler to call the function via a global pointer to the function
1549 pointer that is set up by the Windows NT dll library.  The pointer name
1550 is formed by combining @code{__imp_} and the function name.
1551
1552 @item dllexport
1553 @cindex functions which are exported from a dll on PowerPC Windows NT
1554 On the PowerPC running Windows NT, the @code{dllexport} attribute causes
1555 the compiler to provide a global pointer to the function pointer, so
1556 that it can be called with the @code{dllimport} attribute.  The pointer
1557 name is formed by combining @code{__imp_} and the function name.
1558
1559 @item exception (@var{except-func} [, @var{except-arg}])
1560 @cindex functions which specify exception handling on PowerPC Windows NT
1561 On the PowerPC running Windows NT, the @code{exception} attribute causes
1562 the compiler to modify the structured exception table entry it emits for
1563 the declared function.  The string or identifier @var{except-func} is
1564 placed in the third entry of the structured exception table.  It
1565 represents a function, which is called by the exception handling
1566 mechanism if an exception occurs.  If it was specified, the string or
1567 identifier @var{except-arg} is placed in the fourth entry of the
1568 structured exception table.
1569
1570 @item function_vector
1571 @cindex calling functions through the function vector on the H8/300 processors
1572 Use this option on the H8/300 and H8/300H to indicate that the specified
1573 function should be called through the function vector.  Calling a
1574 function through the function vector will reduce code size, however;
1575 the function vector has a limited size (maximum 128 entries on the H8/300
1576 and 64 entries on the H8/300H) and shares space with the interrupt vector.
1577
1578 You must use GAS and GLD from GNU binutils version 2.7 or later for
1579 this option to work correctly.
1580
1581 @item interrupt_handler
1582 @cindex interrupt handler functions on the H8/300 processors
1583 Use this option on the H8/300 and H8/300H to indicate that the specified
1584 function is an interrupt handler.  The compiler will generate function
1585 entry and exit sequences suitable for use in an interrupt handler when this
1586 attribute is present.
1587
1588 @item eightbit_data
1589 @cindex eight bit data on the H8/300 and H8/300H
1590 Use this option on the H8/300 and H8/300H to indicate that the specified
1591 variable should be placed into the eight bit data section.
1592 The compiler will generate more efficient code for certain operations
1593 on data in the eight bit data area.  Note the eight bit data area is limited to
1594 256 bytes of data.
1595
1596 You must use GAS and GLD from GNU binutils version 2.7 or later for
1597 this option to work correctly.
1598
1599 @item tiny_data
1600 @cindex tiny data section on the H8/300H
1601 Use this option on the H8/300H to indicate that the specified
1602 variable should be placed into the tiny data section.
1603 The compiler will generate more efficient code for loads and stores
1604 on data in the tiny data section.  Note the tiny data area is limited to
1605 slightly under 32kbytes of data.
1606 @end table
1607
1608 You can specify multiple attributes in a declaration by separating them
1609 by commas within the double parentheses or by immediately following an
1610 attribute declaration with another attribute declaration.
1611
1612 @cindex @code{#pragma}, reason for not using
1613 @cindex pragma, reason for not using
1614 Some people object to the @code{__attribute__} feature, suggesting that ANSI C's
1615 @code{#pragma} should be used instead.  There are two reasons for not
1616 doing this.
1617
1618 @enumerate
1619 @item
1620 It is impossible to generate @code{#pragma} commands from a macro.
1621
1622 @item
1623 There is no telling what the same @code{#pragma} might mean in another
1624 compiler.
1625 @end enumerate
1626
1627 These two reasons apply to almost any application that might be proposed
1628 for @code{#pragma}.  It is basically a mistake to use @code{#pragma} for
1629 @emph{anything}.
1630
1631 @node Function Prototypes
1632 @section Prototypes and Old-Style Function Definitions
1633 @cindex function prototype declarations
1634 @cindex old-style function definitions
1635 @cindex promotion of formal parameters
1636
1637 GNU C extends ANSI C to allow a function prototype to override a later
1638 old-style non-prototype definition.  Consider the following example:
1639
1640 @example
1641 /* @r{Use prototypes unless the compiler is old-fashioned.}  */
1642 #if __STDC__
1643 #define P(x) x
1644 #else
1645 #define P(x) ()
1646 #endif
1647
1648 /* @r{Prototype function declaration.}  */
1649 int isroot P((uid_t));
1650
1651 /* @r{Old-style function definition.}  */
1652 int
1653 isroot (x)   /* ??? lossage here ??? */
1654      uid_t x;
1655 @{
1656   return x == 0;
1657 @}
1658 @end example
1659
1660 Suppose the type @code{uid_t} happens to be @code{short}.  ANSI C does
1661 not allow this example, because subword arguments in old-style
1662 non-prototype definitions are promoted.  Therefore in this example the
1663 function definition's argument is really an @code{int}, which does not
1664 match the prototype argument type of @code{short}.
1665
1666 This restriction of ANSI C makes it hard to write code that is portable
1667 to traditional C compilers, because the programmer does not know
1668 whether the @code{uid_t} type is @code{short}, @code{int}, or
1669 @code{long}.  Therefore, in cases like these GNU C allows a prototype
1670 to override a later old-style definition.  More precisely, in GNU C, a
1671 function prototype argument type overrides the argument type specified
1672 by a later old-style definition if the former type is the same as the
1673 latter type before promotion.  Thus in GNU C the above example is
1674 equivalent to the following:
1675
1676 @example
1677 int isroot (uid_t);
1678
1679 int
1680 isroot (uid_t x)
1681 @{
1682   return x == 0;
1683 @}
1684 @end example
1685
1686 GNU C++ does not support old-style function definitions, so this
1687 extension is irrelevant.
1688
1689 @node C++ Comments
1690 @section C++ Style Comments
1691 @cindex //
1692 @cindex C++ comments
1693 @cindex comments, C++ style
1694
1695 In GNU C, you may use C++ style comments, which start with @samp{//} and
1696 continue until the end of the line.  Many other C implementations allow
1697 such comments, and they are likely to be in a future C standard.
1698 However, C++ style comments are not recognized if you specify
1699 @w{@samp{-ansi}} or @w{@samp{-traditional}}, since they are incompatible
1700 with traditional constructs like @code{dividend//*comment*/divisor}.
1701
1702 @node Dollar Signs
1703 @section Dollar Signs in Identifier Names
1704 @cindex $
1705 @cindex dollar signs in identifier names
1706 @cindex identifier names, dollar signs in
1707
1708 In GNU C, you may use dollar signs in identifier names.  This is because
1709 many traditional C implementations allow such identifiers.
1710
1711 On some machines, dollar signs are allowed in identifiers if you specify
1712 @w{@samp{-traditional}}.  On a few systems they are allowed by default,
1713 even if you do not use @w{@samp{-traditional}}.  But they are never
1714 allowed if you specify @w{@samp{-ansi}}.
1715
1716 There are certain ANSI C programs (obscure, to be sure) that would
1717 compile incorrectly if dollar signs were permitted in identifiers.  For
1718 example:
1719
1720 @example
1721 #define foo(a) #a
1722 #define lose(b) foo (b)
1723 #define test$
1724 lose (test)
1725 @end example
1726
1727 @node Character Escapes
1728 @section The Character @key{ESC} in Constants
1729
1730 You can use the sequence @samp{\e} in a string or character constant to
1731 stand for the ASCII character @key{ESC}.
1732
1733 @node Alignment
1734 @section Inquiring on Alignment of Types or Variables
1735 @cindex alignment
1736 @cindex type alignment
1737 @cindex variable alignment
1738
1739 The keyword @code{__alignof__} allows you to inquire about how an object
1740 is aligned, or the minimum alignment usually required by a type.  Its
1741 syntax is just like @code{sizeof}.
1742
1743 For example, if the target machine requires a @code{double} value to be
1744 aligned on an 8-byte boundary, then @code{__alignof__ (double)} is 8.
1745 This is true on many RISC machines.  On more traditional machine
1746 designs, @code{__alignof__ (double)} is 4 or even 2.
1747
1748 Some machines never actually require alignment; they allow reference to any
1749 data type even at an odd addresses.  For these machines, @code{__alignof__}
1750 reports the @emph{recommended} alignment of a type.
1751
1752 When the operand of @code{__alignof__} is an lvalue rather than a type, the
1753 value is the largest alignment that the lvalue is known to have.  It may
1754 have this alignment as a result of its data type, or because it is part of
1755 a structure and inherits alignment from that structure.  For example, after
1756 this declaration:
1757
1758 @example
1759 struct foo @{ int x; char y; @} foo1;
1760 @end example
1761
1762 @noindent
1763 the value of @code{__alignof__ (foo1.y)} is probably 2 or 4, the same as
1764 @code{__alignof__ (int)}, even though the data type of @code{foo1.y}
1765 does not itself demand any alignment.@refill
1766
1767 A related feature which lets you specify the alignment of an object is
1768 @code{__attribute__ ((aligned (@var{alignment})))}; see the following
1769 section.
1770
1771 @node Variable Attributes
1772 @section Specifying Attributes of Variables
1773 @cindex attribute of variables
1774 @cindex variable attributes
1775
1776 The keyword @code{__attribute__} allows you to specify special
1777 attributes of variables or structure fields.  This keyword is followed
1778 by an attribute specification inside double parentheses.  Eight
1779 attributes are currently defined for variables: @code{aligned},
1780 @code{mode}, @code{nocommon}, @code{packed}, @code{section},
1781 @code{transparent_union}, @code{unused}, and @code{weak}.  Other
1782 attributes are available for functions (@pxref{Function Attributes}) and
1783 for types (@pxref{Type Attributes}).
1784
1785 You may also specify attributes with @samp{__} preceding and following
1786 each keyword.  This allows you to use them in header files without
1787 being concerned about a possible macro of the same name.  For example,
1788 you may use @code{__aligned__} instead of @code{aligned}.
1789
1790 @table @code
1791 @cindex @code{aligned} attribute
1792 @item aligned (@var{alignment})
1793 This attribute specifies a minimum alignment for the variable or
1794 structure field, measured in bytes.  For example, the declaration:
1795
1796 @smallexample
1797 int x __attribute__ ((aligned (16))) = 0;
1798 @end smallexample
1799
1800 @noindent
1801 causes the compiler to allocate the global variable @code{x} on a
1802 16-byte boundary.  On a 68040, this could be used in conjunction with
1803 an @code{asm} expression to access the @code{move16} instruction which
1804 requires 16-byte aligned operands.
1805
1806 You can also specify the alignment of structure fields.  For example, to
1807 create a double-word aligned @code{int} pair, you could write:
1808
1809 @smallexample
1810 struct foo @{ int x[2] __attribute__ ((aligned (8))); @};
1811 @end smallexample
1812
1813 @noindent
1814 This is an alternative to creating a union with a @code{double} member
1815 that forces the union to be double-word aligned.
1816
1817 It is not possible to specify the alignment of functions; the alignment
1818 of functions is determined by the machine's requirements and cannot be
1819 changed.  You cannot specify alignment for a typedef name because such a
1820 name is just an alias, not a distinct type.
1821
1822 As in the preceding examples, you can explicitly specify the alignment
1823 (in bytes) that you wish the compiler to use for a given variable or
1824 structure field.  Alternatively, you can leave out the alignment factor
1825 and just ask the compiler to align a variable or field to the maximum
1826 useful alignment for the target machine you are compiling for.  For
1827 example, you could write:
1828
1829 @smallexample
1830 short array[3] __attribute__ ((aligned));
1831 @end smallexample
1832
1833 Whenever you leave out the alignment factor in an @code{aligned} attribute
1834 specification, the compiler automatically sets the alignment for the declared
1835 variable or field to the largest alignment which is ever used for any data
1836 type on the target machine you are compiling for.  Doing this can often make
1837 copy operations more efficient, because the compiler can use whatever
1838 instructions copy the biggest chunks of memory when performing copies to
1839 or from the variables or fields that you have aligned this way.
1840
1841 The @code{aligned} attribute can only increase the alignment; but you
1842 can decrease it by specifying @code{packed} as well.  See below.
1843
1844 Note that the effectiveness of @code{aligned} attributes may be limited
1845 by inherent limitations in your linker.  On many systems, the linker is
1846 only able to arrange for variables to be aligned up to a certain maximum
1847 alignment.  (For some linkers, the maximum supported alignment may
1848 be very very small.)  If your linker is only able to align variables
1849 up to a maximum of 8 byte alignment, then specifying @code{aligned(16)}
1850 in an @code{__attribute__} will still only provide you with 8 byte
1851 alignment.  See your linker documentation for further information.
1852
1853 @item mode (@var{mode})
1854 @cindex @code{mode} attribute
1855 This attribute specifies the data type for the declaration---whichever
1856 type corresponds to the mode @var{mode}.  This in effect lets you
1857 request an integer or floating point type according to its width.
1858
1859 You may also specify a mode of @samp{byte} or @samp{__byte__} to
1860 indicate the mode corresponding to a one-byte integer, @samp{word} or
1861 @samp{__word__} for the mode of a one-word integer, and @samp{pointer}
1862 or @samp{__pointer__} for the mode used to represent pointers.
1863
1864 @item nocommon
1865 @cindex @code{nocommon} attribute
1866 This attribute specifies requests GNU CC not to place a variable
1867 ``common'' but instead to allocate space for it directly.  If you
1868 specify the @samp{-fno-common} flag, GNU CC will do this for all
1869 variables.
1870
1871 Specifying the @code{nocommon} attribute for a variable provides an
1872 initialization of zeros.  A variable may only be initialized in one
1873 source file.
1874
1875 @item packed
1876 @cindex @code{packed} attribute
1877 The @code{packed} attribute specifies that a variable or structure field
1878 should have the smallest possible alignment---one byte for a variable,
1879 and one bit for a field, unless you specify a larger value with the
1880 @code{aligned} attribute.
1881
1882 Here is a structure in which the field @code{x} is packed, so that it
1883 immediately follows @code{a}:
1884
1885 @example
1886 struct foo
1887 @{
1888   char a;
1889   int x[2] __attribute__ ((packed));
1890 @};
1891 @end example
1892
1893 @item section ("section-name")
1894 @cindex @code{section} variable attribute
1895 Normally, the compiler places the objects it generates in sections like
1896 @code{data} and @code{bss}.  Sometimes, however, you need additional sections,
1897 or you need certain particular variables to appear in special sections,
1898 for example to map to special hardware.  The @code{section}
1899 attribute specifies that a variable (or function) lives in a particular
1900 section.  For example, this small program uses several specific section names:
1901
1902 @smallexample
1903 struct duart a __attribute__ ((section ("DUART_A"))) = @{ 0 @};
1904 struct duart b __attribute__ ((section ("DUART_B"))) = @{ 0 @};
1905 char stack[10000] __attribute__ ((section ("STACK"))) = @{ 0 @};
1906 int init_data __attribute__ ((section ("INITDATA"))) = 0;
1907
1908 main()
1909 @{
1910   /* Initialize stack pointer */
1911   init_sp (stack + sizeof (stack));
1912
1913   /* Initialize initialized data */
1914   memcpy (&init_data, &data, &edata - &data);
1915
1916   /* Turn on the serial ports */
1917   init_duart (&a);
1918   init_duart (&b);
1919 @}
1920 @end smallexample
1921
1922 @noindent
1923 Use the @code{section} attribute with an @emph{initialized} definition
1924 of a @emph{global} variable, as shown in the example.  GNU CC issues
1925 a warning and otherwise ignores the @code{section} attribute in
1926 uninitialized variable declarations.
1927
1928 You may only use the @code{section} attribute with a fully initialized
1929 global definition because of the way linkers work.  The linker requires
1930 each object be defined once, with the exception that uninitialized
1931 variables tentatively go in the @code{common} (or @code{bss}) section
1932 and can be multiply "defined".  You can force a variable to be
1933 initialized with the @samp{-fno-common} flag or the @code{nocommon}
1934 attribute.
1935
1936 Some file formats do not support arbitrary sections so the @code{section}
1937 attribute is not available on all platforms.
1938 If you need to map the entire contents of a module to a particular
1939 section, consider using the facilities of the linker instead.
1940
1941 @item transparent_union
1942 This attribute, attached to a function parameter which is a union, means
1943 that the corresponding argument may have the type of any union member,
1944 but the argument is passed as if its type were that of the first union
1945 member.  For more details see @xref{Type Attributes}.  You can also use
1946 this attribute on a @code{typedef} for a union data type; then it
1947 applies to all function parameters with that type.
1948
1949 @item unused
1950 This attribute, attached to a variable, means that the variable is meant
1951 to be possibly unused.  GNU CC will not produce a warning for this
1952 variable.
1953
1954 @item weak
1955 The @code{weak} attribute is described in @xref{Function Attributes}.
1956 @end table
1957
1958 To specify multiple attributes, separate them by commas within the
1959 double parentheses: for example, @samp{__attribute__ ((aligned (16),
1960 packed))}.
1961
1962 @node Type Attributes
1963 @section Specifying Attributes of Types
1964 @cindex attribute of types
1965 @cindex type attributes
1966
1967 The keyword @code{__attribute__} allows you to specify special
1968 attributes of @code{struct} and @code{union} types when you define such
1969 types.  This keyword is followed by an attribute specification inside
1970 double parentheses.  Three attributes are currently defined for types:
1971 @code{aligned}, @code{packed}, and @code{transparent_union}.  Other
1972 attributes are defined for functions (@pxref{Function Attributes}) and
1973 for variables (@pxref{Variable Attributes}).
1974
1975 You may also specify any one of these attributes with @samp{__}
1976 preceding and following its keyword.  This allows you to use these
1977 attributes in header files without being concerned about a possible
1978 macro of the same name.  For example, you may use @code{__aligned__}
1979 instead of @code{aligned}.
1980
1981 You may specify the @code{aligned} and @code{transparent_union}
1982 attributes either in a @code{typedef} declaration or just past the
1983 closing curly brace of a complete enum, struct or union type
1984 @emph{definition} and the @code{packed} attribute only past the closing
1985 brace of a definition.
1986
1987 @table @code
1988 @cindex @code{aligned} attribute
1989 @item aligned (@var{alignment})
1990 This attribute specifies a minimum alignment (in bytes) for variables
1991 of the specified type.  For example, the declarations:
1992
1993 @smallexample
1994 struct S @{ short f[3]; @} __attribute__ ((aligned (8));
1995 typedef int more_aligned_int __attribute__ ((aligned (8));
1996 @end smallexample
1997
1998 @noindent
1999 force the compiler to insure (as fas as it can) that each variable whose
2000 type is @code{struct S} or @code{more_aligned_int} will be allocated and
2001 aligned @emph{at least} on a 8-byte boundary.  On a Sparc, having all
2002 variables of type @code{struct S} aligned to 8-byte boundaries allows
2003 the compiler to use the @code{ldd} and @code{std} (doubleword load and
2004 store) instructions when copying one variable of type @code{struct S} to
2005 another, thus improving run-time efficiency.
2006
2007 Note that the alignment of any given @code{struct} or @code{union} type
2008 is required by the ANSI C standard to be at least a perfect multiple of
2009 the lowest common multiple of the alignments of all of the members of
2010 the @code{struct} or @code{union} in question.  This means that you @emph{can}
2011 effectively adjust the alignment of a @code{struct} or @code{union}
2012 type by attaching an @code{aligned} attribute to any one of the members
2013 of such a type, but the notation illustrated in the example above is a
2014 more obvious, intuitive, and readable way to request the compiler to
2015 adjust the alignment of an entire @code{struct} or @code{union} type.
2016
2017 As in the preceding example, you can explicitly specify the alignment
2018 (in bytes) that you wish the compiler to use for a given @code{struct}
2019 or @code{union} type.  Alternatively, you can leave out the alignment factor
2020 and just ask the compiler to align a type to the maximum
2021 useful alignment for the target machine you are compiling for.  For
2022 example, you could write:
2023
2024 @smallexample
2025 struct S @{ short f[3]; @} __attribute__ ((aligned));
2026 @end smallexample
2027
2028 Whenever you leave out the alignment factor in an @code{aligned}
2029 attribute specification, the compiler automatically sets the alignment
2030 for the type to the largest alignment which is ever used for any data
2031 type on the target machine you are compiling for.  Doing this can often
2032 make copy operations more efficient, because the compiler can use
2033 whatever instructions copy the biggest chunks of memory when performing
2034 copies to or from the variables which have types that you have aligned
2035 this way.
2036
2037 In the example above, if the size of each @code{short} is 2 bytes, then
2038 the size of the entire @code{struct S} type is 6 bytes.  The smallest
2039 power of two which is greater than or equal to that is 8, so the
2040 compiler sets the alignment for the entire @code{struct S} type to 8
2041 bytes.
2042
2043 Note that although you can ask the compiler to select a time-efficient
2044 alignment for a given type and then declare only individual stand-alone
2045 objects of that type, the compiler's ability to select a time-efficient
2046 alignment is primarily useful only when you plan to create arrays of
2047 variables having the relevant (efficiently aligned) type.  If you
2048 declare or use arrays of variables of an efficiently-aligned type, then
2049 it is likely that your program will also be doing pointer arithmetic (or
2050 subscripting, which amounts to the same thing) on pointers to the
2051 relevant type, and the code that the compiler generates for these
2052 pointer arithmetic operations will often be more efficient for
2053 efficiently-aligned types than for other types.
2054
2055 The @code{aligned} attribute can only increase the alignment; but you
2056 can decrease it by specifying @code{packed} as well.  See below.
2057
2058 Note that the effectiveness of @code{aligned} attributes may be limited
2059 by inherent limitations in your linker.  On many systems, the linker is
2060 only able to arrange for variables to be aligned up to a certain maximum
2061 alignment.  (For some linkers, the maximum supported alignment may
2062 be very very small.)  If your linker is only able to align variables
2063 up to a maximum of 8 byte alignment, then specifying @code{aligned(16)}
2064 in an @code{__attribute__} will still only provide you with 8 byte
2065 alignment.  See your linker documentation for further information.
2066
2067 @item packed
2068 This attribute, attached to an @code{enum}, @code{struct}, or
2069 @code{union} type definition, specified that the minimum required memory
2070 be used to represent the type.
2071
2072 Specifying this attribute for @code{struct} and @code{union} types is
2073 equivalent to specifying the @code{packed} attribute on each of the
2074 structure or union members.  Specifying the @samp{-fshort-enums}
2075 flag on the line is equivalent to specifying the @code{packed}
2076 attribute on all @code{enum} definitions.
2077
2078 You may only specify this attribute after a closing curly brace on an
2079 @code{enum} definition, not in a @code{typedef} declaration.
2080
2081 @item transparent_union
2082 This attribute, attached to a @code{union} type definition, indicates
2083 that any function parameter having that union type causes calls to that
2084 function to be treated in a special way.
2085
2086 First, the argument corresponding to a transparent union type can be of
2087 any type in the union; no cast is required.  Also, if the union contains
2088 a pointer type, the corresponding argument can be a null pointer
2089 constant or a void pointer expression; and if the union contains a void
2090 pointer type, the corresponding argument can be any pointer expression.
2091 If the union member type is a pointer, qualifiers like @code{const} on
2092 the referenced type must be respected, just as with normal pointer
2093 conversions.
2094
2095 Second, the argument is passed to the function using the calling
2096 conventions of first member of the transparent union, not the calling
2097 conventions of the union itself.  All members of the union must have the
2098 same machine representation; this is necessary for this argument passing
2099 to work properly.
2100
2101 Transparent unions are designed for library functions that have multiple
2102 interfaces for compatibility reasons.  For example, suppose the
2103 @code{wait} function must accept either a value of type @code{int *} to
2104 comply with Posix, or a value of type @code{union wait *} to comply with
2105 the 4.1BSD interface.  If @code{wait}'s parameter were @code{void *},
2106 @code{wait} would accept both kinds of arguments, but it would also
2107 accept any other pointer type and this would make argument type checking
2108 less useful.  Instead, @code{<sys/wait.h>} might define the interface
2109 as follows:
2110
2111 @smallexample
2112 typedef union
2113   @{
2114     int *__ip;
2115     union wait *__up;
2116   @} wait_status_ptr_t __attribute__ ((__transparent_union__));
2117
2118 pid_t wait (wait_status_ptr_t);
2119 @end smallexample
2120
2121 This interface allows either @code{int *} or @code{union wait *}
2122 arguments to be passed, using the @code{int *} calling convention.
2123 The program can call @code{wait} with arguments of either type:
2124
2125 @example
2126 int w1 () @{ int w; return wait (&w); @}
2127 int w2 () @{ union wait w; return wait (&w); @}
2128 @end example
2129
2130 With this interface, @code{wait}'s implementation might look like this:
2131
2132 @example
2133 pid_t wait (wait_status_ptr_t p)
2134 @{
2135   return waitpid (-1, p.__ip, 0);
2136 @}
2137 @end example
2138 @end table
2139
2140 To specify multiple attributes, separate them by commas within the
2141 double parentheses: for example, @samp{__attribute__ ((aligned (16),
2142 packed))}.
2143
2144 @node Inline
2145 @section An Inline Function is As Fast As a Macro
2146 @cindex inline functions
2147 @cindex integrating function code
2148 @cindex open coding
2149 @cindex macros, inline alternative
2150
2151 By declaring a function @code{inline}, you can direct GNU CC to
2152 integrate that function's code into the code for its callers.  This
2153 makes execution faster by eliminating the function-call overhead; in
2154 addition, if any of the actual argument values are constant, their known
2155 values may permit simplifications at compile time so that not all of the
2156 inline function's code needs to be included.  The effect on code size is
2157 less predictable; object code may be larger or smaller with function
2158 inlining, depending on the particular case.  Inlining of functions is an
2159 optimization and it really ``works'' only in optimizing compilation.  If
2160 you don't use @samp{-O}, no function is really inline.
2161
2162 To declare a function inline, use the @code{inline} keyword in its
2163 declaration, like this:
2164
2165 @example
2166 inline int
2167 inc (int *a)
2168 @{
2169   (*a)++;
2170 @}
2171 @end example
2172
2173 (If you are writing a header file to be included in ANSI C programs, write
2174 @code{__inline__} instead of @code{inline}.  @xref{Alternate Keywords}.)
2175
2176 You can also make all ``simple enough'' functions inline with the option
2177 @samp{-finline-functions}.  Note that certain usages in a function
2178 definition can make it unsuitable for inline substitution.
2179
2180 Note that in C and Objective C, unlike C++, the @code{inline} keyword
2181 does not affect the linkage of the function.
2182
2183 @cindex automatic @code{inline} for C++ member fns
2184 @cindex @code{inline} automatic for C++ member fns
2185 @cindex member fns, automatically @code{inline}
2186 @cindex C++ member fns, automatically @code{inline}
2187 GNU CC automatically inlines member functions defined within the class
2188 body of C++ programs even if they are not explicitly declared
2189 @code{inline}.  (You can override this with @samp{-fno-default-inline};
2190 @pxref{C++ Dialect Options,,Options Controlling C++ Dialect}.)
2191
2192 @cindex inline functions, omission of
2193 When a function is both inline and @code{static}, if all calls to the
2194 function are integrated into the caller, and the function's address is
2195 never used, then the function's own assembler code is never referenced.
2196 In this case, GNU CC does not actually output assembler code for the
2197 function, unless you specify the option @samp{-fkeep-inline-functions}.
2198 Some calls cannot be integrated for various reasons (in particular,
2199 calls that precede the function's definition cannot be integrated, and
2200 neither can recursive calls within the definition).  If there is a
2201 nonintegrated call, then the function is compiled to assembler code as
2202 usual.  The function must also be compiled as usual if the program
2203 refers to its address, because that can't be inlined.
2204
2205 @cindex non-static inline function
2206 When an inline function is not @code{static}, then the compiler must assume
2207 that there may be calls from other source files; since a global symbol can
2208 be defined only once in any program, the function must not be defined in
2209 the other source files, so the calls therein cannot be integrated.
2210 Therefore, a non-@code{static} inline function is always compiled on its
2211 own in the usual fashion.
2212
2213 If you specify both @code{inline} and @code{extern} in the function
2214 definition, then the definition is used only for inlining.  In no case
2215 is the function compiled on its own, not even if you refer to its
2216 address explicitly.  Such an address becomes an external reference, as
2217 if you had only declared the function, and had not defined it.
2218
2219 This combination of @code{inline} and @code{extern} has almost the
2220 effect of a macro.  The way to use it is to put a function definition in
2221 a header file with these keywords, and put another copy of the
2222 definition (lacking @code{inline} and @code{extern}) in a library file.
2223 The definition in the header file will cause most calls to the function
2224 to be inlined.  If any uses of the function remain, they will refer to
2225 the single copy in the library.
2226
2227 GNU C does not inline any functions when not optimizing.  It is not
2228 clear whether it is better to inline or not, in this case, but we found
2229 that a correct implementation when not optimizing was difficult.  So we
2230 did the easy thing, and turned it off.
2231
2232 @node Extended Asm
2233 @section Assembler Instructions with C Expression Operands
2234 @cindex extended @code{asm}
2235 @cindex @code{asm} expressions
2236 @cindex assembler instructions
2237 @cindex registers
2238
2239 In an assembler instruction using @code{asm}, you can now specify the
2240 operands of the instruction using C expressions.  This means no more
2241 guessing which registers or memory locations will contain the data you want
2242 to use.
2243
2244 You must specify an assembler instruction template much like what appears
2245 in a machine description, plus an operand constraint string for each
2246 operand.
2247
2248 For example, here is how to use the 68881's @code{fsinx} instruction:
2249
2250 @example
2251 asm ("fsinx %1,%0" : "=f" (result) : "f" (angle));
2252 @end example
2253
2254 @noindent
2255 Here @code{angle} is the C expression for the input operand while
2256 @code{result} is that of the output operand.  Each has @samp{"f"} as its
2257 operand constraint, saying that a floating point register is required.  The
2258 @samp{=} in @samp{=f} indicates that the operand is an output; all output
2259 operands' constraints must use @samp{=}.  The constraints use the same
2260 language used in the machine description (@pxref{Constraints}).
2261
2262 Each operand is described by an operand-constraint string followed by the C
2263 expression in parentheses.  A colon separates the assembler template from
2264 the first output operand, and another separates the last output operand
2265 from the first input, if any.  Commas separate output operands and separate
2266 inputs.  The total number of operands is limited to ten or to the maximum
2267 number of operands in any instruction pattern in the machine description,
2268 whichever is greater.
2269
2270 If there are no output operands, and there are input operands, then there
2271 must be two consecutive colons surrounding the place where the output
2272 operands would go.
2273
2274 Output operand expressions must be lvalues; the compiler can check this.
2275 The input operands need not be lvalues.  The compiler cannot check whether
2276 the operands have data types that are reasonable for the instruction being
2277 executed.  It does not parse the assembler instruction template and does
2278 not know what it means, or whether it is valid assembler input.  The
2279 extended @code{asm} feature is most often used for machine instructions
2280 that the compiler itself does not know exist.  If the output expression
2281 cannot be directly addressed (for example, it is a bit field), your
2282 constraint must allow a register.  In that case, GNU CC will use
2283 the register as the output of the @code{asm}, and then store that
2284 register into the output.
2285
2286 The ordinary output operands must be write-only; GNU CC will assume
2287 that the values in these operands before the instruction are dead and
2288 need not be generated.  Extended asm supports input-output or
2289 read-write operands.  Use the constraint character @samp{+} to indicate
2290 such an operand and list it with the output operands.
2291
2292 When the constraints for the read-write operand
2293 (or the operand in which only some of the bits are to be changed)
2294 allows a register, you may, as an alternative, logically
2295 split its function into two separate operands, one input operand and one
2296 write-only output operand.  The connection between them is expressed by
2297 constraints which say they need to be in the same location when the
2298 instruction executes.  You can use the same C expression for both
2299 operands, or different expressions.  For example, here we write the
2300 (fictitious) @samp{combine} instruction with @code{bar} as its read-only
2301 source operand and @code{foo} as its read-write destination:
2302
2303 @example
2304 asm ("combine %2,%0" : "=r" (foo) : "0" (foo), "g" (bar));
2305 @end example
2306
2307 @noindent
2308 The constraint @samp{"0"} for operand 1 says that it must occupy the same
2309 location as operand 0.  A digit in constraint is allowed only in an input
2310 operand, and it must refer to an output operand.
2311
2312 Only a digit in the constraint can guarantee that one operand will be in
2313 the same place as another.  The mere fact that @code{foo} is the value of
2314 both operands is not enough to guarantee that they will be in the same
2315 place in the generated assembler code.  The following would not work:
2316
2317 @example
2318 asm ("combine %2,%0" : "=r" (foo) : "r" (foo), "g" (bar));
2319 @end example
2320
2321 Various optimizations or reloading could cause operands 0 and 1 to be in
2322 different registers; GNU CC knows no reason not to do so.  For example, the
2323 compiler might find a copy of the value of @code{foo} in one register and
2324 use it for operand 1, but generate the output operand 0 in a different
2325 register (copying it afterward to @code{foo}'s own address).  Of course,
2326 since the register for operand 1 is not even mentioned in the assembler
2327 code, the result will not work, but GNU CC can't tell that.
2328
2329 Some instructions clobber specific hard registers.  To describe this, write
2330 a third colon after the input operands, followed by the names of the
2331 clobbered hard registers (given as strings).  Here is a realistic example
2332 for the Vax:
2333
2334 @example
2335 asm volatile ("movc3 %0,%1,%2"
2336               : /* no outputs */
2337               : "g" (from), "g" (to), "g" (count)
2338               : "r0", "r1", "r2", "r3", "r4", "r5");
2339 @end example
2340
2341 If you refer to a particular hardware register from the assembler code,
2342 then you will probably have to list the register after the third colon
2343 to tell the compiler that the register's value is modified.  In many
2344 assemblers, the register names begin with @samp{%}; to produce one
2345 @samp{%} in the assembler code, you must write @samp{%%} in the input.
2346
2347 If your assembler instruction can alter the condition code register,
2348 add @samp{cc} to the list of clobbered registers.  GNU CC on some
2349 machines represents the condition codes as a specific hardware
2350 register; @samp{cc} serves to name this register.  On other machines,
2351 the condition code is handled differently, and specifying @samp{cc}
2352 has no effect.  But it is valid no matter what the machine.
2353
2354 If your assembler instruction modifies memory in an unpredictable
2355 fashion, add @samp{memory} to the list of clobbered registers.
2356 This will cause GNU CC to not keep memory values cached in
2357 registers across the assembler instruction.
2358
2359 You can put multiple assembler instructions together in a single @code{asm}
2360 template, separated either with newlines (written as @samp{\n}) or with
2361 semicolons if the assembler allows such semicolons.  The GNU assembler
2362 allows semicolons and all Unix assemblers seem to do so.  The input
2363 operands are guaranteed not to use any of the clobbered registers, and
2364 neither will the output operands' addresses, so you can read and write the
2365 clobbered registers as many times as you like.  Here is an example of
2366 multiple instructions in a template; it assumes that the subroutine
2367 @code{_foo} accepts arguments in registers 9 and 10:
2368
2369 @example
2370 asm ("movl %0,r9;movl %1,r10;call _foo"
2371      : /* no outputs */
2372      : "g" (from), "g" (to)
2373      : "r9", "r10");
2374 @end example
2375
2376 Unless an output operand has the @samp{&} constraint modifier, GNU CC may
2377 allocate it in the same register as an unrelated input operand, on the
2378 assumption that the inputs are consumed before the outputs are produced.
2379 This assumption may be false if the assembler code actually consists of
2380 more than one instruction.  In such a case, use @samp{&} for each output
2381 operand that may not overlap an input.
2382 @xref{Modifiers}.
2383
2384 If you want to test the condition code produced by an assembler instruction,
2385 you must include a branch and a label in the @code{asm} construct, as follows:
2386
2387 @example
2388 asm ("clr %0;frob %1;beq 0f;mov #1,%0;0:"
2389      : "g" (result)
2390      : "g" (input));
2391 @end example
2392
2393 @noindent
2394 This assumes your assembler supports local labels, as the GNU assembler
2395 and most Unix assemblers do.
2396
2397 Speaking of labels, jumps from one @code{asm} to another are not
2398 supported.  The compiler's optimizers do not know about these jumps,
2399 and therefore they cannot take account of them when deciding how to
2400 optimize.
2401
2402 @cindex macros containing @code{asm}
2403 Usually the most convenient way to use these @code{asm} instructions is to
2404 encapsulate them in macros that look like functions.  For example,
2405
2406 @example
2407 #define sin(x)       \
2408 (@{ double __value, __arg = (x);   \
2409    asm ("fsinx %1,%0": "=f" (__value): "f" (__arg));  \
2410    __value; @})
2411 @end example
2412
2413 @noindent
2414 Here the variable @code{__arg} is used to make sure that the instruction
2415 operates on a proper @code{double} value, and to accept only those
2416 arguments @code{x} which can convert automatically to a @code{double}.
2417
2418 Another way to make sure the instruction operates on the correct data type
2419 is to use a cast in the @code{asm}.  This is different from using a
2420 variable @code{__arg} in that it converts more different types.  For
2421 example, if the desired type were @code{int}, casting the argument to
2422 @code{int} would accept a pointer with no complaint, while assigning the
2423 argument to an @code{int} variable named @code{__arg} would warn about
2424 using a pointer unless the caller explicitly casts it.
2425
2426 If an @code{asm} has output operands, GNU CC assumes for optimization
2427 purposes that the instruction has no side effects except to change the
2428 output operands.  This does not mean that instructions with a side effect
2429 cannot be used, but you must be careful, because the compiler may eliminate
2430 them if the output operands aren't used, or move them out of loops, or
2431 replace two with one if they constitute a common subexpression.  Also, if
2432 your instruction does have a side effect on a variable that otherwise
2433 appears not to change, the old value of the variable may be reused later if
2434 it happens to be found in a register.
2435
2436 You can prevent an @code{asm} instruction from being deleted, moved
2437 significantly, or combined, by writing the keyword @code{volatile} after
2438 the @code{asm}.  For example:
2439
2440 @example
2441 #define set_priority(x)  \
2442 asm volatile ("set_priority %0": /* no outputs */ : "g" (x))
2443 @end example
2444
2445 @noindent
2446 An instruction without output operands will not be deleted or moved
2447 significantly, regardless, unless it is unreachable.
2448
2449 Note that even a volatile @code{asm} instruction can be moved in ways
2450 that appear insignificant to the compiler, such as across jump
2451 instructions.  You can't expect a sequence of volatile @code{asm}
2452 instructions to remain perfectly consecutive.  If you want consecutive
2453 output, use a single @code{asm}.
2454
2455 It is a natural idea to look for a way to give access to the condition
2456 code left by the assembler instruction.  However, when we attempted to
2457 implement this, we found no way to make it work reliably.  The problem
2458 is that output operands might need reloading, which would result in
2459 additional following ``store'' instructions.  On most machines, these
2460 instructions would alter the condition code before there was time to
2461 test it.  This problem doesn't arise for ordinary ``test'' and
2462 ``compare'' instructions because they don't have any output operands.
2463
2464 If you are writing a header file that should be includable in ANSI C
2465 programs, write @code{__asm__} instead of @code{asm}.  @xref{Alternate
2466 Keywords}.
2467
2468 @ifclear INTERNALS
2469 @c Show the details on constraints if they do not appear elsewhere in
2470 @c the manual
2471 @include md.texi
2472 @end ifclear
2473
2474 @node Asm Labels
2475 @section Controlling Names Used in Assembler Code
2476 @cindex assembler names for identifiers
2477 @cindex names used in assembler code
2478 @cindex identifiers, names in assembler code
2479
2480 You can specify the name to be used in the assembler code for a C
2481 function or variable by writing the @code{asm} (or @code{__asm__})
2482 keyword after the declarator as follows:
2483
2484 @example
2485 int foo asm ("myfoo") = 2;
2486 @end example
2487
2488 @noindent
2489 This specifies that the name to be used for the variable @code{foo} in
2490 the assembler code should be @samp{myfoo} rather than the usual
2491 @samp{_foo}.
2492
2493 On systems where an underscore is normally prepended to the name of a C
2494 function or variable, this feature allows you to define names for the
2495 linker that do not start with an underscore.
2496
2497 You cannot use @code{asm} in this way in a function @emph{definition}; but
2498 you can get the same effect by writing a declaration for the function
2499 before its definition and putting @code{asm} there, like this:
2500
2501 @example
2502 extern func () asm ("FUNC");
2503
2504 func (x, y)
2505      int x, y;
2506 @dots{}
2507 @end example
2508
2509 It is up to you to make sure that the assembler names you choose do not
2510 conflict with any other assembler symbols.  Also, you must not use a
2511 register name; that would produce completely invalid assembler code.  GNU
2512 CC does not as yet have the ability to store static variables in registers.
2513 Perhaps that will be added.
2514
2515 @node Explicit Reg Vars
2516 @section Variables in Specified Registers
2517 @cindex explicit register variables
2518 @cindex variables in specified registers
2519 @cindex specified registers
2520 @cindex registers, global allocation
2521
2522 GNU C allows you to put a few global variables into specified hardware
2523 registers.  You can also specify the register in which an ordinary
2524 register variable should be allocated.
2525
2526 @itemize @bullet
2527 @item
2528 Global register variables reserve registers throughout the program.
2529 This may be useful in programs such as programming language
2530 interpreters which have a couple of global variables that are accessed
2531 very often.
2532
2533 @item
2534 Local register variables in specific registers do not reserve the
2535 registers.  The compiler's data flow analysis is capable of determining
2536 where the specified registers contain live values, and where they are
2537 available for other uses.
2538
2539 These local variables are sometimes convenient for use with the extended
2540 @code{asm} feature (@pxref{Extended Asm}), if you want to write one
2541 output of the assembler instruction directly into a particular register.
2542 (This will work provided the register you specify fits the constraints
2543 specified for that operand in the @code{asm}.)
2544 @end itemize
2545
2546 @menu
2547 * Global Reg Vars::
2548 * Local Reg Vars::
2549 @end menu
2550
2551 @node Global Reg Vars
2552 @subsection Defining Global Register Variables
2553 @cindex global register variables
2554 @cindex registers, global variables in
2555
2556 You can define a global register variable in GNU C like this:
2557
2558 @example
2559 register int *foo asm ("a5");
2560 @end example
2561
2562 @noindent
2563 Here @code{a5} is the name of the register which should be used.  Choose a
2564 register which is normally saved and restored by function calls on your
2565 machine, so that library routines will not clobber it.
2566
2567 Naturally the register name is cpu-dependent, so you would need to
2568 conditionalize your program according to cpu type.  The register
2569 @code{a5} would be a good choice on a 68000 for a variable of pointer
2570 type.  On machines with register windows, be sure to choose a ``global''
2571 register that is not affected magically by the function call mechanism.
2572
2573 In addition, operating systems on one type of cpu may differ in how they
2574 name the registers; then you would need additional conditionals.  For
2575 example, some 68000 operating systems call this register @code{%a5}.
2576
2577 Eventually there may be a way of asking the compiler to choose a register
2578 automatically, but first we need to figure out how it should choose and
2579 how to enable you to guide the choice.  No solution is evident.
2580
2581 Defining a global register variable in a certain register reserves that
2582 register entirely for this use, at least within the current compilation.
2583 The register will not be allocated for any other purpose in the functions
2584 in the current compilation.  The register will not be saved and restored by
2585 these functions.  Stores into this register are never deleted even if they
2586 would appear to be dead, but references may be deleted or moved or
2587 simplified.
2588
2589 It is not safe to access the global register variables from signal
2590 handlers, or from more than one thread of control, because the system
2591 library routines may temporarily use the register for other things (unless
2592 you recompile them specially for the task at hand).
2593
2594 @cindex @code{qsort}, and global register variables
2595 It is not safe for one function that uses a global register variable to
2596 call another such function @code{foo} by way of a third function
2597 @code{lose} that was compiled without knowledge of this variable (i.e. in a
2598 different source file in which the variable wasn't declared).  This is
2599 because @code{lose} might save the register and put some other value there.
2600 For example, you can't expect a global register variable to be available in
2601 the comparison-function that you pass to @code{qsort}, since @code{qsort}
2602 might have put something else in that register.  (If you are prepared to
2603 recompile @code{qsort} with the same global register variable, you can
2604 solve this problem.)
2605
2606 If you want to recompile @code{qsort} or other source files which do not
2607 actually use your global register variable, so that they will not use that
2608 register for any other purpose, then it suffices to specify the compiler
2609 option @samp{-ffixed-@var{reg}}.  You need not actually add a global
2610 register declaration to their source code.
2611
2612 A function which can alter the value of a global register variable cannot
2613 safely be called from a function compiled without this variable, because it
2614 could clobber the value the caller expects to find there on return.
2615 Therefore, the function which is the entry point into the part of the
2616 program that uses the global register variable must explicitly save and
2617 restore the value which belongs to its caller.
2618
2619 @cindex register variable after @code{longjmp}
2620 @cindex global register after @code{longjmp}
2621 @cindex value after @code{longjmp}
2622 @findex longjmp
2623 @findex setjmp
2624 On most machines, @code{longjmp} will restore to each global register
2625 variable the value it had at the time of the @code{setjmp}.  On some
2626 machines, however, @code{longjmp} will not change the value of global
2627 register variables.  To be portable, the function that called @code{setjmp}
2628 should make other arrangements to save the values of the global register
2629 variables, and to restore them in a @code{longjmp}.  This way, the same
2630 thing will happen regardless of what @code{longjmp} does.
2631
2632 All global register variable declarations must precede all function
2633 definitions.  If such a declaration could appear after function
2634 definitions, the declaration would be too late to prevent the register from
2635 being used for other purposes in the preceding functions.
2636
2637 Global register variables may not have initial values, because an
2638 executable file has no means to supply initial contents for a register.
2639
2640 On the Sparc, there are reports that g3 @dots{} g7 are suitable
2641 registers, but certain library functions, such as @code{getwd}, as well
2642 as the subroutines for division and remainder, modify g3 and g4.  g1 and
2643 g2 are local temporaries.
2644
2645 On the 68000, a2 @dots{} a5 should be suitable, as should d2 @dots{} d7.
2646 Of course, it will not do to use more than a few of those.
2647
2648 @node Local Reg Vars
2649 @subsection Specifying Registers for Local Variables
2650 @cindex local variables, specifying registers
2651 @cindex specifying registers for local variables
2652 @cindex registers for local variables
2653
2654 You can define a local register variable with a specified register
2655 like this:
2656
2657 @example
2658 register int *foo asm ("a5");
2659 @end example
2660
2661 @noindent
2662 Here @code{a5} is the name of the register which should be used.  Note
2663 that this is the same syntax used for defining global register
2664 variables, but for a local variable it would appear within a function.
2665
2666 Naturally the register name is cpu-dependent, but this is not a
2667 problem, since specific registers are most often useful with explicit
2668 assembler instructions (@pxref{Extended Asm}).  Both of these things
2669 generally require that you conditionalize your program according to
2670 cpu type.
2671
2672 In addition, operating systems on one type of cpu may differ in how they
2673 name the registers; then you would need additional conditionals.  For
2674 example, some 68000 operating systems call this register @code{%a5}.
2675
2676 Eventually there may be a way of asking the compiler to choose a register
2677 automatically, but first we need to figure out how it should choose and
2678 how to enable you to guide the choice.  No solution is evident.
2679
2680 Defining such a register variable does not reserve the register; it
2681 remains available for other uses in places where flow control determines
2682 the variable's value is not live.  However, these registers are made
2683 unavailable for use in the reload pass.  I would not be surprised if
2684 excessive use of this feature leaves the compiler too few available
2685 registers to compile certain functions.
2686
2687 @node Alternate Keywords
2688 @section Alternate Keywords
2689 @cindex alternate keywords
2690 @cindex keywords, alternate
2691
2692 The option @samp{-traditional} disables certain keywords; @samp{-ansi}
2693 disables certain others.  This causes trouble when you want to use GNU C
2694 extensions, or ANSI C features, in a general-purpose header file that
2695 should be usable by all programs, including ANSI C programs and traditional
2696 ones.  The keywords @code{asm}, @code{typeof} and @code{inline} cannot be
2697 used since they won't work in a program compiled with @samp{-ansi}, while
2698 the keywords @code{const}, @code{volatile}, @code{signed}, @code{typeof}
2699 and @code{inline} won't work in a program compiled with
2700 @samp{-traditional}.@refill
2701
2702 The way to solve these problems is to put @samp{__} at the beginning and
2703 end of each problematical keyword.  For example, use @code{__asm__}
2704 instead of @code{asm}, @code{__const__} instead of @code{const}, and
2705 @code{__inline__} instead of @code{inline}.
2706
2707 Other C compilers won't accept these alternative keywords; if you want to
2708 compile with another compiler, you can define the alternate keywords as
2709 macros to replace them with the customary keywords.  It looks like this:
2710
2711 @example
2712 #ifndef __GNUC__
2713 #define __asm__ asm
2714 #endif
2715 @end example
2716
2717 @samp{-pedantic} causes warnings for many GNU C extensions.  You can
2718 prevent such warnings within one expression by writing
2719 @code{__extension__} before the expression.  @code{__extension__} has no
2720 effect aside from this.
2721
2722 @node Incomplete Enums
2723 @section Incomplete @code{enum} Types
2724
2725 You can define an @code{enum} tag without specifying its possible values.
2726 This results in an incomplete type, much like what you get if you write
2727 @code{struct foo} without describing the elements.  A later declaration
2728 which does specify the possible values completes the type.
2729
2730 You can't allocate variables or storage using the type while it is
2731 incomplete.  However, you can work with pointers to that type.
2732
2733 This extension may not be very useful, but it makes the handling of
2734 @code{enum} more consistent with the way @code{struct} and @code{union}
2735 are handled.
2736
2737 This extension is not supported by GNU C++.
2738
2739 @node Function Names
2740 @section Function Names as Strings
2741
2742 GNU CC predefines two string variables to be the name of the current function.
2743 The variable @code{__FUNCTION__} is the name of the function as it appears
2744 in the source.  The variable @code{__PRETTY_FUNCTION__} is the name of
2745 the function pretty printed in a language specific fashion.
2746
2747 These names are always the same in a C function, but in a C++ function
2748 they may be different.  For example, this program:
2749
2750 @smallexample
2751 extern "C" @{
2752 extern int printf (char *, ...);
2753 @}
2754
2755 class a @{
2756  public:
2757   sub (int i)
2758     @{
2759       printf ("__FUNCTION__ = %s\n", __FUNCTION__);
2760       printf ("__PRETTY_FUNCTION__ = %s\n", __PRETTY_FUNCTION__);
2761     @}
2762 @};
2763
2764 int
2765 main (void)
2766 @{
2767   a ax;
2768   ax.sub (0);
2769   return 0;
2770 @}
2771 @end smallexample
2772
2773 @noindent
2774 gives this output:
2775
2776 @smallexample
2777 __FUNCTION__ = sub
2778 __PRETTY_FUNCTION__ = int  a::sub (int)
2779 @end smallexample
2780
2781 These names are not macros: they are predefined string variables.
2782 For example, @samp{#ifdef __FUNCTION__} does not have any special
2783 meaning inside a function, since the preprocessor does not do anything
2784 special with the identifier @code{__FUNCTION__}.
2785
2786 @node Return Address
2787 @section Getting the Return or Frame Address of a Function
2788
2789 These functions may be used to get information about the callers of a
2790 function.
2791
2792 @table @code
2793 @item __builtin_return_address (@var{level})
2794 This function returns the return address of the current function, or of
2795 one of its callers.  The @var{level} argument is number of frames to
2796 scan up the call stack.  A value of @code{0} yields the return address
2797 of the current function, a value of @code{1} yields the return address
2798 of the caller of the current function, and so forth.
2799
2800 The @var{level} argument must be a constant integer.
2801
2802 On some machines it may be impossible to determine the return address of
2803 any function other than the current one; in such cases, or when the top
2804 of the stack has been reached, this function will return @code{0}.
2805
2806 This function should only be used with a non-zero argument for debugging
2807 purposes.
2808
2809 @item __builtin_frame_address (@var{level})
2810 This function is similar to @code{__builtin_return_address}, but it
2811 returns the address of the function frame rather than the return address
2812 of the function.  Calling @code{__builtin_frame_address} with a value of
2813 @code{0} yields the frame address of the current function, a value of
2814 @code{1} yields the frame address of the caller of the current function,
2815 and so forth.
2816
2817 The frame is the area on the stack which holds local variables and saved
2818 registers.  The frame address is normally the address of the first word
2819 pushed on to the stack by the function.  However, the exact definition
2820 depends upon the processor and the calling convention.  If the processor
2821 has a dedicated frame pointer register, and the function has a frame,
2822 then @code{__builtin_frame_address} will return the value of the frame
2823 pointer register.
2824
2825 The caveats that apply to @code{__builtin_return_address} apply to this
2826 function as well.
2827 @end table
2828
2829 @node C++ Extensions
2830 @chapter Extensions to the C++ Language
2831 @cindex extensions, C++ language
2832 @cindex C++ language extensions
2833
2834 The GNU compiler provides these extensions to the C++ language (and you
2835 can also use most of the C language extensions in your C++ programs).  If you
2836 want to write code that checks whether these features are available, you can
2837 test for the GNU compiler the same way as for C programs: check for a
2838 predefined macro @code{__GNUC__}.  You can also use @code{__GNUG__} to
2839 test specifically for GNU C++ (@pxref{Standard Predefined,,Standard
2840 Predefined Macros,cpp.info,The C Preprocessor}).
2841
2842 @menu
2843 * Naming Results::      Giving a name to C++ function return values.
2844 * Min and Max::         C++ Minimum and maximum operators.
2845 * Destructors and Goto:: Goto is safe to use in C++ even when destructors
2846                            are needed.
2847 * C++ Interface::       You can use a single C++ header file for both
2848                          declarations and definitions.
2849 * Template Instantiation:: Methods for ensuring that exactly one copy of
2850                          each needed template instantiation is emitted.
2851 * C++ Signatures::      You can specify abstract types to get subtype
2852                          polymorphism independent from inheritance.
2853 @end menu
2854
2855 @node Naming Results
2856 @section Named Return Values in C++
2857
2858 @cindex @code{return}, in C++ function header
2859 @cindex return value, named, in C++
2860 @cindex named return value in C++
2861 @cindex C++ named return value
2862 GNU C++ extends the function-definition syntax to allow you to specify a
2863 name for the result of a function outside the body of the definition, in
2864 C++ programs:
2865
2866 @example
2867 @group
2868 @var{type}
2869 @var{functionname} (@var{args}) return @var{resultname};
2870 @{
2871   @dots{}
2872   @var{body}
2873   @dots{}
2874 @}
2875 @end group
2876 @end example
2877
2878 You can use this feature to avoid an extra constructor call when
2879 a function result has a class type.  For example, consider a function
2880 @code{m}, declared as @w{@samp{X v = m ();}}, whose result is of class
2881 @code{X}:
2882
2883 @example
2884 X
2885 m ()
2886 @{
2887   X b;
2888   b.a = 23;
2889   return b;
2890 @}
2891 @end example
2892
2893 @cindex implicit argument: return value
2894 Although @code{m} appears to have no arguments, in fact it has one implicit
2895 argument: the address of the return value.  At invocation, the address
2896 of enough space to hold @code{v} is sent in as the implicit argument.
2897 Then @code{b} is constructed and its @code{a} field is set to the value
2898 23.  Finally, a copy constructor (a constructor of the form @samp{X(X&)})
2899 is applied to @code{b}, with the (implicit) return value location as the
2900 target, so that @code{v} is now bound to the return value.
2901
2902 But this is wasteful.  The local @code{b} is declared just to hold
2903 something that will be copied right out.  While a compiler that
2904 combined an ``elision'' algorithm with interprocedural data flow
2905 analysis could conceivably eliminate all of this, it is much more
2906 practical to allow you to assist the compiler in generating
2907 efficient code by manipulating the return value explicitly,
2908 thus avoiding the local variable and copy constructor altogether.
2909
2910 Using the extended GNU C++ function-definition syntax, you can avoid the
2911 temporary allocation and copying by naming @code{r} as your return value
2912 at the outset, and assigning to its @code{a} field directly:
2913
2914 @example
2915 X
2916 m () return r;
2917 @{
2918   r.a = 23;
2919 @}
2920 @end example
2921
2922 @noindent
2923 The declaration of @code{r} is a standard, proper declaration, whose effects
2924 are executed @strong{before} any of the body of @code{m}.
2925
2926 Functions of this type impose no additional restrictions; in particular,
2927 you can execute @code{return} statements, or return implicitly by
2928 reaching the end of the function body (``falling off the edge'').
2929 Cases like
2930
2931 @example
2932 X
2933 m () return r (23);
2934 @{
2935   return;
2936 @}
2937 @end example
2938
2939 @noindent
2940 (or even @w{@samp{X m () return r (23); @{ @}}}) are unambiguous, since
2941 the return value @code{r} has been initialized in either case.  The
2942 following code may be hard to read, but also works predictably:
2943
2944 @example
2945 X
2946 m () return r;
2947 @{
2948   X b;
2949   return b;
2950 @}
2951 @end example
2952
2953 The return value slot denoted by @code{r} is initialized at the outset,
2954 but the statement @samp{return b;} overrides this value.  The compiler
2955 deals with this by destroying @code{r} (calling the destructor if there
2956 is one, or doing nothing if there is not), and then reinitializing
2957 @code{r} with @code{b}.
2958
2959 This extension is provided primarily to help people who use overloaded
2960 operators, where there is a great need to control not just the
2961 arguments, but the return values of functions.  For classes where the
2962 copy constructor incurs a heavy performance penalty (especially in the
2963 common case where there is a quick default constructor), this is a major
2964 savings.  The disadvantage of this extension is that you do not control
2965 when the default constructor for the return value is called: it is
2966 always called at the beginning.
2967
2968 @node Min and Max
2969 @section Minimum and Maximum Operators in C++
2970
2971 It is very convenient to have operators which return the ``minimum'' or the
2972 ``maximum'' of two arguments.  In GNU C++ (but not in GNU C),
2973
2974 @table @code
2975 @item @var{a} <? @var{b}
2976 @findex <?
2977 @cindex minimum operator
2978 is the @dfn{minimum}, returning the smaller of the numeric values
2979 @var{a} and @var{b};
2980
2981 @item @var{a} >? @var{b}
2982 @findex >?
2983 @cindex maximum operator
2984 is the @dfn{maximum}, returning the larger of the numeric values @var{a}
2985 and @var{b}.
2986 @end table
2987
2988 These operations are not primitive in ordinary C++, since you can
2989 use a macro to return the minimum of two things in C++, as in the
2990 following example.
2991
2992 @example
2993 #define MIN(X,Y) ((X) < (Y) ? : (X) : (Y))
2994 @end example
2995
2996 @noindent
2997 You might then use @w{@samp{int min = MIN (i, j);}} to set @var{min} to
2998 the minimum value of variables @var{i} and @var{j}.
2999
3000 However, side effects in @code{X} or @code{Y} may cause unintended
3001 behavior.  For example, @code{MIN (i++, j++)} will fail, incrementing
3002 the smaller counter twice.  A GNU C extension allows you to write safe
3003 macros that avoid this kind of problem (@pxref{Naming Types,,Naming an
3004 Expression's Type}).  However, writing @code{MIN} and @code{MAX} as
3005 macros also forces you to use function-call notation for a
3006 fundamental arithmetic operation.  Using GNU C++ extensions, you can
3007 write @w{@samp{int min = i <? j;}} instead.
3008
3009 Since @code{<?} and @code{>?} are built into the compiler, they properly
3010 handle expressions with side-effects;  @w{@samp{int min = i++ <? j++;}}
3011 works correctly.
3012
3013 @node Destructors and Goto
3014 @section @code{goto} and Destructors in GNU C++
3015
3016 @cindex @code{goto} in C++
3017 @cindex destructors vs @code{goto}
3018 In C++ programs, you can safely use the @code{goto} statement.  When you
3019 use it to exit a block which contains aggregates requiring destructors,
3020 the destructors will run before the @code{goto} transfers control.
3021
3022 @cindex constructors vs @code{goto}
3023 The compiler still forbids using @code{goto} to @emph{enter} a scope
3024 that requires constructors.
3025
3026 @node C++ Interface
3027 @section Declarations and Definitions in One Header
3028
3029 @cindex interface and implementation headers, C++
3030 @cindex C++ interface and implementation headers
3031 C++ object definitions can be quite complex.  In principle, your source
3032 code will need two kinds of things for each object that you use across
3033 more than one source file.  First, you need an @dfn{interface}
3034 specification, describing its structure with type declarations and
3035 function prototypes.  Second, you need the @dfn{implementation} itself.
3036 It can be tedious to maintain a separate interface description in a
3037 header file, in parallel to the actual implementation.  It is also
3038 dangerous, since separate interface and implementation definitions may
3039 not remain parallel.
3040
3041 @cindex pragmas, interface and implementation
3042 With GNU C++, you can use a single header file for both purposes.
3043
3044 @quotation
3045 @emph{Warning:} The mechanism to specify this is in transition.  For the
3046 nonce, you must use one of two @code{#pragma} commands; in a future
3047 release of GNU C++, an alternative mechanism will make these
3048 @code{#pragma} commands unnecessary.
3049 @end quotation
3050
3051 The header file contains the full definitions, but is marked with
3052 @samp{#pragma interface} in the source code.  This allows the compiler
3053 to use the header file only as an interface specification when ordinary
3054 source files incorporate it with @code{#include}.  In the single source
3055 file where the full implementation belongs, you can use either a naming
3056 convention or @samp{#pragma implementation} to indicate this alternate
3057 use of the header file.
3058
3059 @table @code
3060 @item #pragma interface
3061 @itemx #pragma interface "@var{subdir}/@var{objects}.h"
3062 @kindex #pragma interface
3063 Use this directive in @emph{header files} that define object classes, to save
3064 space in most of the object files that use those classes.  Normally,
3065 local copies of certain information (backup copies of inline member
3066 functions, debugging information, and the internal tables that implement
3067 virtual functions) must be kept in each object file that includes class
3068 definitions.  You can use this pragma to avoid such duplication.  When a
3069 header file containing @samp{#pragma interface} is included in a
3070 compilation, this auxiliary information will not be generated (unless
3071 the main input source file itself uses @samp{#pragma implementation}).
3072 Instead, the object files will contain references to be resolved at link
3073 time.
3074
3075 The second form of this directive is useful for the case where you have
3076 multiple headers with the same name in different directories.  If you
3077 use this form, you must specify the same string to @samp{#pragma
3078 implementation}.
3079
3080 @item #pragma implementation
3081 @itemx #pragma implementation "@var{objects}.h"
3082 @kindex #pragma implementation
3083 Use this pragma in a @emph{main input file}, when you want full output from
3084 included header files to be generated (and made globally visible).  The
3085 included header file, in turn, should use @samp{#pragma interface}.
3086 Backup copies of inline member functions, debugging information, and the
3087 internal tables used to implement virtual functions are all generated in
3088 implementation files.
3089
3090 @cindex implied @code{#pragma implementation}
3091 @cindex @code{#pragma implementation}, implied
3092 @cindex naming convention, implementation headers
3093 If you use @samp{#pragma implementation} with no argument, it applies to
3094 an include file with the same basename@footnote{A file's @dfn{basename}
3095 was the name stripped of all leading path information and of trailing
3096 suffixes, such as @samp{.h} or @samp{.C} or @samp{.cc}.} as your source
3097 file.  For example, in @file{allclass.cc}, giving just
3098 @samp{#pragma implementation}
3099 by itself is equivalent to @samp{#pragma implementation "allclass.h"}.
3100
3101 In versions of GNU C++ prior to 2.6.0 @file{allclass.h} was treated as
3102 an implementation file whenever you would include it from
3103 @file{allclass.cc} even if you never specified @samp{#pragma
3104 implementation}.  This was deemed to be more trouble than it was worth,
3105 however, and disabled.
3106
3107 If you use an explicit @samp{#pragma implementation}, it must appear in
3108 your source file @emph{before} you include the affected header files.
3109
3110 Use the string argument if you want a single implementation file to
3111 include code from multiple header files.  (You must also use
3112 @samp{#include} to include the header file; @samp{#pragma
3113 implementation} only specifies how to use the file---it doesn't actually
3114 include it.)
3115
3116 There is no way to split up the contents of a single header file into
3117 multiple implementation files.
3118 @end table
3119
3120 @cindex inlining and C++ pragmas
3121 @cindex C++ pragmas, effect on inlining
3122 @cindex pragmas in C++, effect on inlining
3123 @samp{#pragma implementation} and @samp{#pragma interface} also have an
3124 effect on function inlining.
3125
3126 If you define a class in a header file marked with @samp{#pragma
3127 interface}, the effect on a function defined in that class is similar to
3128 an explicit @code{extern} declaration---the compiler emits no code at
3129 all to define an independent version of the function.  Its definition
3130 is used only for inlining with its callers.
3131
3132 Conversely, when you include the same header file in a main source file
3133 that declares it as @samp{#pragma implementation}, the compiler emits
3134 code for the function itself; this defines a version of the function
3135 that can be found via pointers (or by callers compiled without
3136 inlining).  If all calls to the function can be inlined, you can avoid
3137 emitting the function by compiling with @samp{-fno-implement-inlines}.
3138 If any calls were not inlined, you will get linker errors.
3139
3140 @node Template Instantiation
3141 @section Where's the Template?
3142
3143 @cindex template instantiation
3144
3145 C++ templates are the first language feature to require more
3146 intelligence from the environment than one usually finds on a UNIX
3147 system.  Somehow the compiler and linker have to make sure that each
3148 template instance occurs exactly once in the executable if it is needed,
3149 and not at all otherwise.  There are two basic approaches to this
3150 problem, which I will refer to as the Borland model and the Cfront model.
3151
3152 @table @asis
3153 @item Borland model
3154 Borland C++ solved the template instantiation problem by adding the code
3155 equivalent of common blocks to their linker; template instances
3156 are emitted in each translation unit that uses them, and they are
3157 collapsed together at run time.  The advantage of this model is that the
3158 linker only has to consider the object files themselves; there is no
3159 external complexity to worry about.  This disadvantage is that
3160 compilation time is increased because the template code is being
3161 compiled repeatedly.  Code written for this model tends to include
3162 definitions of all member templates in the header file, since they must
3163 be seen to be compiled.
3164
3165 @item Cfront model
3166 The AT&T C++ translator, Cfront, solved the template instantiation
3167 problem by creating the notion of a template repository, an
3168 automatically maintained place where template instances are stored.  As
3169 individual object files are built, notes are placed in the repository to
3170 record where templates and potential type arguments were seen so that
3171 the subsequent instantiation step knows where to find them.  At link
3172 time, any needed instances are generated and linked in.  The advantages
3173 of this model are more optimal compilation speed and the ability to use
3174 the system linker; to implement the Borland model a compiler vendor also
3175 needs to replace the linker.  The disadvantages are vastly increased
3176 complexity, and thus potential for error; theoretically, this should be
3177 just as transparent, but in practice it has been very difficult to build
3178 multiple programs in one directory and one program in multiple
3179 directories using Cfront.  Code written for this model tends to separate
3180 definitions of non-inline member templates into a separate file, which
3181 is magically found by the link preprocessor when a template needs to be
3182 instantiated.
3183 @end table
3184
3185 Currently, g++ implements neither automatic model.  In the mean time,
3186 you have three options for dealing with template instantiations:
3187
3188 @enumerate
3189 @item
3190 Compile your code with @samp{-fno-implicit-templates} to disable the
3191 implicit generation of template instances, and explicitly instantiate
3192 all the ones you use.  This approach requires more knowledge of exactly
3193 which instances you need than do the others, but it's less
3194 mysterious and allows greater control.  You can scatter the explicit
3195 instantiations throughout your program, perhaps putting them in the
3196 translation units where the instances are used or the translation units
3197 that define the templates themselves; you can put all of the explicit
3198 instantiations you need into one big file; or you can create small files
3199 like
3200
3201 @example
3202 #include "Foo.h"
3203 #include "Foo.cc"
3204
3205 template class Foo<int>;
3206 template ostream& operator <<
3207                 (ostream&, const Foo<int>&);
3208 @end example
3209
3210 for each of the instances you need, and create a template instantiation
3211 library from those.
3212
3213 If you are using Cfront-model code, you can probably get away with not
3214 using @samp{-fno-implicit-templates} when compiling files that don't
3215 @samp{#include} the member template definitions.
3216
3217 If you use one big file to do the instantiations, you may want to
3218 compile it without @samp{-fno-implicit-templates} so you get all of the
3219 instances required by your explicit instantiations (but not by any
3220 other files) without having to specify them as well.
3221
3222 g++ has extended the template instantiation syntax outlined in the
3223 Working Paper to allow forward declaration of explicit instantiations,
3224 explicit instantiation of members of template classes and instantiation
3225 of the compiler support data for a template class (i.e. the vtable)
3226 without instantiating any of its members:
3227
3228 @example
3229 extern template int max (int, int);
3230 template void Foo<int>::f ();
3231 inline template class Foo<int>;
3232 @end example
3233
3234 @item
3235 Do nothing.  Pretend g++ does implement automatic instantiation
3236 management.  Code written for the Borland model will work fine, but
3237 each translation unit will contain instances of each of the templates it
3238 uses.  In a large program, this can lead to an unacceptable amount of code
3239 duplication.
3240
3241 @item
3242 Add @samp{#pragma interface} to all files containing template
3243 definitions.  For each of these files, add @samp{#pragma implementation
3244 "@var{filename}"} to the top of some @samp{.C} file which
3245 @samp{#include}s it.  Then compile everything with
3246 @samp{-fexternal-templates}.  The templates will then only be expanded
3247 in the translation unit which implements them (i.e. has a @samp{#pragma
3248 implementation} line for the file where they live); all other files will
3249 use external references.  If you're lucky, everything should work
3250 properly.  If you get undefined symbol errors, you need to make sure
3251 that each template instance which is used in the program is used in the
3252 file which implements that template.  If you don't have any use for a
3253 particular instance in that file, you can just instantiate it
3254 explicitly, using the syntax from the latest C++ working paper:
3255
3256 @example
3257 template class A<int>;
3258 template ostream& operator << (ostream&, const A<int>&);
3259 @end example
3260
3261 This strategy will work with code written for either model.  If you are
3262 using code written for the Cfront model, the file containing a class
3263 template and the file containing its member templates should be
3264 implemented in the same translation unit.
3265
3266 A slight variation on this approach is to instead use the flag
3267 @samp{-falt-external-templates}; this flag causes template
3268 instances to be emitted in the translation unit that implements the
3269 header where they are first instantiated, rather than the one which
3270 implements the file where the templates are defined.  This header must
3271 be the same in all translation units, or things are likely to break.
3272
3273 @xref{C++ Interface,,Declarations and Definitions in One Header}, for
3274 more discussion of these pragmas.
3275 @end enumerate
3276
3277 @node C++ Signatures
3278 @section Type Abstraction using Signatures
3279
3280 @findex signature
3281 @cindex type abstraction, C++
3282 @cindex C++ type abstraction
3283 @cindex subtype polymorphism, C++
3284 @cindex C++ subtype polymorphism
3285 @cindex signatures, C++
3286 @cindex C++ signatures
3287
3288 In GNU C++, you can use the keyword @code{signature} to define a
3289 completely abstract class interface as a datatype.  You can connect this
3290 abstraction with actual classes using signature pointers.  If you want
3291 to use signatures, run the GNU compiler with the
3292 @samp{-fhandle-signatures} command-line option.  (With this option, the
3293 compiler reserves a second keyword @code{sigof} as well, for a future
3294 extension.)
3295
3296 Roughly, signatures are type abstractions or interfaces of classes.
3297 Some other languages have similar facilities.  C++ signatures are
3298 related to ML's signatures, Haskell's type classes, definition modules
3299 in Modula-2, interface modules in Modula-3, abstract types in Emerald,
3300 type modules in Trellis/Owl, categories in Scratchpad II, and types in
3301 POOL-I.  For a more detailed discussion of signatures, see
3302 @cite{Signatures: A Language Extension for Improving Type Abstraction and
3303 Subtype Polymorphism in C++}
3304 by @w{Gerald} Baumgartner and Vincent F. Russo (Tech report
3305 CSD--TR--95--051, Dept. of Computer Sciences, Purdue University,
3306 August 1995, a slightly improved version appeared in
3307 @emph{Software---Practice & Experience}, @b{25}(8), pp. 863--889,
3308 August 1995).  You can get the tech report by anonymous FTP from
3309 @code{ftp.cs.purdue.edu} in @file{pub/gb/Signature-design.ps.gz}.
3310
3311 Syntactically, a signature declaration is a collection of
3312 member function declarations and nested type declarations.
3313 For example, this signature declaration defines a new abstract type
3314 @code{S} with member functions @samp{int foo ()} and @samp{int bar (int)}:
3315
3316 @example
3317 signature S
3318 @{
3319   int foo ();
3320   int bar (int);
3321 @};
3322 @end example
3323
3324 Since signature types do not include implementation definitions, you
3325 cannot write an instance of a signature directly.  Instead, you can
3326 define a pointer to any class that contains the required interfaces as a
3327 @dfn{signature pointer}.  Such a class @dfn{implements} the signature
3328 type.
3329 @c Eventually signature references should work too.
3330
3331 To use a class as an implementation of @code{S}, you must ensure that
3332 the class has public member functions @samp{int foo ()} and @samp{int
3333 bar (int)}.  The class can have other member functions as well, public
3334 or not; as long as it offers what's declared in the signature, it is
3335 suitable as an implementation of that signature type.
3336
3337 For example, suppose that @code{C} is a class that meets the
3338 requirements of signature @code{S} (@code{C} @dfn{conforms to}
3339 @code{S}).  Then
3340
3341 @example
3342 C obj;
3343 S * p = &obj;
3344 @end example
3345
3346 @noindent
3347 defines a signature pointer @code{p} and initializes it to point to an
3348 object of type @code{C}.
3349 The member function call @w{@samp{int i = p->foo ();}}
3350 executes @samp{obj.foo ()}.
3351
3352 @cindex @code{signature} in C++, advantages
3353 Abstract virtual classes provide somewhat similar facilities in standard
3354 C++.  There are two main advantages to using signatures instead:
3355
3356 @enumerate
3357 @item
3358 Subtyping becomes independent from inheritance.  A class or signature
3359 type @code{T} is a subtype of a signature type @code{S} independent of
3360 any inheritance hierarchy as long as all the member functions declared
3361 in @code{S} are also found in @code{T}.  So you can define a subtype
3362 hierarchy that is completely independent from any inheritance
3363 (implementation) hierarchy, instead of being forced to use types that
3364 mirror the class inheritance hierarchy.
3365
3366 @item
3367 Signatures allow you to work with existing class hierarchies as
3368 implementations of a signature type.  If those class hierarchies are
3369 only available in compiled form, you're out of luck with abstract virtual
3370 classes, since an abstract virtual class cannot be retrofitted on top of
3371 existing class hierarchies.  So you would be required to write interface
3372 classes as subtypes of the abstract virtual class.
3373 @end enumerate
3374
3375 @cindex default implementation, signature member function
3376 @cindex signature member function default implementation
3377 There is one more detail about signatures.  A signature declaration can
3378 contain member function @emph{definitions} as well as member function
3379 declarations.  A signature member function with a full definition is
3380 called a @emph{default implementation}; classes need not contain that
3381 particular interface in order to conform.  For example, a
3382 class @code{C} can conform to the signature
3383
3384 @example
3385 signature T
3386 @{
3387   int f (int);
3388   int f0 () @{ return f (0); @};
3389 @};
3390 @end example
3391
3392 @noindent
3393 whether or not @code{C} implements the member function @samp{int f0 ()}.
3394 If you define @code{C::f0}, that definition takes precedence;
3395 otherwise, the default implementation @code{S::f0} applies.
3396
3397 @ignore
3398 There will be more support for signatures in the future.
3399 Add to this doc as the implementation grows.
3400 In particular, the following features are planned but not yet
3401 implemented:
3402 @itemize @bullet
3403 @item signature references,
3404 @item signature inheritance,
3405 @item the @code{sigof} construct for extracting the signature information
3406       of a class,
3407 @item views for renaming member functions when matching a class type
3408       with a signature type,
3409 @item specifying exceptions with signature member functions, and
3410 @item signature templates.
3411 @end itemize
3412 This list is roughly in the order in which we intend to implement
3413 them.  Watch this space for updates.
3414 @end ignore