OSDN Git Service

Fine-grained control of -fcheck-memory-usage with new no_check_memory_usage
[pf3gnuchains/gcc-fork.git] / gcc / extend.texi
1 @c Copyright (C) 1988,89,92,93,94,96 Free Software Foundation, Inc.
2 @c This is part of the GCC manual.
3 @c For copying conditions, see the file gcc.texi.
4
5 @node C Extensions
6 @chapter Extensions to the C Language Family
7 @cindex extensions, C language
8 @cindex C language extensions
9
10 GNU C provides several language features not found in ANSI standard C.
11 (The @samp{-pedantic} option directs GNU CC to print a warning message if
12 any of these features is used.)  To test for the availability of these
13 features in conditional compilation, check for a predefined macro
14 @code{__GNUC__}, which is always defined under GNU CC.
15
16 These extensions are available in C and Objective C.  Most of them are
17 also available in C++.  @xref{C++ Extensions,,Extensions to the
18 C++ Language}, for extensions that apply @emph{only} to C++.
19
20 @c The only difference between the two versions of this menu is that the
21 @c version for clear INTERNALS has an extra node, "Constraints" (which
22 @c appears in a separate chapter in the other version of the manual).
23 @ifset INTERNALS
24 @menu
25 * Statement Exprs::     Putting statements and declarations inside expressions.
26 * Local Labels::        Labels local to a statement-expression.
27 * Labels as Values::    Getting pointers to labels, and computed gotos.
28 * Nested Functions::    As in Algol and Pascal, lexical scoping of functions.
29 * Constructing Calls::  Dispatching a call to another function.
30 * Naming Types::        Giving a name to the type of some expression.
31 * Typeof::              @code{typeof}: referring to the type of an expression.
32 * Lvalues::             Using @samp{?:}, @samp{,} and casts in lvalues.
33 * Conditionals::        Omitting the middle operand of a @samp{?:} expression.
34 * Long Long::           Double-word integers---@code{long long int}.
35 * Complex::             Data types for complex numbers.
36 * Zero Length::         Zero-length arrays.
37 * Variable Length::     Arrays whose length is computed at run time.
38 * Macro Varargs::       Macros with variable number of arguments.
39 * Subscripting::        Any array can be subscripted, even if not an lvalue.
40 * Pointer Arith::       Arithmetic on @code{void}-pointers and function pointers.
41 * Initializers::        Non-constant initializers.
42 * Constructors::        Constructor expressions give structures, unions
43                          or arrays as values.
44 * Labeled Elements::    Labeling elements of initializers.
45 * Cast to Union::       Casting to union type from any member of the union.
46 * Case Ranges::         `case 1 ... 9' and such.
47 * Function Attributes:: Declaring that functions have no side effects,
48                          or that they can never return.
49 * Function Prototypes:: Prototype declarations and old-style definitions.
50 * C++ Comments::        C++ comments are recognized.
51 * Dollar Signs::        Dollar sign is allowed in identifiers.
52 * Character Escapes::   @samp{\e} stands for the character @key{ESC}.
53 * Variable Attributes:: Specifying attributes of variables.
54 * Type Attributes::     Specifying attributes of types.
55 * Alignment::           Inquiring about the alignment of a type or variable.
56 * Inline::              Defining inline functions (as fast as macros).
57 * Extended Asm::        Assembler instructions with C expressions as operands.
58                          (With them you can define ``built-in'' functions.)
59 * Asm Labels::          Specifying the assembler name to use for a C symbol.
60 * Explicit Reg Vars::   Defining variables residing in specified registers.
61 * Alternate Keywords::  @code{__const__}, @code{__asm__}, etc., for header files.
62 * Incomplete Enums::    @code{enum foo;}, with details to follow.
63 * Function Names::      Printable strings which are the name of the current
64                          function.
65 * Return Address::      Getting the return or frame address of a function.
66 @end menu
67 @end ifset
68 @ifclear INTERNALS
69 @menu
70 * Statement Exprs::     Putting statements and declarations inside expressions.
71 * Local Labels::        Labels local to a statement-expression.
72 * Labels as Values::    Getting pointers to labels, and computed gotos.
73 * Nested Functions::    As in Algol and Pascal, lexical scoping of functions.
74 * Constructing Calls::  Dispatching a call to another function.
75 * Naming Types::        Giving a name to the type of some expression.
76 * Typeof::              @code{typeof}: referring to the type of an expression.
77 * Lvalues::             Using @samp{?:}, @samp{,} and casts in lvalues.
78 * Conditionals::        Omitting the middle operand of a @samp{?:} expression.
79 * Long Long::           Double-word integers---@code{long long int}.
80 * Complex::             Data types for complex numbers.
81 * Zero Length::         Zero-length arrays.
82 * Variable Length::     Arrays whose length is computed at run time.
83 * Macro Varargs::       Macros with variable number of arguments.
84 * Subscripting::        Any array can be subscripted, even if not an lvalue.
85 * Pointer Arith::       Arithmetic on @code{void}-pointers and function pointers.
86 * Initializers::        Non-constant initializers.
87 * Constructors::        Constructor expressions give structures, unions
88                          or arrays as values.
89 * Labeled Elements::    Labeling elements of initializers.
90 * Cast to Union::       Casting to union type from any member of the union.
91 * Case Ranges::         `case 1 ... 9' and such.
92 * Function Attributes:: Declaring that functions have no side effects,
93                          or that they can never return.
94 * Function Prototypes:: Prototype declarations and old-style definitions.
95 * C++ Comments::        C++ comments are recognized.
96 * Dollar Signs::        Dollar sign is allowed in identifiers.
97 * Character Escapes::   @samp{\e} stands for the character @key{ESC}.
98 * Variable Attributes:: Specifying attributes of variables.
99 * Type Attributes::     Specifying attributes of types.
100 * Alignment::           Inquiring about the alignment of a type or variable.
101 * Inline::              Defining inline functions (as fast as macros).
102 * Extended Asm::        Assembler instructions with C expressions as operands.
103                          (With them you can define ``built-in'' functions.)
104 * Constraints::         Constraints for asm operands
105 * Asm Labels::          Specifying the assembler name to use for a C symbol.
106 * Explicit Reg Vars::   Defining variables residing in specified registers.
107 * Alternate Keywords::  @code{__const__}, @code{__asm__}, etc., for header files.
108 * Incomplete Enums::    @code{enum foo;}, with details to follow.
109 * Function Names::      Printable strings which are the name of the current
110                          function.
111 * Return Address::      Getting the return or frame address of a function.
112 @end menu
113 @end ifclear
114
115 @node Statement Exprs
116 @section Statements and Declarations in Expressions
117 @cindex statements inside expressions
118 @cindex declarations inside expressions
119 @cindex expressions containing statements
120 @cindex macros, statements in expressions
121
122 @c the above section title wrapped and causes an underfull hbox.. i
123 @c changed it from "within" to "in". --mew 4feb93
124
125 A compound statement enclosed in parentheses may appear as an expression
126 in GNU C.  This allows you to use loops, switches, and local variables
127 within an expression.
128
129 Recall that a compound statement is a sequence of statements surrounded
130 by braces; in this construct, parentheses go around the braces.  For
131 example:
132
133 @example
134 (@{ int y = foo (); int z;
135    if (y > 0) z = y;
136    else z = - y;
137    z; @})
138 @end example
139
140 @noindent
141 is a valid (though slightly more complex than necessary) expression
142 for the absolute value of @code{foo ()}.
143
144 The last thing in the compound statement should be an expression
145 followed by a semicolon; the value of this subexpression serves as the
146 value of the entire construct.  (If you use some other kind of statement
147 last within the braces, the construct has type @code{void}, and thus
148 effectively no value.)
149
150 This feature is especially useful in making macro definitions ``safe'' (so
151 that they evaluate each operand exactly once).  For example, the
152 ``maximum'' function is commonly defined as a macro in standard C as
153 follows:
154
155 @example
156 #define max(a,b) ((a) > (b) ? (a) : (b))
157 @end example
158
159 @noindent
160 @cindex side effects, macro argument
161 But this definition computes either @var{a} or @var{b} twice, with bad
162 results if the operand has side effects.  In GNU C, if you know the
163 type of the operands (here let's assume @code{int}), you can define
164 the macro safely as follows:
165
166 @example
167 #define maxint(a,b) \
168   (@{int _a = (a), _b = (b); _a > _b ? _a : _b; @})
169 @end example
170
171 Embedded statements are not allowed in constant expressions, such as
172 the value of an enumeration constant, the width of a bit field, or
173 the initial value of a static variable.
174
175 If you don't know the type of the operand, you can still do this, but you
176 must use @code{typeof} (@pxref{Typeof}) or type naming (@pxref{Naming
177 Types}).
178
179 @node Local Labels
180 @section Locally Declared Labels
181 @cindex local labels
182 @cindex macros, local labels
183
184 Each statement expression is a scope in which @dfn{local labels} can be
185 declared.  A local label is simply an identifier; you can jump to it
186 with an ordinary @code{goto} statement, but only from within the
187 statement expression it belongs to.
188
189 A local label declaration looks like this:
190
191 @example
192 __label__ @var{label};
193 @end example
194
195 @noindent
196 or
197
198 @example
199 __label__ @var{label1}, @var{label2}, @dots{};
200 @end example
201
202 Local label declarations must come at the beginning of the statement
203 expression, right after the @samp{(@{}, before any ordinary
204 declarations.
205
206 The label declaration defines the label @emph{name}, but does not define
207 the label itself.  You must do this in the usual way, with
208 @code{@var{label}:}, within the statements of the statement expression.
209
210 The local label feature is useful because statement expressions are
211 often used in macros.  If the macro contains nested loops, a @code{goto}
212 can be useful for breaking out of them.  However, an ordinary label
213 whose scope is the whole function cannot be used: if the macro can be
214 expanded several times in one function, the label will be multiply
215 defined in that function.  A local label avoids this problem.  For
216 example:
217
218 @example
219 #define SEARCH(array, target)                     \
220 (@{                                               \
221   __label__ found;                                \
222   typeof (target) _SEARCH_target = (target);      \
223   typeof (*(array)) *_SEARCH_array = (array);     \
224   int i, j;                                       \
225   int value;                                      \
226   for (i = 0; i < max; i++)                       \
227     for (j = 0; j < max; j++)                     \
228       if (_SEARCH_array[i][j] == _SEARCH_target)  \
229         @{ value = i; goto found; @}              \
230   value = -1;                                     \
231  found:                                           \
232   value;                                          \
233 @})
234 @end example
235
236 @node Labels as Values
237 @section Labels as Values
238 @cindex labels as values
239 @cindex computed gotos
240 @cindex goto with computed label
241 @cindex address of a label
242
243 You can get the address of a label defined in the current function
244 (or a containing function) with the unary operator @samp{&&}.  The
245 value has type @code{void *}.  This value is a constant and can be used
246 wherever a constant of that type is valid.  For example:
247
248 @example
249 void *ptr;
250 @dots{}
251 ptr = &&foo;
252 @end example
253
254 To use these values, you need to be able to jump to one.  This is done
255 with the computed goto statement@footnote{The analogous feature in
256 Fortran is called an assigned goto, but that name seems inappropriate in
257 C, where one can do more than simply store label addresses in label
258 variables.}, @code{goto *@var{exp};}.  For example,
259
260 @example
261 goto *ptr;
262 @end example
263
264 @noindent
265 Any expression of type @code{void *} is allowed.
266
267 One way of using these constants is in initializing a static array that
268 will serve as a jump table:
269
270 @example
271 static void *array[] = @{ &&foo, &&bar, &&hack @};
272 @end example
273
274 Then you can select a label with indexing, like this:
275
276 @example
277 goto *array[i];
278 @end example
279
280 @noindent
281 Note that this does not check whether the subscript is in bounds---array
282 indexing in C never does that.
283
284 Such an array of label values serves a purpose much like that of the
285 @code{switch} statement.  The @code{switch} statement is cleaner, so
286 use that rather than an array unless the problem does not fit a
287 @code{switch} statement very well.
288
289 Another use of label values is in an interpreter for threaded code.
290 The labels within the interpreter function can be stored in the
291 threaded code for super-fast dispatching.
292
293 You can use this mechanism to jump to code in a different function.  If
294 you do that, totally unpredictable things will happen.  The best way to
295 avoid this is to store the label address only in automatic variables and
296 never pass it as an argument.
297
298 @node Nested Functions
299 @section Nested Functions
300 @cindex nested functions
301 @cindex downward funargs
302 @cindex thunks
303
304 A @dfn{nested function} is a function defined inside another function.
305 (Nested functions are not supported for GNU C++.)  The nested function's
306 name is local to the block where it is defined.  For example, here we
307 define a nested function named @code{square}, and call it twice:
308
309 @example
310 @group
311 foo (double a, double b)
312 @{
313   double square (double z) @{ return z * z; @}
314
315   return square (a) + square (b);
316 @}
317 @end group
318 @end example
319
320 The nested function can access all the variables of the containing
321 function that are visible at the point of its definition.  This is
322 called @dfn{lexical scoping}.  For example, here we show a nested
323 function which uses an inherited variable named @code{offset}:
324
325 @example
326 bar (int *array, int offset, int size)
327 @{
328   int access (int *array, int index)
329     @{ return array[index + offset]; @}
330   int i;
331   @dots{}
332   for (i = 0; i < size; i++)
333     @dots{} access (array, i) @dots{}
334 @}
335 @end example
336
337 Nested function definitions are permitted within functions in the places
338 where variable definitions are allowed; that is, in any block, before
339 the first statement in the block.
340
341 It is possible to call the nested function from outside the scope of its
342 name by storing its address or passing the address to another function:
343
344 @example
345 hack (int *array, int size)
346 @{
347   void store (int index, int value)
348     @{ array[index] = value; @}
349
350   intermediate (store, size);
351 @}
352 @end example
353
354 Here, the function @code{intermediate} receives the address of
355 @code{store} as an argument.  If @code{intermediate} calls @code{store},
356 the arguments given to @code{store} are used to store into @code{array}.
357 But this technique works only so long as the containing function
358 (@code{hack}, in this example) does not exit.
359
360 If you try to call the nested function through its address after the
361 containing function has exited, all hell will break loose.  If you try
362 to call it after a containing scope level has exited, and if it refers
363 to some of the variables that are no longer in scope, you may be lucky,
364 but it's not wise to take the risk.  If, however, the nested function
365 does not refer to anything that has gone out of scope, you should be
366 safe.
367
368 GNU CC implements taking the address of a nested function using a
369 technique called @dfn{trampolines}.   A paper describing them is
370 available as @samp{http://master.debian.org/~karlheg/Usenix88-lexic.pdf}.
371
372 A nested function can jump to a label inherited from a containing
373 function, provided the label was explicitly declared in the containing
374 function (@pxref{Local Labels}).  Such a jump returns instantly to the
375 containing function, exiting the nested function which did the
376 @code{goto} and any intermediate functions as well.  Here is an example:
377
378 @example
379 @group
380 bar (int *array, int offset, int size)
381 @{
382   __label__ failure;
383   int access (int *array, int index)
384     @{
385       if (index > size)
386         goto failure;
387       return array[index + offset];
388     @}
389   int i;
390   @dots{}
391   for (i = 0; i < size; i++)
392     @dots{} access (array, i) @dots{}
393   @dots{}
394   return 0;
395
396  /* @r{Control comes here from @code{access}
397     if it detects an error.}  */
398  failure:
399   return -1;
400 @}
401 @end group
402 @end example
403
404 A nested function always has internal linkage.  Declaring one with
405 @code{extern} is erroneous.  If you need to declare the nested function
406 before its definition, use @code{auto} (which is otherwise meaningless
407 for function declarations).
408
409 @example
410 bar (int *array, int offset, int size)
411 @{
412   __label__ failure;
413   auto int access (int *, int);
414   @dots{}
415   int access (int *array, int index)
416     @{
417       if (index > size)
418         goto failure;
419       return array[index + offset];
420     @}
421   @dots{}
422 @}
423 @end example
424
425 @node Constructing Calls
426 @section Constructing Function Calls
427 @cindex constructing calls
428 @cindex forwarding calls
429
430 Using the built-in functions described below, you can record
431 the arguments a function received, and call another function
432 with the same arguments, without knowing the number or types
433 of the arguments.
434
435 You can also record the return value of that function call,
436 and later return that value, without knowing what data type
437 the function tried to return (as long as your caller expects
438 that data type).
439
440 @table @code
441 @findex __builtin_apply_args
442 @item __builtin_apply_args ()
443 This built-in function returns a pointer of type @code{void *} to data
444 describing how to perform a call with the same arguments as were passed
445 to the current function.
446
447 The function saves the arg pointer register, structure value address,
448 and all registers that might be used to pass arguments to a function
449 into a block of memory allocated on the stack.  Then it returns the
450 address of that block.
451
452 @findex __builtin_apply
453 @item __builtin_apply (@var{function}, @var{arguments}, @var{size})
454 This built-in function invokes @var{function} (type @code{void (*)()})
455 with a copy of the parameters described by @var{arguments} (type
456 @code{void *}) and @var{size} (type @code{int}).
457
458 The value of @var{arguments} should be the value returned by
459 @code{__builtin_apply_args}.  The argument @var{size} specifies the size
460 of the stack argument data, in bytes.
461
462 This function returns a pointer of type @code{void *} to data describing
463 how to return whatever value was returned by @var{function}.  The data
464 is saved in a block of memory allocated on the stack.
465
466 It is not always simple to compute the proper value for @var{size}.  The
467 value is used by @code{__builtin_apply} to compute the amount of data
468 that should be pushed on the stack and copied from the incoming argument
469 area.
470
471 @findex __builtin_return
472 @item __builtin_return (@var{result})
473 This built-in function returns the value described by @var{result} from
474 the containing function.  You should specify, for @var{result}, a value
475 returned by @code{__builtin_apply}.
476 @end table
477
478 @node Naming Types
479 @section Naming an Expression's Type
480 @cindex naming types
481
482 You can give a name to the type of an expression using a @code{typedef}
483 declaration with an initializer.  Here is how to define @var{name} as a
484 type name for the type of @var{exp}:
485
486 @example
487 typedef @var{name} = @var{exp};
488 @end example
489
490 This is useful in conjunction with the statements-within-expressions
491 feature.  Here is how the two together can be used to define a safe
492 ``maximum'' macro that operates on any arithmetic type:
493
494 @example
495 #define max(a,b) \
496   (@{typedef _ta = (a), _tb = (b);  \
497     _ta _a = (a); _tb _b = (b);     \
498     _a > _b ? _a : _b; @})
499 @end example
500
501 @cindex underscores in variables in macros
502 @cindex @samp{_} in variables in macros
503 @cindex local variables in macros
504 @cindex variables, local, in macros
505 @cindex macros, local variables in
506
507 The reason for using names that start with underscores for the local
508 variables is to avoid conflicts with variable names that occur within the
509 expressions that are substituted for @code{a} and @code{b}.  Eventually we
510 hope to design a new form of declaration syntax that allows you to declare
511 variables whose scopes start only after their initializers; this will be a
512 more reliable way to prevent such conflicts.
513
514 @node Typeof
515 @section Referring to a Type with @code{typeof}
516 @findex typeof
517 @findex sizeof
518 @cindex macros, types of arguments
519
520 Another way to refer to the type of an expression is with @code{typeof}.
521 The syntax of using of this keyword looks like @code{sizeof}, but the
522 construct acts semantically like a type name defined with @code{typedef}.
523
524 There are two ways of writing the argument to @code{typeof}: with an
525 expression or with a type.  Here is an example with an expression:
526
527 @example
528 typeof (x[0](1))
529 @end example
530
531 @noindent
532 This assumes that @code{x} is an array of functions; the type described
533 is that of the values of the functions.
534
535 Here is an example with a typename as the argument:
536
537 @example
538 typeof (int *)
539 @end example
540
541 @noindent
542 Here the type described is that of pointers to @code{int}.
543
544 If you are writing a header file that must work when included in ANSI C
545 programs, write @code{__typeof__} instead of @code{typeof}.
546 @xref{Alternate Keywords}.
547
548 A @code{typeof}-construct can be used anywhere a typedef name could be
549 used.  For example, you can use it in a declaration, in a cast, or inside
550 of @code{sizeof} or @code{typeof}.
551
552 @itemize @bullet
553 @item
554 This declares @code{y} with the type of what @code{x} points to.
555
556 @example
557 typeof (*x) y;
558 @end example
559
560 @item
561 This declares @code{y} as an array of such values.
562
563 @example
564 typeof (*x) y[4];
565 @end example
566
567 @item
568 This declares @code{y} as an array of pointers to characters:
569
570 @example
571 typeof (typeof (char *)[4]) y;
572 @end example
573
574 @noindent
575 It is equivalent to the following traditional C declaration:
576
577 @example
578 char *y[4];
579 @end example
580
581 To see the meaning of the declaration using @code{typeof}, and why it
582 might be a useful way to write, let's rewrite it with these macros:
583
584 @example
585 #define pointer(T)  typeof(T *)
586 #define array(T, N) typeof(T [N])
587 @end example
588
589 @noindent
590 Now the declaration can be rewritten this way:
591
592 @example
593 array (pointer (char), 4) y;
594 @end example
595
596 @noindent
597 Thus, @code{array (pointer (char), 4)} is the type of arrays of 4
598 pointers to @code{char}.
599 @end itemize
600
601 @node Lvalues
602 @section Generalized Lvalues
603 @cindex compound expressions as lvalues
604 @cindex expressions, compound, as lvalues
605 @cindex conditional expressions as lvalues
606 @cindex expressions, conditional, as lvalues
607 @cindex casts as lvalues
608 @cindex generalized lvalues
609 @cindex lvalues, generalized
610 @cindex extensions, @code{?:}
611 @cindex @code{?:} extensions
612 Compound expressions, conditional expressions and casts are allowed as
613 lvalues provided their operands are lvalues.  This means that you can take
614 their addresses or store values into them.
615
616 Standard C++ allows compound expressions and conditional expressions as
617 lvalues, and permits casts to reference type, so use of this extension
618 is deprecated for C++ code.
619
620 For example, a compound expression can be assigned, provided the last
621 expression in the sequence is an lvalue.  These two expressions are
622 equivalent:
623
624 @example
625 (a, b) += 5
626 a, (b += 5)
627 @end example
628
629 Similarly, the address of the compound expression can be taken.  These two
630 expressions are equivalent:
631
632 @example
633 &(a, b)
634 a, &b
635 @end example
636
637 A conditional expression is a valid lvalue if its type is not void and the
638 true and false branches are both valid lvalues.  For example, these two
639 expressions are equivalent:
640
641 @example
642 (a ? b : c) = 5
643 (a ? b = 5 : (c = 5))
644 @end example
645
646 A cast is a valid lvalue if its operand is an lvalue.  A simple
647 assignment whose left-hand side is a cast works by converting the
648 right-hand side first to the specified type, then to the type of the
649 inner left-hand side expression.  After this is stored, the value is
650 converted back to the specified type to become the value of the
651 assignment.  Thus, if @code{a} has type @code{char *}, the following two
652 expressions are equivalent:
653
654 @example
655 (int)a = 5
656 (int)(a = (char *)(int)5)
657 @end example
658
659 An assignment-with-arithmetic operation such as @samp{+=} applied to a cast
660 performs the arithmetic using the type resulting from the cast, and then
661 continues as in the previous case.  Therefore, these two expressions are
662 equivalent:
663
664 @example
665 (int)a += 5
666 (int)(a = (char *)(int) ((int)a + 5))
667 @end example
668
669 You cannot take the address of an lvalue cast, because the use of its
670 address would not work out coherently.  Suppose that @code{&(int)f} were
671 permitted, where @code{f} has type @code{float}.  Then the following
672 statement would try to store an integer bit-pattern where a floating
673 point number belongs:
674
675 @example
676 *&(int)f = 1;
677 @end example
678
679 This is quite different from what @code{(int)f = 1} would do---that
680 would convert 1 to floating point and store it.  Rather than cause this
681 inconsistency, we think it is better to prohibit use of @samp{&} on a cast.
682
683 If you really do want an @code{int *} pointer with the address of
684 @code{f}, you can simply write @code{(int *)&f}.
685
686 @node Conditionals
687 @section Conditionals with Omitted Operands
688 @cindex conditional expressions, extensions
689 @cindex omitted middle-operands
690 @cindex middle-operands, omitted
691 @cindex extensions, @code{?:}
692 @cindex @code{?:} extensions
693
694 The middle operand in a conditional expression may be omitted.  Then
695 if the first operand is nonzero, its value is the value of the conditional
696 expression.
697
698 Therefore, the expression
699
700 @example
701 x ? : y
702 @end example
703
704 @noindent
705 has the value of @code{x} if that is nonzero; otherwise, the value of
706 @code{y}.
707
708 This example is perfectly equivalent to
709
710 @example
711 x ? x : y
712 @end example
713
714 @cindex side effect in ?:
715 @cindex ?: side effect
716 @noindent
717 In this simple case, the ability to omit the middle operand is not
718 especially useful.  When it becomes useful is when the first operand does,
719 or may (if it is a macro argument), contain a side effect.  Then repeating
720 the operand in the middle would perform the side effect twice.  Omitting
721 the middle operand uses the value already computed without the undesirable
722 effects of recomputing it.
723
724 @node Long Long
725 @section Double-Word Integers
726 @cindex @code{long long} data types
727 @cindex double-word arithmetic
728 @cindex multiprecision arithmetic
729
730 GNU C supports data types for integers that are twice as long as
731 @code{int}.  Simply write @code{long long int} for a signed integer, or
732 @code{unsigned long long int} for an unsigned integer.  To make an
733 integer constant of type @code{long long int}, add the suffix @code{LL}
734 to the integer.  To make an integer constant of type @code{unsigned long
735 long int}, add the suffix @code{ULL} to the integer.
736
737 You can use these types in arithmetic like any other integer types.
738 Addition, subtraction, and bitwise boolean operations on these types
739 are open-coded on all types of machines.  Multiplication is open-coded
740 if the machine supports fullword-to-doubleword a widening multiply
741 instruction.  Division and shifts are open-coded only on machines that
742 provide special support.  The operations that are not open-coded use
743 special library routines that come with GNU CC.
744
745 There may be pitfalls when you use @code{long long} types for function
746 arguments, unless you declare function prototypes.  If a function
747 expects type @code{int} for its argument, and you pass a value of type
748 @code{long long int}, confusion will result because the caller and the
749 subroutine will disagree about the number of bytes for the argument.
750 Likewise, if the function expects @code{long long int} and you pass
751 @code{int}.  The best way to avoid such problems is to use prototypes.
752
753 @node Complex
754 @section Complex Numbers
755 @cindex complex numbers
756
757 GNU C supports complex data types.  You can declare both complex integer
758 types and complex floating types, using the keyword @code{__complex__}.
759
760 For example, @samp{__complex__ double x;} declares @code{x} as a
761 variable whose real part and imaginary part are both of type
762 @code{double}.  @samp{__complex__ short int y;} declares @code{y} to
763 have real and imaginary parts of type @code{short int}; this is not
764 likely to be useful, but it shows that the set of complex types is
765 complete.
766
767 To write a constant with a complex data type, use the suffix @samp{i} or
768 @samp{j} (either one; they are equivalent).  For example, @code{2.5fi}
769 has type @code{__complex__ float} and @code{3i} has type
770 @code{__complex__ int}.  Such a constant always has a pure imaginary
771 value, but you can form any complex value you like by adding one to a
772 real constant.
773
774 To extract the real part of a complex-valued expression @var{exp}, write
775 @code{__real__ @var{exp}}.  Likewise, use @code{__imag__} to
776 extract the imaginary part.
777
778 The operator @samp{~} performs complex conjugation when used on a value
779 with a complex type.
780
781 GNU CC can allocate complex automatic variables in a noncontiguous
782 fashion; it's even possible for the real part to be in a register while
783 the imaginary part is on the stack (or vice-versa).  None of the
784 supported debugging info formats has a way to represent noncontiguous
785 allocation like this, so GNU CC describes a noncontiguous complex
786 variable as if it were two separate variables of noncomplex type.
787 If the variable's actual name is @code{foo}, the two fictitious
788 variables are named @code{foo$real} and @code{foo$imag}.  You can
789 examine and set these two fictitious variables with your debugger.
790
791 A future version of GDB will know how to recognize such pairs and treat
792 them as a single variable with a complex type.
793
794 @node Zero Length
795 @section Arrays of Length Zero
796 @cindex arrays of length zero
797 @cindex zero-length arrays
798 @cindex length-zero arrays
799
800 Zero-length arrays are allowed in GNU C.  They are very useful as the last
801 element of a structure which is really a header for a variable-length
802 object:
803
804 @example
805 struct line @{
806   int length;
807   char contents[0];
808 @};
809
810 @{
811   struct line *thisline = (struct line *)
812     malloc (sizeof (struct line) + this_length);
813   thisline->length = this_length;
814 @}
815 @end example
816
817 In standard C, you would have to give @code{contents} a length of 1, which
818 means either you waste space or complicate the argument to @code{malloc}.
819
820 @node Variable Length
821 @section Arrays of Variable Length
822 @cindex variable-length arrays
823 @cindex arrays of variable length
824
825 Variable-length automatic arrays are allowed in GNU C.  These arrays are
826 declared like any other automatic arrays, but with a length that is not
827 a constant expression.  The storage is allocated at the point of
828 declaration and deallocated when the brace-level is exited.  For
829 example:
830
831 @example
832 FILE *
833 concat_fopen (char *s1, char *s2, char *mode)
834 @{
835   char str[strlen (s1) + strlen (s2) + 1];
836   strcpy (str, s1);
837   strcat (str, s2);
838   return fopen (str, mode);
839 @}
840 @end example
841
842 @cindex scope of a variable length array
843 @cindex variable-length array scope
844 @cindex deallocating variable length arrays
845 Jumping or breaking out of the scope of the array name deallocates the
846 storage.  Jumping into the scope is not allowed; you get an error
847 message for it.
848
849 @cindex @code{alloca} vs variable-length arrays
850 You can use the function @code{alloca} to get an effect much like
851 variable-length arrays.  The function @code{alloca} is available in
852 many other C implementations (but not in all).  On the other hand,
853 variable-length arrays are more elegant.
854
855 There are other differences between these two methods.  Space allocated
856 with @code{alloca} exists until the containing @emph{function} returns.
857 The space for a variable-length array is deallocated as soon as the array
858 name's scope ends.  (If you use both variable-length arrays and
859 @code{alloca} in the same function, deallocation of a variable-length array
860 will also deallocate anything more recently allocated with @code{alloca}.)
861
862 You can also use variable-length arrays as arguments to functions:
863
864 @example
865 struct entry
866 tester (int len, char data[len][len])
867 @{
868   @dots{}
869 @}
870 @end example
871
872 The length of an array is computed once when the storage is allocated
873 and is remembered for the scope of the array in case you access it with
874 @code{sizeof}.
875
876 If you want to pass the array first and the length afterward, you can
877 use a forward declaration in the parameter list---another GNU extension.
878
879 @example
880 struct entry
881 tester (int len; char data[len][len], int len)
882 @{
883   @dots{}
884 @}
885 @end example
886
887 @cindex parameter forward declaration
888 The @samp{int len} before the semicolon is a @dfn{parameter forward
889 declaration}, and it serves the purpose of making the name @code{len}
890 known when the declaration of @code{data} is parsed.
891
892 You can write any number of such parameter forward declarations in the
893 parameter list.  They can be separated by commas or semicolons, but the
894 last one must end with a semicolon, which is followed by the ``real''
895 parameter declarations.  Each forward declaration must match a ``real''
896 declaration in parameter name and data type.
897
898 @node Macro Varargs
899 @section Macros with Variable Numbers of Arguments
900 @cindex variable number of arguments
901 @cindex macro with variable arguments
902 @cindex rest argument (in macro)
903
904 In GNU C, a macro can accept a variable number of arguments, much as a
905 function can.  The syntax for defining the macro looks much like that
906 used for a function.  Here is an example:
907
908 @example
909 #define eprintf(format, args...)  \
910  fprintf (stderr, format , ## args)
911 @end example
912
913 Here @code{args} is a @dfn{rest argument}: it takes in zero or more
914 arguments, as many as the call contains.  All of them plus the commas
915 between them form the value of @code{args}, which is substituted into
916 the macro body where @code{args} is used.  Thus, we have this expansion:
917
918 @example
919 eprintf ("%s:%d: ", input_file_name, line_number)
920 @expansion{}
921 fprintf (stderr, "%s:%d: " , input_file_name, line_number)
922 @end example
923
924 @noindent
925 Note that the comma after the string constant comes from the definition
926 of @code{eprintf}, whereas the last comma comes from the value of
927 @code{args}.
928
929 The reason for using @samp{##} is to handle the case when @code{args}
930 matches no arguments at all.  In this case, @code{args} has an empty
931 value.  In this case, the second comma in the definition becomes an
932 embarrassment: if it got through to the expansion of the macro, we would
933 get something like this:
934
935 @example
936 fprintf (stderr, "success!\n" , )
937 @end example
938
939 @noindent
940 which is invalid C syntax.  @samp{##} gets rid of the comma, so we get
941 the following instead:
942
943 @example
944 fprintf (stderr, "success!\n")
945 @end example
946
947 This is a special feature of the GNU C preprocessor: @samp{##} before a
948 rest argument that is empty discards the preceding sequence of
949 non-whitespace characters from the macro definition.  (If another macro
950 argument precedes, none of it is discarded.)
951
952 It might be better to discard the last preprocessor token instead of the
953 last preceding sequence of non-whitespace characters; in fact, we may
954 someday change this feature to do so.  We advise you to write the macro
955 definition so that the preceding sequence of non-whitespace characters
956 is just a single token, so that the meaning will not change if we change
957 the definition of this feature.
958
959 @node Subscripting
960 @section Non-Lvalue Arrays May Have Subscripts
961 @cindex subscripting
962 @cindex arrays, non-lvalue
963
964 @cindex subscripting and function values
965 Subscripting is allowed on arrays that are not lvalues, even though the
966 unary @samp{&} operator is not.  For example, this is valid in GNU C though
967 not valid in other C dialects:
968
969 @example
970 @group
971 struct foo @{int a[4];@};
972
973 struct foo f();
974
975 bar (int index)
976 @{
977   return f().a[index];
978 @}
979 @end group
980 @end example
981
982 @node Pointer Arith
983 @section Arithmetic on @code{void}- and Function-Pointers
984 @cindex void pointers, arithmetic
985 @cindex void, size of pointer to
986 @cindex function pointers, arithmetic
987 @cindex function, size of pointer to
988
989 In GNU C, addition and subtraction operations are supported on pointers to
990 @code{void} and on pointers to functions.  This is done by treating the
991 size of a @code{void} or of a function as 1.
992
993 A consequence of this is that @code{sizeof} is also allowed on @code{void}
994 and on function types, and returns 1.
995
996 The option @samp{-Wpointer-arith} requests a warning if these extensions
997 are used.
998
999 @node Initializers
1000 @section Non-Constant Initializers
1001 @cindex initializers, non-constant
1002 @cindex non-constant initializers
1003
1004 As in standard C++, the elements of an aggregate initializer for an
1005 automatic variable are not required to be constant expressions in GNU C.
1006 Here is an example of an initializer with run-time varying elements:
1007
1008 @example
1009 foo (float f, float g)
1010 @{
1011   float beat_freqs[2] = @{ f-g, f+g @};
1012   @dots{}
1013 @}
1014 @end example
1015
1016 @node Constructors
1017 @section Constructor Expressions
1018 @cindex constructor expressions
1019 @cindex initializations in expressions
1020 @cindex structures, constructor expression
1021 @cindex expressions, constructor
1022
1023 GNU C supports constructor expressions.  A constructor looks like
1024 a cast containing an initializer.  Its value is an object of the
1025 type specified in the cast, containing the elements specified in
1026 the initializer.
1027
1028 Usually, the specified type is a structure.  Assume that
1029 @code{struct foo} and @code{structure} are declared as shown:
1030
1031 @example
1032 struct foo @{int a; char b[2];@} structure;
1033 @end example
1034
1035 @noindent
1036 Here is an example of constructing a @code{struct foo} with a constructor:
1037
1038 @example
1039 structure = ((struct foo) @{x + y, 'a', 0@});
1040 @end example
1041
1042 @noindent
1043 This is equivalent to writing the following:
1044
1045 @example
1046 @{
1047   struct foo temp = @{x + y, 'a', 0@};
1048   structure = temp;
1049 @}
1050 @end example
1051
1052 You can also construct an array.  If all the elements of the constructor
1053 are (made up of) simple constant expressions, suitable for use in
1054 initializers, then the constructor is an lvalue and can be coerced to a
1055 pointer to its first element, as shown here:
1056
1057 @example
1058 char **foo = (char *[]) @{ "x", "y", "z" @};
1059 @end example
1060
1061 Array constructors whose elements are not simple constants are
1062 not very useful, because the constructor is not an lvalue.  There
1063 are only two valid ways to use it: to subscript it, or initialize
1064 an array variable with it.  The former is probably slower than a
1065 @code{switch} statement, while the latter does the same thing an
1066 ordinary C initializer would do.  Here is an example of
1067 subscripting an array constructor:
1068
1069 @example
1070 output = ((int[]) @{ 2, x, 28 @}) [input];
1071 @end example
1072
1073 Constructor expressions for scalar types and union types are is
1074 also allowed, but then the constructor expression is equivalent
1075 to a cast.
1076
1077 @node Labeled Elements
1078 @section Labeled Elements in Initializers
1079 @cindex initializers with labeled elements
1080 @cindex labeled elements in initializers
1081 @cindex case labels in initializers
1082
1083 Standard C requires the elements of an initializer to appear in a fixed
1084 order, the same as the order of the elements in the array or structure
1085 being initialized.
1086
1087 In GNU C you can give the elements in any order, specifying the array
1088 indices or structure field names they apply to.  This extension is not
1089 implemented in GNU C++.
1090
1091 To specify an array index, write @samp{[@var{index}]} or
1092 @samp{[@var{index}] =} before the element value.  For example,
1093
1094 @example
1095 int a[6] = @{ [4] 29, [2] = 15 @};
1096 @end example
1097
1098 @noindent
1099 is equivalent to
1100
1101 @example
1102 int a[6] = @{ 0, 0, 15, 0, 29, 0 @};
1103 @end example
1104
1105 @noindent
1106 The index values must be constant expressions, even if the array being
1107 initialized is automatic.
1108
1109 To initialize a range of elements to the same value, write
1110 @samp{[@var{first} ... @var{last}] = @var{value}}.  For example,
1111
1112 @example
1113 int widths[] = @{ [0 ... 9] = 1, [10 ... 99] = 2, [100] = 3 @};
1114 @end example
1115
1116 @noindent
1117 Note that the length of the array is the highest value specified
1118 plus one.
1119
1120 In a structure initializer, specify the name of a field to initialize
1121 with @samp{@var{fieldname}:} before the element value.  For example,
1122 given the following structure,
1123
1124 @example
1125 struct point @{ int x, y; @};
1126 @end example
1127
1128 @noindent
1129 the following initialization
1130
1131 @example
1132 struct point p = @{ y: yvalue, x: xvalue @};
1133 @end example
1134
1135 @noindent
1136 is equivalent to
1137
1138 @example
1139 struct point p = @{ xvalue, yvalue @};
1140 @end example
1141
1142 Another syntax which has the same meaning is @samp{.@var{fieldname} =}.,
1143 as shown here:
1144
1145 @example
1146 struct point p = @{ .y = yvalue, .x = xvalue @};
1147 @end example
1148
1149 You can also use an element label (with either the colon syntax or the
1150 period-equal syntax) when initializing a union, to specify which element
1151 of the union should be used.  For example,
1152
1153 @example
1154 union foo @{ int i; double d; @};
1155
1156 union foo f = @{ d: 4 @};
1157 @end example
1158
1159 @noindent
1160 will convert 4 to a @code{double} to store it in the union using
1161 the second element.  By contrast, casting 4 to type @code{union foo}
1162 would store it into the union as the integer @code{i}, since it is
1163 an integer.  (@xref{Cast to Union}.)
1164
1165 You can combine this technique of naming elements with ordinary C
1166 initialization of successive elements.  Each initializer element that
1167 does not have a label applies to the next consecutive element of the
1168 array or structure.  For example,
1169
1170 @example
1171 int a[6] = @{ [1] = v1, v2, [4] = v4 @};
1172 @end example
1173
1174 @noindent
1175 is equivalent to
1176
1177 @example
1178 int a[6] = @{ 0, v1, v2, 0, v4, 0 @};
1179 @end example
1180
1181 Labeling the elements of an array initializer is especially useful
1182 when the indices are characters or belong to an @code{enum} type.
1183 For example:
1184
1185 @example
1186 int whitespace[256]
1187   = @{ [' '] = 1, ['\t'] = 1, ['\h'] = 1,
1188       ['\f'] = 1, ['\n'] = 1, ['\r'] = 1 @};
1189 @end example
1190
1191 @node Case Ranges
1192 @section Case Ranges
1193 @cindex case ranges
1194 @cindex ranges in case statements
1195
1196 You can specify a range of consecutive values in a single @code{case} label,
1197 like this:
1198
1199 @example
1200 case @var{low} ... @var{high}:
1201 @end example
1202
1203 @noindent
1204 This has the same effect as the proper number of individual @code{case}
1205 labels, one for each integer value from @var{low} to @var{high}, inclusive.
1206
1207 This feature is especially useful for ranges of ASCII character codes:
1208
1209 @example
1210 case 'A' ... 'Z':
1211 @end example
1212
1213 @strong{Be careful:} Write spaces around the @code{...}, for otherwise
1214 it may be parsed wrong when you use it with integer values.  For example,
1215 write this:
1216
1217 @example
1218 case 1 ... 5:
1219 @end example
1220
1221 @noindent
1222 rather than this:
1223
1224 @example
1225 case 1...5:
1226 @end example
1227
1228 @node Cast to Union
1229 @section Cast to a Union Type
1230 @cindex cast to a union
1231 @cindex union, casting to a
1232
1233 A cast to union type is similar to other casts, except that the type
1234 specified is a union type.  You can specify the type either with
1235 @code{union @var{tag}} or with a typedef name.  A cast to union is actually
1236 a constructor though, not a cast, and hence does not yield an lvalue like
1237 normal casts.  (@xref{Constructors}.)
1238
1239 The types that may be cast to the union type are those of the members
1240 of the union.  Thus, given the following union and variables:
1241
1242 @example
1243 union foo @{ int i; double d; @};
1244 int x;
1245 double y;
1246 @end example
1247
1248 @noindent
1249 both @code{x} and @code{y} can be cast to type @code{union} foo.
1250
1251 Using the cast as the right-hand side of an assignment to a variable of
1252 union type is equivalent to storing in a member of the union:
1253
1254 @example
1255 union foo u;
1256 @dots{}
1257 u = (union foo) x  @equiv{}  u.i = x
1258 u = (union foo) y  @equiv{}  u.d = y
1259 @end example
1260
1261 You can also use the union cast as a function argument:
1262
1263 @example
1264 void hack (union foo);
1265 @dots{}
1266 hack ((union foo) x);
1267 @end example
1268
1269 @node Function Attributes
1270 @section Declaring Attributes of Functions
1271 @cindex function attributes
1272 @cindex declaring attributes of functions
1273 @cindex functions that never return
1274 @cindex functions that have no side effects
1275 @cindex functions in arbitrary sections
1276 @cindex @code{volatile} applied to function
1277 @cindex @code{const} applied to function
1278 @cindex functions with @code{printf}, @code{scanf} or @code{strftime} style arguments
1279 @cindex functions that are passed arguments in registers on the 386
1280 @cindex functions that pop the argument stack on the 386
1281 @cindex functions that do not pop the argument stack on the 386
1282
1283 In GNU C, you declare certain things about functions called in your program
1284 which help the compiler optimize function calls and check your code more
1285 carefully.
1286
1287 The keyword @code{__attribute__} allows you to specify special
1288 attributes when making a declaration.  This keyword is followed by an
1289 attribute specification inside double parentheses.  Nine attributes,
1290 @code{noreturn}, @code{const}, @code{format},
1291 @code{no_instrument_function}, @code{section},
1292 @code{constructor}, @code{destructor}, @code{unused} and @code{weak} are
1293 currently defined for functions.  Other attributes, including
1294 @code{section} are supported for variables declarations (@pxref{Variable
1295 Attributes}) and for types (@pxref{Type Attributes}).
1296
1297 You may also specify attributes with @samp{__} preceding and following
1298 each keyword.  This allows you to use them in header files without
1299 being concerned about a possible macro of the same name.  For example,
1300 you may use @code{__noreturn__} instead of @code{noreturn}.
1301
1302 @table @code
1303 @cindex @code{noreturn} function attribute
1304 @item noreturn
1305 A few standard library functions, such as @code{abort} and @code{exit},
1306 cannot return.  GNU CC knows this automatically.  Some programs define
1307 their own functions that never return.  You can declare them
1308 @code{noreturn} to tell the compiler this fact.  For example,
1309
1310 @smallexample
1311 void fatal () __attribute__ ((noreturn));
1312
1313 void
1314 fatal (@dots{})
1315 @{
1316   @dots{} /* @r{Print error message.} */ @dots{}
1317   exit (1);
1318 @}
1319 @end smallexample
1320
1321 The @code{noreturn} keyword tells the compiler to assume that
1322 @code{fatal} cannot return.  It can then optimize without regard to what
1323 would happen if @code{fatal} ever did return.  This makes slightly
1324 better code.  More importantly, it helps avoid spurious warnings of
1325 uninitialized variables.
1326
1327 Do not assume that registers saved by the calling function are
1328 restored before calling the @code{noreturn} function.
1329
1330 It does not make sense for a @code{noreturn} function to have a return
1331 type other than @code{void}.
1332
1333 The attribute @code{noreturn} is not implemented in GNU C versions
1334 earlier than 2.5.  An alternative way to declare that a function does
1335 not return, which works in the current version and in some older
1336 versions, is as follows:
1337
1338 @smallexample
1339 typedef void voidfn ();
1340
1341 volatile voidfn fatal;
1342 @end smallexample
1343
1344 @cindex @code{const} function attribute
1345 @item const
1346 Many functions do not examine any values except their arguments, and
1347 have no effects except the return value.  Such a function can be subject
1348 to common subexpression elimination and loop optimization just as an
1349 arithmetic operator would be.  These functions should be declared
1350 with the attribute @code{const}.  For example,
1351
1352 @smallexample
1353 int square (int) __attribute__ ((const));
1354 @end smallexample
1355
1356 @noindent
1357 says that the hypothetical function @code{square} is safe to call
1358 fewer times than the program says.
1359
1360 The attribute @code{const} is not implemented in GNU C versions earlier
1361 than 2.5.  An alternative way to declare that a function has no side
1362 effects, which works in the current version and in some older versions,
1363 is as follows:
1364
1365 @smallexample
1366 typedef int intfn ();
1367
1368 extern const intfn square;
1369 @end smallexample
1370
1371 This approach does not work in GNU C++ from 2.6.0 on, since the language
1372 specifies that the @samp{const} must be attached to the return value.
1373
1374 @cindex pointer arguments
1375 Note that a function that has pointer arguments and examines the data
1376 pointed to must @emph{not} be declared @code{const}.  Likewise, a
1377 function that calls a non-@code{const} function usually must not be
1378 @code{const}.  It does not make sense for a @code{const} function to
1379 return @code{void}.
1380
1381 @item format (@var{archetype}, @var{string-index}, @var{first-to-check})
1382 @cindex @code{format} function attribute
1383 The @code{format} attribute specifies that a function takes @code{printf},
1384 @code{scanf}, or @code{strftime} style arguments which should be type-checked
1385 against a format string.  For example, the declaration:
1386
1387 @smallexample
1388 extern int
1389 my_printf (void *my_object, const char *my_format, ...)
1390       __attribute__ ((format (printf, 2, 3)));
1391 @end smallexample
1392
1393 @noindent
1394 causes the compiler to check the arguments in calls to @code{my_printf}
1395 for consistency with the @code{printf} style format string argument
1396 @code{my_format}.
1397
1398 The parameter @var{archetype} determines how the format string is
1399 interpreted, and should be either @code{printf}, @code{scanf}, or
1400 @code{strftime}.  The
1401 parameter @var{string-index} specifies which argument is the format
1402 string argument (starting from 1), while @var{first-to-check} is the
1403 number of the first argument to check against the format string.  For
1404 functions where the arguments are not available to be checked (such as
1405 @code{vprintf}), specify the third parameter as zero.  In this case the
1406 compiler only checks the format string for consistency.
1407
1408 In the example above, the format string (@code{my_format}) is the second
1409 argument of the function @code{my_print}, and the arguments to check
1410 start with the third argument, so the correct parameters for the format
1411 attribute are 2 and 3.
1412
1413 The @code{format} attribute allows you to identify your own functions
1414 which take format strings as arguments, so that GNU CC can check the
1415 calls to these functions for errors.  The compiler always checks formats
1416 for the ANSI library functions @code{printf}, @code{fprintf},
1417 @code{sprintf}, @code{scanf}, @code{fscanf}, @code{sscanf}, @code{strftime},
1418 @code{vprintf}, @code{vfprintf} and @code{vsprintf} whenever such
1419 warnings are requested (using @samp{-Wformat}), so there is no need to
1420 modify the header file @file{stdio.h}.
1421
1422 @item format_arg (@var{string-index})
1423 @cindex @code{format_arg} function attribute
1424 The @code{format_arg} attribute specifies that a function takes
1425 @code{printf} or @code{scanf} style arguments, modifies it (for example,
1426 to translate it into another language), and passes it to a @code{printf}
1427 or @code{scanf} style function.  For example, the declaration:
1428
1429 @smallexample
1430 extern char *
1431 my_dgettext (char *my_domain, const char *my_format)
1432       __attribute__ ((format_arg (2)));
1433 @end smallexample
1434
1435 @noindent
1436 causes the compiler to check the arguments in calls to
1437 @code{my_dgettext} whose result is passed to a @code{printf},
1438 @code{scanf}, or @code{strftime} type function for consistency with the
1439 @code{printf} style format string argument @code{my_format}.
1440
1441 The parameter @var{string-index} specifies which argument is the format
1442 string argument (starting from 1).
1443
1444 The @code{format-arg} attribute allows you to identify your own
1445 functions which modify format strings, so that GNU CC can check the
1446 calls to @code{printf}, @code{scanf}, or @code{strftime} function whose
1447 operands are a call to one of your own function.  The compiler always
1448 treats @code{gettext}, @code{dgettext}, and @code{dcgettext} in this
1449 manner.
1450
1451 @item no_instrument_function
1452 @cindex @code{no_instrument_function} function attribute
1453 If @samp{-finstrument-functions} is given, profiling function calls will
1454 be generated at entry and exit of most user-compiled functions.
1455 Functions with this attribute will not be so instrumented.
1456
1457 @item section ("section-name")
1458 @cindex @code{section} function attribute
1459 Normally, the compiler places the code it generates in the @code{text} section.
1460 Sometimes, however, you need additional sections, or you need certain
1461 particular functions to appear in special sections.  The @code{section}
1462 attribute specifies that a function lives in a particular section.
1463 For example, the declaration:
1464
1465 @smallexample
1466 extern void foobar (void) __attribute__ ((section ("bar")));
1467 @end smallexample
1468
1469 @noindent
1470 puts the function @code{foobar} in the @code{bar} section.
1471
1472 Some file formats do not support arbitrary sections so the @code{section}
1473 attribute is not available on all platforms.
1474 If you need to map the entire contents of a module to a particular
1475 section, consider using the facilities of the linker instead.
1476
1477 @item constructor
1478 @itemx destructor
1479 @cindex @code{constructor} function attribute
1480 @cindex @code{destructor} function attribute
1481 The @code{constructor} attribute causes the function to be called
1482 automatically before execution enters @code{main ()}.  Similarly, the
1483 @code{destructor} attribute causes the function to be called
1484 automatically after @code{main ()} has completed or @code{exit ()} has
1485 been called.  Functions with these attributes are useful for
1486 initializing data that will be used implicitly during the execution of
1487 the program.
1488
1489 These attributes are not currently implemented for Objective C.
1490
1491 @item unused
1492 This attribute, attached to a function, means that the function is meant
1493 to be possibly unused.  GNU CC will not produce a warning for this
1494 function.  GNU C++ does not currently support this attribute as
1495 definitions without parameters are valid in C++.
1496
1497 @item weak
1498 @cindex @code{weak} attribute
1499 The @code{weak} attribute causes the declaration to be emitted as a weak
1500 symbol rather than a global.  This is primarily useful in defining
1501 library functions which can be overridden in user code, though it can
1502 also be used with non-function declarations.  Weak symbols are supported
1503 for ELF targets, and also for a.out targets when using the GNU assembler
1504 and linker.
1505
1506 @item alias ("target")
1507 @cindex @code{alias} attribute
1508 The @code{alias} attribute causes the declaration to be emitted as an
1509 alias for another symbol, which must be specified.  For instance,
1510
1511 @smallexample
1512 void __f () @{ /* do something */; @}
1513 void f () __attribute__ ((weak, alias ("__f")));
1514 @end smallexample
1515
1516 declares @samp{f} to be a weak alias for @samp{__f}.  In C++, the
1517 mangled name for the target must be used.
1518
1519 Not all target machines support this attribute.
1520
1521 @item no_check_memory_usage
1522 @cindex @code{no_check_memory_usage} function attribute
1523 If @samp{-fcheck-memory-usage} is given, calls to support routines will
1524 be generated before most memory accesses, to permit support code to
1525 record usage and detect uses of uninitialized or unallocated storage.
1526 Since the compiler cannot handle them properly, @code{asm} statements
1527 are not allowed.  Declaring a function with this attribute disables the
1528 memory checking code for that function, permitting the use of @code{asm}
1529 statements without requiring separate compilation with different
1530 options, and allowing you to write support routines of your own if you
1531 wish, without getting infinite recursion if they get compiled with this
1532 option.
1533
1534 @item regparm (@var{number})
1535 @cindex functions that are passed arguments in registers on the 386
1536 On the Intel 386, the @code{regparm} attribute causes the compiler to
1537 pass up to @var{number} integer arguments in registers @var{EAX},
1538 @var{EDX}, and @var{ECX} instead of on the stack.  Functions that take a
1539 variable number of arguments will continue to be passed all of their
1540 arguments on the stack.
1541
1542 @item stdcall
1543 @cindex functions that pop the argument stack on the 386
1544 On the Intel 386, the @code{stdcall} attribute causes the compiler to
1545 assume that the called function will pop off the stack space used to
1546 pass arguments, unless it takes a variable number of arguments.
1547
1548 The PowerPC compiler for Windows NT currently ignores the @code{stdcall}
1549 attribute.
1550
1551 @item cdecl
1552 @cindex functions that do pop the argument stack on the 386
1553 On the Intel 386, the @code{cdecl} attribute causes the compiler to
1554 assume that the calling function will pop off the stack space used to
1555 pass arguments.  This is
1556 useful to override the effects of the @samp{-mrtd} switch.
1557
1558 The PowerPC compiler for Windows NT currently ignores the @code{cdecl}
1559 attribute.
1560
1561 @item longcall
1562 @cindex functions called via pointer on the RS/6000 and PowerPC
1563 On the RS/6000 and PowerPC, the @code{longcall} attribute causes the
1564 compiler to always call the function via a pointer, so that functions
1565 which reside further than 64 megabytes (67,108,864 bytes) from the
1566 current location can be called.
1567
1568 @item dllimport
1569 @cindex functions which are imported from a dll on PowerPC Windows NT
1570 On the PowerPC running Windows NT, the @code{dllimport} attribute causes
1571 the compiler to call the function via a global pointer to the function
1572 pointer that is set up by the Windows NT dll library.  The pointer name
1573 is formed by combining @code{__imp_} and the function name.
1574
1575 @item dllexport
1576 @cindex functions which are exported from a dll on PowerPC Windows NT
1577 On the PowerPC running Windows NT, the @code{dllexport} attribute causes
1578 the compiler to provide a global pointer to the function pointer, so
1579 that it can be called with the @code{dllimport} attribute.  The pointer
1580 name is formed by combining @code{__imp_} and the function name.
1581
1582 @item exception (@var{except-func} [, @var{except-arg}])
1583 @cindex functions which specify exception handling on PowerPC Windows NT
1584 On the PowerPC running Windows NT, the @code{exception} attribute causes
1585 the compiler to modify the structured exception table entry it emits for
1586 the declared function.  The string or identifier @var{except-func} is
1587 placed in the third entry of the structured exception table.  It
1588 represents a function, which is called by the exception handling
1589 mechanism if an exception occurs.  If it was specified, the string or
1590 identifier @var{except-arg} is placed in the fourth entry of the
1591 structured exception table.
1592
1593 @item function_vector
1594 @cindex calling functions through the function vector on the H8/300 processors
1595 Use this option on the H8/300 and H8/300H to indicate that the specified
1596 function should be called through the function vector.  Calling a
1597 function through the function vector will reduce code size, however;
1598 the function vector has a limited size (maximum 128 entries on the H8/300
1599 and 64 entries on the H8/300H) and shares space with the interrupt vector.
1600
1601 You must use GAS and GLD from GNU binutils version 2.7 or later for
1602 this option to work correctly.
1603
1604 @item interrupt_handler
1605 @cindex interrupt handler functions on the H8/300 processors
1606 Use this option on the H8/300 and H8/300H to indicate that the specified
1607 function is an interrupt handler.  The compiler will generate function
1608 entry and exit sequences suitable for use in an interrupt handler when this
1609 attribute is present.
1610
1611 @item eightbit_data
1612 @cindex eight bit data on the H8/300 and H8/300H
1613 Use this option on the H8/300 and H8/300H to indicate that the specified
1614 variable should be placed into the eight bit data section.
1615 The compiler will generate more efficient code for certain operations
1616 on data in the eight bit data area.  Note the eight bit data area is limited to
1617 256 bytes of data.
1618
1619 You must use GAS and GLD from GNU binutils version 2.7 or later for
1620 this option to work correctly.
1621
1622 @item tiny_data
1623 @cindex tiny data section on the H8/300H
1624 Use this option on the H8/300H to indicate that the specified
1625 variable should be placed into the tiny data section.
1626 The compiler will generate more efficient code for loads and stores
1627 on data in the tiny data section.  Note the tiny data area is limited to
1628 slightly under 32kbytes of data.
1629
1630 @item interrupt
1631 @cindex interrupt handlers on the M32R/D
1632 Use this option on the M32R/D to indicate that the specified
1633 function is an interrupt handler.  The compiler will generate function
1634 entry and exit sequences suitable for use in an interrupt handler when this
1635 attribute is present.
1636
1637 @item model (@var{model-name})
1638 @cindex function addressability on the M32R/D
1639 Use this attribute on the M32R/D to set the addressability of an object,
1640 and the code generated for a function.
1641 The identifier @var{model-name} is one of @code{small}, @code{medium},
1642 or @code{large}, representing each of the code models.
1643
1644 Small model objects live in the lower 16MB of memory (so that their
1645 addresses can be loaded with the @code{ld24} instruction), and are
1646 callable with the @code{bl} instruction.
1647
1648 Medium model objects may live anywhere in the 32 bit address space (the
1649 compiler will generate @code{seth/add3} instructions to load their addresses),
1650 and are callable with the @code{bl} instruction.
1651
1652 Large model objects may live anywhere in the 32 bit address space (the
1653 compiler will generate @code{seth/add3} instructions to load their addresses),
1654 and may not be reachable with the @code{bl} instruction (the compiler will
1655 generate the much slower @code{seth/add3/jl} instruction sequence).
1656
1657 @end table
1658
1659 You can specify multiple attributes in a declaration by separating them
1660 by commas within the double parentheses or by immediately following an
1661 attribute declaration with another attribute declaration.
1662
1663 @cindex @code{#pragma}, reason for not using
1664 @cindex pragma, reason for not using
1665 Some people object to the @code{__attribute__} feature, suggesting that ANSI C's
1666 @code{#pragma} should be used instead.  There are two reasons for not
1667 doing this.
1668
1669 @enumerate
1670 @item
1671 It is impossible to generate @code{#pragma} commands from a macro.
1672
1673 @item
1674 There is no telling what the same @code{#pragma} might mean in another
1675 compiler.
1676 @end enumerate
1677
1678 These two reasons apply to almost any application that might be proposed
1679 for @code{#pragma}.  It is basically a mistake to use @code{#pragma} for
1680 @emph{anything}.
1681
1682 @node Function Prototypes
1683 @section Prototypes and Old-Style Function Definitions
1684 @cindex function prototype declarations
1685 @cindex old-style function definitions
1686 @cindex promotion of formal parameters
1687
1688 GNU C extends ANSI C to allow a function prototype to override a later
1689 old-style non-prototype definition.  Consider the following example:
1690
1691 @example
1692 /* @r{Use prototypes unless the compiler is old-fashioned.}  */
1693 #ifdef __STDC__
1694 #define P(x) x
1695 #else
1696 #define P(x) ()
1697 #endif
1698
1699 /* @r{Prototype function declaration.}  */
1700 int isroot P((uid_t));
1701
1702 /* @r{Old-style function definition.}  */
1703 int
1704 isroot (x)   /* ??? lossage here ??? */
1705      uid_t x;
1706 @{
1707   return x == 0;
1708 @}
1709 @end example
1710
1711 Suppose the type @code{uid_t} happens to be @code{short}.  ANSI C does
1712 not allow this example, because subword arguments in old-style
1713 non-prototype definitions are promoted.  Therefore in this example the
1714 function definition's argument is really an @code{int}, which does not
1715 match the prototype argument type of @code{short}.
1716
1717 This restriction of ANSI C makes it hard to write code that is portable
1718 to traditional C compilers, because the programmer does not know
1719 whether the @code{uid_t} type is @code{short}, @code{int}, or
1720 @code{long}.  Therefore, in cases like these GNU C allows a prototype
1721 to override a later old-style definition.  More precisely, in GNU C, a
1722 function prototype argument type overrides the argument type specified
1723 by a later old-style definition if the former type is the same as the
1724 latter type before promotion.  Thus in GNU C the above example is
1725 equivalent to the following:
1726
1727 @example
1728 int isroot (uid_t);
1729
1730 int
1731 isroot (uid_t x)
1732 @{
1733   return x == 0;
1734 @}
1735 @end example
1736
1737 GNU C++ does not support old-style function definitions, so this
1738 extension is irrelevant.
1739
1740 @node C++ Comments
1741 @section C++ Style Comments
1742 @cindex //
1743 @cindex C++ comments
1744 @cindex comments, C++ style
1745
1746 In GNU C, you may use C++ style comments, which start with @samp{//} and
1747 continue until the end of the line.  Many other C implementations allow
1748 such comments, and they are likely to be in a future C standard.
1749 However, C++ style comments are not recognized if you specify
1750 @w{@samp{-ansi}} or @w{@samp{-traditional}}, since they are incompatible
1751 with traditional constructs like @code{dividend//*comment*/divisor}.
1752
1753 @node Dollar Signs
1754 @section Dollar Signs in Identifier Names
1755 @cindex $
1756 @cindex dollar signs in identifier names
1757 @cindex identifier names, dollar signs in
1758
1759 In GNU C, you may normally use dollar signs in identifier names.
1760 This is because many traditional C implementations allow such identifiers.
1761 However, dollar signs in identifiers are not supported on a few target
1762 machines, typically because the target assembler does not allow them.
1763
1764 @node Character Escapes
1765 @section The Character @key{ESC} in Constants
1766
1767 You can use the sequence @samp{\e} in a string or character constant to
1768 stand for the ASCII character @key{ESC}.
1769
1770 @node Alignment
1771 @section Inquiring on Alignment of Types or Variables
1772 @cindex alignment
1773 @cindex type alignment
1774 @cindex variable alignment
1775
1776 The keyword @code{__alignof__} allows you to inquire about how an object
1777 is aligned, or the minimum alignment usually required by a type.  Its
1778 syntax is just like @code{sizeof}.
1779
1780 For example, if the target machine requires a @code{double} value to be
1781 aligned on an 8-byte boundary, then @code{__alignof__ (double)} is 8.
1782 This is true on many RISC machines.  On more traditional machine
1783 designs, @code{__alignof__ (double)} is 4 or even 2.
1784
1785 Some machines never actually require alignment; they allow reference to any
1786 data type even at an odd addresses.  For these machines, @code{__alignof__}
1787 reports the @emph{recommended} alignment of a type.
1788
1789 When the operand of @code{__alignof__} is an lvalue rather than a type, the
1790 value is the largest alignment that the lvalue is known to have.  It may
1791 have this alignment as a result of its data type, or because it is part of
1792 a structure and inherits alignment from that structure.  For example, after
1793 this declaration:
1794
1795 @example
1796 struct foo @{ int x; char y; @} foo1;
1797 @end example
1798
1799 @noindent
1800 the value of @code{__alignof__ (foo1.y)} is probably 2 or 4, the same as
1801 @code{__alignof__ (int)}, even though the data type of @code{foo1.y}
1802 does not itself demand any alignment.@refill
1803
1804 A related feature which lets you specify the alignment of an object is
1805 @code{__attribute__ ((aligned (@var{alignment})))}; see the following
1806 section.
1807
1808 @node Variable Attributes
1809 @section Specifying Attributes of Variables
1810 @cindex attribute of variables
1811 @cindex variable attributes
1812
1813 The keyword @code{__attribute__} allows you to specify special
1814 attributes of variables or structure fields.  This keyword is followed
1815 by an attribute specification inside double parentheses.  Eight
1816 attributes are currently defined for variables: @code{aligned},
1817 @code{mode}, @code{nocommon}, @code{packed}, @code{section},
1818 @code{transparent_union}, @code{unused}, and @code{weak}.  Other
1819 attributes are available for functions (@pxref{Function Attributes}) and
1820 for types (@pxref{Type Attributes}).
1821
1822 You may also specify attributes with @samp{__} preceding and following
1823 each keyword.  This allows you to use them in header files without
1824 being concerned about a possible macro of the same name.  For example,
1825 you may use @code{__aligned__} instead of @code{aligned}.
1826
1827 @table @code
1828 @cindex @code{aligned} attribute
1829 @item aligned (@var{alignment})
1830 This attribute specifies a minimum alignment for the variable or
1831 structure field, measured in bytes.  For example, the declaration:
1832
1833 @smallexample
1834 int x __attribute__ ((aligned (16))) = 0;
1835 @end smallexample
1836
1837 @noindent
1838 causes the compiler to allocate the global variable @code{x} on a
1839 16-byte boundary.  On a 68040, this could be used in conjunction with
1840 an @code{asm} expression to access the @code{move16} instruction which
1841 requires 16-byte aligned operands.
1842
1843 You can also specify the alignment of structure fields.  For example, to
1844 create a double-word aligned @code{int} pair, you could write:
1845
1846 @smallexample
1847 struct foo @{ int x[2] __attribute__ ((aligned (8))); @};
1848 @end smallexample
1849
1850 @noindent
1851 This is an alternative to creating a union with a @code{double} member
1852 that forces the union to be double-word aligned.
1853
1854 It is not possible to specify the alignment of functions; the alignment
1855 of functions is determined by the machine's requirements and cannot be
1856 changed.  You cannot specify alignment for a typedef name because such a
1857 name is just an alias, not a distinct type.
1858
1859 As in the preceding examples, you can explicitly specify the alignment
1860 (in bytes) that you wish the compiler to use for a given variable or
1861 structure field.  Alternatively, you can leave out the alignment factor
1862 and just ask the compiler to align a variable or field to the maximum
1863 useful alignment for the target machine you are compiling for.  For
1864 example, you could write:
1865
1866 @smallexample
1867 short array[3] __attribute__ ((aligned));
1868 @end smallexample
1869
1870 Whenever you leave out the alignment factor in an @code{aligned} attribute
1871 specification, the compiler automatically sets the alignment for the declared
1872 variable or field to the largest alignment which is ever used for any data
1873 type on the target machine you are compiling for.  Doing this can often make
1874 copy operations more efficient, because the compiler can use whatever
1875 instructions copy the biggest chunks of memory when performing copies to
1876 or from the variables or fields that you have aligned this way.
1877
1878 The @code{aligned} attribute can only increase the alignment; but you
1879 can decrease it by specifying @code{packed} as well.  See below.
1880
1881 Note that the effectiveness of @code{aligned} attributes may be limited
1882 by inherent limitations in your linker.  On many systems, the linker is
1883 only able to arrange for variables to be aligned up to a certain maximum
1884 alignment.  (For some linkers, the maximum supported alignment may
1885 be very very small.)  If your linker is only able to align variables
1886 up to a maximum of 8 byte alignment, then specifying @code{aligned(16)}
1887 in an @code{__attribute__} will still only provide you with 8 byte
1888 alignment.  See your linker documentation for further information.
1889
1890 @item mode (@var{mode})
1891 @cindex @code{mode} attribute
1892 This attribute specifies the data type for the declaration---whichever
1893 type corresponds to the mode @var{mode}.  This in effect lets you
1894 request an integer or floating point type according to its width.
1895
1896 You may also specify a mode of @samp{byte} or @samp{__byte__} to
1897 indicate the mode corresponding to a one-byte integer, @samp{word} or
1898 @samp{__word__} for the mode of a one-word integer, and @samp{pointer}
1899 or @samp{__pointer__} for the mode used to represent pointers.
1900
1901 @item nocommon
1902 @cindex @code{nocommon} attribute
1903 This attribute specifies requests GNU CC not to place a variable
1904 ``common'' but instead to allocate space for it directly.  If you
1905 specify the @samp{-fno-common} flag, GNU CC will do this for all
1906 variables.
1907
1908 Specifying the @code{nocommon} attribute for a variable provides an
1909 initialization of zeros.  A variable may only be initialized in one
1910 source file.
1911
1912 @item packed
1913 @cindex @code{packed} attribute
1914 The @code{packed} attribute specifies that a variable or structure field
1915 should have the smallest possible alignment---one byte for a variable,
1916 and one bit for a field, unless you specify a larger value with the
1917 @code{aligned} attribute.
1918
1919 Here is a structure in which the field @code{x} is packed, so that it
1920 immediately follows @code{a}:
1921
1922 @example
1923 struct foo
1924 @{
1925   char a;
1926   int x[2] __attribute__ ((packed));
1927 @};
1928 @end example
1929
1930 @item section ("section-name")
1931 @cindex @code{section} variable attribute
1932 Normally, the compiler places the objects it generates in sections like
1933 @code{data} and @code{bss}.  Sometimes, however, you need additional sections,
1934 or you need certain particular variables to appear in special sections,
1935 for example to map to special hardware.  The @code{section}
1936 attribute specifies that a variable (or function) lives in a particular
1937 section.  For example, this small program uses several specific section names:
1938
1939 @smallexample
1940 struct duart a __attribute__ ((section ("DUART_A"))) = @{ 0 @};
1941 struct duart b __attribute__ ((section ("DUART_B"))) = @{ 0 @};
1942 char stack[10000] __attribute__ ((section ("STACK"))) = @{ 0 @};
1943 int init_data __attribute__ ((section ("INITDATA"))) = 0;
1944
1945 main()
1946 @{
1947   /* Initialize stack pointer */
1948   init_sp (stack + sizeof (stack));
1949
1950   /* Initialize initialized data */
1951   memcpy (&init_data, &data, &edata - &data);
1952
1953   /* Turn on the serial ports */
1954   init_duart (&a);
1955   init_duart (&b);
1956 @}
1957 @end smallexample
1958
1959 @noindent
1960 Use the @code{section} attribute with an @emph{initialized} definition
1961 of a @emph{global} variable, as shown in the example.  GNU CC issues
1962 a warning and otherwise ignores the @code{section} attribute in
1963 uninitialized variable declarations.
1964
1965 You may only use the @code{section} attribute with a fully initialized
1966 global definition because of the way linkers work.  The linker requires
1967 each object be defined once, with the exception that uninitialized
1968 variables tentatively go in the @code{common} (or @code{bss}) section
1969 and can be multiply "defined".  You can force a variable to be
1970 initialized with the @samp{-fno-common} flag or the @code{nocommon}
1971 attribute.
1972
1973 Some file formats do not support arbitrary sections so the @code{section}
1974 attribute is not available on all platforms.
1975 If you need to map the entire contents of a module to a particular
1976 section, consider using the facilities of the linker instead.
1977
1978 @item transparent_union
1979 This attribute, attached to a function parameter which is a union, means
1980 that the corresponding argument may have the type of any union member,
1981 but the argument is passed as if its type were that of the first union
1982 member.  For more details see @xref{Type Attributes}.  You can also use
1983 this attribute on a @code{typedef} for a union data type; then it
1984 applies to all function parameters with that type.
1985
1986 @item unused
1987 This attribute, attached to a variable, means that the variable is meant
1988 to be possibly unused.  GNU CC will not produce a warning for this
1989 variable.
1990
1991 @item weak
1992 The @code{weak} attribute is described in @xref{Function Attributes}.
1993
1994 @item model (@var{model-name})
1995 @cindex variable addressability on the M32R/D
1996 Use this attribute on the M32R/D to set the addressability of an object.
1997 The identifier @var{model-name} is one of @code{small}, @code{medium},
1998 or @code{large}, representing each of the code models.
1999
2000 Small model objects live in the lower 16MB of memory (so that their
2001 addresses can be loaded with the @code{ld24} instruction).
2002
2003 Medium and large model objects may live anywhere in the 32 bit address space
2004 (the compiler will generate @code{seth/add3} instructions to load their
2005 addresses).
2006
2007 @end table
2008
2009 To specify multiple attributes, separate them by commas within the
2010 double parentheses: for example, @samp{__attribute__ ((aligned (16),
2011 packed))}.
2012
2013 @node Type Attributes
2014 @section Specifying Attributes of Types
2015 @cindex attribute of types
2016 @cindex type attributes
2017
2018 The keyword @code{__attribute__} allows you to specify special
2019 attributes of @code{struct} and @code{union} types when you define such
2020 types.  This keyword is followed by an attribute specification inside
2021 double parentheses.  Three attributes are currently defined for types:
2022 @code{aligned}, @code{packed}, and @code{transparent_union}.  Other
2023 attributes are defined for functions (@pxref{Function Attributes}) and
2024 for variables (@pxref{Variable Attributes}).
2025
2026 You may also specify any one of these attributes with @samp{__}
2027 preceding and following its keyword.  This allows you to use these
2028 attributes in header files without being concerned about a possible
2029 macro of the same name.  For example, you may use @code{__aligned__}
2030 instead of @code{aligned}.
2031
2032 You may specify the @code{aligned} and @code{transparent_union}
2033 attributes either in a @code{typedef} declaration or just past the
2034 closing curly brace of a complete enum, struct or union type
2035 @emph{definition} and the @code{packed} attribute only past the closing
2036 brace of a definition.
2037
2038 You may also specify attributes between the enum, struct or union
2039 tag and the name of the type rather than after the closing brace.
2040
2041 @table @code
2042 @cindex @code{aligned} attribute
2043 @item aligned (@var{alignment})
2044 This attribute specifies a minimum alignment (in bytes) for variables
2045 of the specified type.  For example, the declarations:
2046
2047 @smallexample
2048 struct S @{ short f[3]; @} __attribute__ ((aligned (8)));
2049 typedef int more_aligned_int __attribute__ ((aligned (8)));
2050 @end smallexample
2051
2052 @noindent
2053 force the compiler to insure (as far as it can) that each variable whose
2054 type is @code{struct S} or @code{more_aligned_int} will be allocated and
2055 aligned @emph{at least} on a 8-byte boundary.  On a Sparc, having all
2056 variables of type @code{struct S} aligned to 8-byte boundaries allows
2057 the compiler to use the @code{ldd} and @code{std} (doubleword load and
2058 store) instructions when copying one variable of type @code{struct S} to
2059 another, thus improving run-time efficiency.
2060
2061 Note that the alignment of any given @code{struct} or @code{union} type
2062 is required by the ANSI C standard to be at least a perfect multiple of
2063 the lowest common multiple of the alignments of all of the members of
2064 the @code{struct} or @code{union} in question.  This means that you @emph{can}
2065 effectively adjust the alignment of a @code{struct} or @code{union}
2066 type by attaching an @code{aligned} attribute to any one of the members
2067 of such a type, but the notation illustrated in the example above is a
2068 more obvious, intuitive, and readable way to request the compiler to
2069 adjust the alignment of an entire @code{struct} or @code{union} type.
2070
2071 As in the preceding example, you can explicitly specify the alignment
2072 (in bytes) that you wish the compiler to use for a given @code{struct}
2073 or @code{union} type.  Alternatively, you can leave out the alignment factor
2074 and just ask the compiler to align a type to the maximum
2075 useful alignment for the target machine you are compiling for.  For
2076 example, you could write:
2077
2078 @smallexample
2079 struct S @{ short f[3]; @} __attribute__ ((aligned));
2080 @end smallexample
2081
2082 Whenever you leave out the alignment factor in an @code{aligned}
2083 attribute specification, the compiler automatically sets the alignment
2084 for the type to the largest alignment which is ever used for any data
2085 type on the target machine you are compiling for.  Doing this can often
2086 make copy operations more efficient, because the compiler can use
2087 whatever instructions copy the biggest chunks of memory when performing
2088 copies to or from the variables which have types that you have aligned
2089 this way.
2090
2091 In the example above, if the size of each @code{short} is 2 bytes, then
2092 the size of the entire @code{struct S} type is 6 bytes.  The smallest
2093 power of two which is greater than or equal to that is 8, so the
2094 compiler sets the alignment for the entire @code{struct S} type to 8
2095 bytes.
2096
2097 Note that although you can ask the compiler to select a time-efficient
2098 alignment for a given type and then declare only individual stand-alone
2099 objects of that type, the compiler's ability to select a time-efficient
2100 alignment is primarily useful only when you plan to create arrays of
2101 variables having the relevant (efficiently aligned) type.  If you
2102 declare or use arrays of variables of an efficiently-aligned type, then
2103 it is likely that your program will also be doing pointer arithmetic (or
2104 subscripting, which amounts to the same thing) on pointers to the
2105 relevant type, and the code that the compiler generates for these
2106 pointer arithmetic operations will often be more efficient for
2107 efficiently-aligned types than for other types.
2108
2109 The @code{aligned} attribute can only increase the alignment; but you
2110 can decrease it by specifying @code{packed} as well.  See below.
2111
2112 Note that the effectiveness of @code{aligned} attributes may be limited
2113 by inherent limitations in your linker.  On many systems, the linker is
2114 only able to arrange for variables to be aligned up to a certain maximum
2115 alignment.  (For some linkers, the maximum supported alignment may
2116 be very very small.)  If your linker is only able to align variables
2117 up to a maximum of 8 byte alignment, then specifying @code{aligned(16)}
2118 in an @code{__attribute__} will still only provide you with 8 byte
2119 alignment.  See your linker documentation for further information.
2120
2121 @item packed
2122 This attribute, attached to an @code{enum}, @code{struct}, or
2123 @code{union} type definition, specified that the minimum required memory
2124 be used to represent the type.
2125
2126 Specifying this attribute for @code{struct} and @code{union} types is
2127 equivalent to specifying the @code{packed} attribute on each of the
2128 structure or union members.  Specifying the @samp{-fshort-enums}
2129 flag on the line is equivalent to specifying the @code{packed}
2130 attribute on all @code{enum} definitions.
2131
2132 You may only specify this attribute after a closing curly brace on an
2133 @code{enum} definition, not in a @code{typedef} declaration, unless that
2134 declaration also contains the definition of the @code{enum}.
2135
2136 @item transparent_union
2137 This attribute, attached to a @code{union} type definition, indicates
2138 that any function parameter having that union type causes calls to that
2139 function to be treated in a special way.
2140
2141 First, the argument corresponding to a transparent union type can be of
2142 any type in the union; no cast is required.  Also, if the union contains
2143 a pointer type, the corresponding argument can be a null pointer
2144 constant or a void pointer expression; and if the union contains a void
2145 pointer type, the corresponding argument can be any pointer expression.
2146 If the union member type is a pointer, qualifiers like @code{const} on
2147 the referenced type must be respected, just as with normal pointer
2148 conversions.
2149
2150 Second, the argument is passed to the function using the calling
2151 conventions of first member of the transparent union, not the calling
2152 conventions of the union itself.  All members of the union must have the
2153 same machine representation; this is necessary for this argument passing
2154 to work properly.
2155
2156 Transparent unions are designed for library functions that have multiple
2157 interfaces for compatibility reasons.  For example, suppose the
2158 @code{wait} function must accept either a value of type @code{int *} to
2159 comply with Posix, or a value of type @code{union wait *} to comply with
2160 the 4.1BSD interface.  If @code{wait}'s parameter were @code{void *},
2161 @code{wait} would accept both kinds of arguments, but it would also
2162 accept any other pointer type and this would make argument type checking
2163 less useful.  Instead, @code{<sys/wait.h>} might define the interface
2164 as follows:
2165
2166 @smallexample
2167 typedef union
2168   @{
2169     int *__ip;
2170     union wait *__up;
2171   @} wait_status_ptr_t __attribute__ ((__transparent_union__));
2172
2173 pid_t wait (wait_status_ptr_t);
2174 @end smallexample
2175
2176 This interface allows either @code{int *} or @code{union wait *}
2177 arguments to be passed, using the @code{int *} calling convention.
2178 The program can call @code{wait} with arguments of either type:
2179
2180 @example
2181 int w1 () @{ int w; return wait (&w); @}
2182 int w2 () @{ union wait w; return wait (&w); @}
2183 @end example
2184
2185 With this interface, @code{wait}'s implementation might look like this:
2186
2187 @example
2188 pid_t wait (wait_status_ptr_t p)
2189 @{
2190   return waitpid (-1, p.__ip, 0);
2191 @}
2192 @end example
2193
2194 @item unused
2195 When attached to a type (including a @code{union} or a @code{struct}),
2196 this attribute means that variables of that type are meant to appear
2197 possibly unused.  GNU CC will not produce a warning for any variables of
2198 that type, even if the variable appears to do nothing.  This is often
2199 the case with lock or thread classes, which are usually defined and then
2200 not referenced, but contain constructors and destructors that have
2201 nontrivial bookkeeping functions.
2202
2203 @end table
2204
2205 To specify multiple attributes, separate them by commas within the
2206 double parentheses: for example, @samp{__attribute__ ((aligned (16),
2207 packed))}.
2208
2209 @node Inline
2210 @section An Inline Function is As Fast As a Macro
2211 @cindex inline functions
2212 @cindex integrating function code
2213 @cindex open coding
2214 @cindex macros, inline alternative
2215
2216 By declaring a function @code{inline}, you can direct GNU CC to
2217 integrate that function's code into the code for its callers.  This
2218 makes execution faster by eliminating the function-call overhead; in
2219 addition, if any of the actual argument values are constant, their known
2220 values may permit simplifications at compile time so that not all of the
2221 inline function's code needs to be included.  The effect on code size is
2222 less predictable; object code may be larger or smaller with function
2223 inlining, depending on the particular case.  Inlining of functions is an
2224 optimization and it really ``works'' only in optimizing compilation.  If
2225 you don't use @samp{-O}, no function is really inline.
2226
2227 To declare a function inline, use the @code{inline} keyword in its
2228 declaration, like this:
2229
2230 @example
2231 inline int
2232 inc (int *a)
2233 @{
2234   (*a)++;
2235 @}
2236 @end example
2237
2238 (If you are writing a header file to be included in ANSI C programs, write
2239 @code{__inline__} instead of @code{inline}.  @xref{Alternate Keywords}.)
2240
2241 You can also make all ``simple enough'' functions inline with the option
2242 @samp{-finline-functions}.  Note that certain usages in a function
2243 definition can make it unsuitable for inline substitution.
2244
2245 Note that in C and Objective C, unlike C++, the @code{inline} keyword
2246 does not affect the linkage of the function.
2247
2248 @cindex automatic @code{inline} for C++ member fns
2249 @cindex @code{inline} automatic for C++ member fns
2250 @cindex member fns, automatically @code{inline}
2251 @cindex C++ member fns, automatically @code{inline}
2252 GNU CC automatically inlines member functions defined within the class
2253 body of C++ programs even if they are not explicitly declared
2254 @code{inline}.  (You can override this with @samp{-fno-default-inline};
2255 @pxref{C++ Dialect Options,,Options Controlling C++ Dialect}.)
2256
2257 @cindex inline functions, omission of
2258 When a function is both inline and @code{static}, if all calls to the
2259 function are integrated into the caller, and the function's address is
2260 never used, then the function's own assembler code is never referenced.
2261 In this case, GNU CC does not actually output assembler code for the
2262 function, unless you specify the option @samp{-fkeep-inline-functions}.
2263 Some calls cannot be integrated for various reasons (in particular,
2264 calls that precede the function's definition cannot be integrated, and
2265 neither can recursive calls within the definition).  If there is a
2266 nonintegrated call, then the function is compiled to assembler code as
2267 usual.  The function must also be compiled as usual if the program
2268 refers to its address, because that can't be inlined.
2269
2270 @cindex non-static inline function
2271 When an inline function is not @code{static}, then the compiler must assume
2272 that there may be calls from other source files; since a global symbol can
2273 be defined only once in any program, the function must not be defined in
2274 the other source files, so the calls therein cannot be integrated.
2275 Therefore, a non-@code{static} inline function is always compiled on its
2276 own in the usual fashion.
2277
2278 If you specify both @code{inline} and @code{extern} in the function
2279 definition, then the definition is used only for inlining.  In no case
2280 is the function compiled on its own, not even if you refer to its
2281 address explicitly.  Such an address becomes an external reference, as
2282 if you had only declared the function, and had not defined it.
2283
2284 This combination of @code{inline} and @code{extern} has almost the
2285 effect of a macro.  The way to use it is to put a function definition in
2286 a header file with these keywords, and put another copy of the
2287 definition (lacking @code{inline} and @code{extern}) in a library file.
2288 The definition in the header file will cause most calls to the function
2289 to be inlined.  If any uses of the function remain, they will refer to
2290 the single copy in the library.
2291
2292 GNU C does not inline any functions when not optimizing.  It is not
2293 clear whether it is better to inline or not, in this case, but we found
2294 that a correct implementation when not optimizing was difficult.  So we
2295 did the easy thing, and turned it off.
2296
2297 @node Extended Asm
2298 @section Assembler Instructions with C Expression Operands
2299 @cindex extended @code{asm}
2300 @cindex @code{asm} expressions
2301 @cindex assembler instructions
2302 @cindex registers
2303
2304 In an assembler instruction using @code{asm}, you can specify the
2305 operands of the instruction using C expressions.  This means you need not
2306 guess which registers or memory locations will contain the data you want
2307 to use.
2308
2309 You must specify an assembler instruction template much like what
2310 appears in a machine description, plus an operand constraint string for
2311 each operand.
2312
2313 For example, here is how to use the 68881's @code{fsinx} instruction:
2314
2315 @example
2316 asm ("fsinx %1,%0" : "=f" (result) : "f" (angle));
2317 @end example
2318
2319 @noindent
2320 Here @code{angle} is the C expression for the input operand while
2321 @code{result} is that of the output operand.  Each has @samp{"f"} as its
2322 operand constraint, saying that a floating point register is required.
2323 The @samp{=} in @samp{=f} indicates that the operand is an output; all
2324 output operands' constraints must use @samp{=}.  The constraints use the
2325 same language used in the machine description (@pxref{Constraints}).
2326
2327 Each operand is described by an operand-constraint string followed by
2328 the C expression in parentheses.  A colon separates the assembler
2329 template from the first output operand and another separates the last
2330 output operand from the first input, if any.  Commas separate the
2331 operands within each group.  The total number of operands is limited to
2332 ten or to the maximum number of operands in any instruction pattern in
2333 the machine description, whichever is greater.
2334
2335 If there are no output operands but there are input operands, you must
2336 place two consecutive colons surrounding the place where the output
2337 operands would go.
2338
2339 Output operand expressions must be lvalues; the compiler can check this.
2340 The input operands need not be lvalues.  The compiler cannot check
2341 whether the operands have data types that are reasonable for the
2342 instruction being executed.  It does not parse the assembler instruction
2343 template and does not know what it means or even whether it is valid
2344 assembler input.  The extended @code{asm} feature is most often used for
2345 machine instructions the compiler itself does not know exist.  If
2346 the output expression cannot be directly addressed (for example, it is a
2347 bit field), your constraint must allow a register.  In that case, GNU CC
2348 will use the register as the output of the @code{asm}, and then store
2349 that register into the output.
2350
2351 The ordinary output operands must be write-only; GNU CC will assume that
2352 the values in these operands before the instruction are dead and need
2353 not be generated.  Extended asm supports input-output or read-write
2354 operands.  Use the constraint character @samp{+} to indicate such an
2355 operand and list it with the output operands.
2356
2357 When the constraints for the read-write operand (or the operand in which
2358 only some of the bits are to be changed) allows a register, you may, as
2359 an alternative, logically split its function into two separate operands,
2360 one input operand and one write-only output operand.  The connection
2361 between them is expressed by constraints which say they need to be in
2362 the same location when the instruction executes.  You can use the same C
2363 expression for both operands, or different expressions.  For example,
2364 here we write the (fictitious) @samp{combine} instruction with
2365 @code{bar} as its read-only source operand and @code{foo} as its
2366 read-write destination:
2367
2368 @example
2369 asm ("combine %2,%0" : "=r" (foo) : "0" (foo), "g" (bar));
2370 @end example
2371
2372 @noindent
2373 The constraint @samp{"0"} for operand 1 says that it must occupy the
2374 same location as operand 0.  A digit in constraint is allowed only in an
2375 input operand and it must refer to an output operand.
2376
2377 Only a digit in the constraint can guarantee that one operand will be in
2378 the same place as another.  The mere fact that @code{foo} is the value
2379 of both operands is not enough to guarantee that they will be in the
2380 same place in the generated assembler code.  The following would not
2381 work reliably:
2382
2383 @example
2384 asm ("combine %2,%0" : "=r" (foo) : "r" (foo), "g" (bar));
2385 @end example
2386
2387 Various optimizations or reloading could cause operands 0 and 1 to be in
2388 different registers; GNU CC knows no reason not to do so.  For example, the
2389 compiler might find a copy of the value of @code{foo} in one register and
2390 use it for operand 1, but generate the output operand 0 in a different
2391 register (copying it afterward to @code{foo}'s own address).  Of course,
2392 since the register for operand 1 is not even mentioned in the assembler
2393 code, the result will not work, but GNU CC can't tell that.
2394
2395 Some instructions clobber specific hard registers.  To describe this,
2396 write a third colon after the input operands, followed by the names of
2397 the clobbered hard registers (given as strings).  Here is a realistic
2398 example for the VAX:
2399
2400 @example
2401 asm volatile ("movc3 %0,%1,%2"
2402               : /* no outputs */
2403               : "g" (from), "g" (to), "g" (count)
2404               : "r0", "r1", "r2", "r3", "r4", "r5");
2405 @end example
2406
2407 If you refer to a particular hardware register from the assembler code,
2408 you will probably have to list the register after the third colon to
2409 tell the compiler the register's value is modified.  In some assemblers,
2410 the register names begin with @samp{%}; to produce one @samp{%} in the
2411 assembler code, you must write @samp{%%} in the input.
2412
2413 If your assembler instruction can alter the condition code register, add
2414 @samp{cc} to the list of clobbered registers.  GNU CC on some machines
2415 represents the condition codes as a specific hardware register;
2416 @samp{cc} serves to name this register.  On other machines, the
2417 condition code is handled differently, and specifying @samp{cc} has no
2418 effect.  But it is valid no matter what the machine.
2419
2420 If your assembler instruction modifies memory in an unpredictable
2421 fashion, add @samp{memory} to the list of clobbered registers.  This
2422 will cause GNU CC to not keep memory values cached in registers across
2423 the assembler instruction.
2424
2425 You can put multiple assembler instructions together in a single
2426 @code{asm} template, separated either with newlines (written as
2427 @samp{\n}) or with semicolons if the assembler allows such semicolons.
2428 The GNU assembler allows semicolons and most Unix assemblers seem to do
2429 so.  The input operands are guaranteed not to use any of the clobbered
2430 registers, and neither will the output operands' addresses, so you can
2431 read and write the clobbered registers as many times as you like.  Here
2432 is an example of multiple instructions in a template; it assumes the
2433 subroutine @code{_foo} accepts arguments in registers 9 and 10:
2434
2435 @example
2436 asm ("movl %0,r9;movl %1,r10;call _foo"
2437      : /* no outputs */
2438      : "g" (from), "g" (to)
2439      : "r9", "r10");
2440 @end example
2441
2442 Unless an output operand has the @samp{&} constraint modifier, GNU CC
2443 may allocate it in the same register as an unrelated input operand, on
2444 the assumption the inputs are consumed before the outputs are produced.
2445 This assumption may be false if the assembler code actually consists of
2446 more than one instruction.  In such a case, use @samp{&} for each output
2447 operand that may not overlap an input.  @xref{Modifiers}.
2448
2449 If you want to test the condition code produced by an assembler
2450 instruction, you must include a branch and a label in the @code{asm}
2451 construct, as follows:
2452
2453 @example
2454 asm ("clr %0;frob %1;beq 0f;mov #1,%0;0:"
2455      : "g" (result)
2456      : "g" (input));
2457 @end example
2458
2459 @noindent
2460 This assumes your assembler supports local labels, as the GNU assembler
2461 and most Unix assemblers do.
2462
2463 Speaking of labels, jumps from one @code{asm} to another are not
2464 supported.  The compiler's optimizers do not know about these jumps, and
2465 therefore they cannot take account of them when deciding how to
2466 optimize.
2467
2468 @cindex macros containing @code{asm}
2469 Usually the most convenient way to use these @code{asm} instructions is to
2470 encapsulate them in macros that look like functions.  For example,
2471
2472 @example
2473 #define sin(x)       \
2474 (@{ double __value, __arg = (x);   \
2475    asm ("fsinx %1,%0": "=f" (__value): "f" (__arg));  \
2476    __value; @})
2477 @end example
2478
2479 @noindent
2480 Here the variable @code{__arg} is used to make sure that the instruction
2481 operates on a proper @code{double} value, and to accept only those
2482 arguments @code{x} which can convert automatically to a @code{double}.
2483
2484 Another way to make sure the instruction operates on the correct data
2485 type is to use a cast in the @code{asm}.  This is different from using a
2486 variable @code{__arg} in that it converts more different types.  For
2487 example, if the desired type were @code{int}, casting the argument to
2488 @code{int} would accept a pointer with no complaint, while assigning the
2489 argument to an @code{int} variable named @code{__arg} would warn about
2490 using a pointer unless the caller explicitly casts it.
2491
2492 If an @code{asm} has output operands, GNU CC assumes for optimization
2493 purposes the instruction has no side effects except to change the output
2494 operands.  This does not mean instructions with a side effect cannot be
2495 used, but you must be careful, because the compiler may eliminate them
2496 if the output operands aren't used, or move them out of loops, or
2497 replace two with one if they constitute a common subexpression.  Also,
2498 if your instruction does have a side effect on a variable that otherwise
2499 appears not to change, the old value of the variable may be reused later
2500 if it happens to be found in a register.
2501
2502 You can prevent an @code{asm} instruction from being deleted, moved
2503 significantly, or combined, by writing the keyword @code{volatile} after
2504 the @code{asm}.  For example:
2505
2506 @example
2507 #define get_and_set_priority(new)  \
2508 (@{ int __old; \
2509    asm volatile ("get_and_set_priority %0, %1": "=g" (__old) : "g" (new)); \
2510    __old; @})
2511 b@end example
2512
2513 @noindent
2514 If you write an @code{asm} instruction with no outputs, GNU CC will know
2515 the instruction has side-effects and will not delete the instruction or
2516 move it outside of loops.  If the side-effects of your instruction are
2517 not purely external, but will affect variables in your program in ways
2518 other than reading the inputs and clobbering the specified registers or
2519 memory, you should write the @code{volatile} keyword to prevent future
2520 versions of GNU CC from moving the instruction around within a core
2521 region.
2522
2523 An @code{asm} instruction without any operands or clobbers (and ``old
2524 style'' @code{asm}) will not be deleted or moved significantly,
2525 regardless, unless it is unreachable, the same wasy as if you had
2526 written a @code{volatile} keyword.
2527
2528 Note that even a volatile @code{asm} instruction can be moved in ways
2529 that appear insignificant to the compiler, such as across jump
2530 instructions.  You can't expect a sequence of volatile @code{asm}
2531 instructions to remain perfectly consecutive.  If you want consecutive
2532 output, use a single @code{asm}.
2533
2534 It is a natural idea to look for a way to give access to the condition
2535 code left by the assembler instruction.  However, when we attempted to
2536 implement this, we found no way to make it work reliably.  The problem
2537 is that output operands might need reloading, which would result in
2538 additional following ``store'' instructions.  On most machines, these
2539 instructions would alter the condition code before there was time to
2540 test it.  This problem doesn't arise for ordinary ``test'' and
2541 ``compare'' instructions because they don't have any output operands.
2542
2543 If you are writing a header file that should be includable in ANSI C
2544 programs, write @code{__asm__} instead of @code{asm}.  @xref{Alternate
2545 Keywords}.
2546
2547 @ifclear INTERNALS
2548 @c Show the details on constraints if they do not appear elsewhere in
2549 @c the manual
2550 @include md.texi
2551 @end ifclear
2552
2553 @node Asm Labels
2554 @section Controlling Names Used in Assembler Code
2555 @cindex assembler names for identifiers
2556 @cindex names used in assembler code
2557 @cindex identifiers, names in assembler code
2558
2559 You can specify the name to be used in the assembler code for a C
2560 function or variable by writing the @code{asm} (or @code{__asm__})
2561 keyword after the declarator as follows:
2562
2563 @example
2564 int foo asm ("myfoo") = 2;
2565 @end example
2566
2567 @noindent
2568 This specifies that the name to be used for the variable @code{foo} in
2569 the assembler code should be @samp{myfoo} rather than the usual
2570 @samp{_foo}.
2571
2572 On systems where an underscore is normally prepended to the name of a C
2573 function or variable, this feature allows you to define names for the
2574 linker that do not start with an underscore.
2575
2576 You cannot use @code{asm} in this way in a function @emph{definition}; but
2577 you can get the same effect by writing a declaration for the function
2578 before its definition and putting @code{asm} there, like this:
2579
2580 @example
2581 extern func () asm ("FUNC");
2582
2583 func (x, y)
2584      int x, y;
2585 @dots{}
2586 @end example
2587
2588 It is up to you to make sure that the assembler names you choose do not
2589 conflict with any other assembler symbols.  Also, you must not use a
2590 register name; that would produce completely invalid assembler code.  GNU
2591 CC does not as yet have the ability to store static variables in registers.
2592 Perhaps that will be added.
2593
2594 @node Explicit Reg Vars
2595 @section Variables in Specified Registers
2596 @cindex explicit register variables
2597 @cindex variables in specified registers
2598 @cindex specified registers
2599 @cindex registers, global allocation
2600
2601 GNU C allows you to put a few global variables into specified hardware
2602 registers.  You can also specify the register in which an ordinary
2603 register variable should be allocated.
2604
2605 @itemize @bullet
2606 @item
2607 Global register variables reserve registers throughout the program.
2608 This may be useful in programs such as programming language
2609 interpreters which have a couple of global variables that are accessed
2610 very often.
2611
2612 @item
2613 Local register variables in specific registers do not reserve the
2614 registers.  The compiler's data flow analysis is capable of determining
2615 where the specified registers contain live values, and where they are
2616 available for other uses.  Stores into local register variables may be deleted
2617 when they appear to be dead according to dataflow analysis.  References
2618 to local register variables may be deleted or moved or simplified.
2619
2620 These local variables are sometimes convenient for use with the extended
2621 @code{asm} feature (@pxref{Extended Asm}), if you want to write one
2622 output of the assembler instruction directly into a particular register.
2623 (This will work provided the register you specify fits the constraints
2624 specified for that operand in the @code{asm}.)
2625 @end itemize
2626
2627 @menu
2628 * Global Reg Vars::
2629 * Local Reg Vars::
2630 @end menu
2631
2632 @node Global Reg Vars
2633 @subsection Defining Global Register Variables
2634 @cindex global register variables
2635 @cindex registers, global variables in
2636
2637 You can define a global register variable in GNU C like this:
2638
2639 @example
2640 register int *foo asm ("a5");
2641 @end example
2642
2643 @noindent
2644 Here @code{a5} is the name of the register which should be used.  Choose a
2645 register which is normally saved and restored by function calls on your
2646 machine, so that library routines will not clobber it.
2647
2648 Naturally the register name is cpu-dependent, so you would need to
2649 conditionalize your program according to cpu type.  The register
2650 @code{a5} would be a good choice on a 68000 for a variable of pointer
2651 type.  On machines with register windows, be sure to choose a ``global''
2652 register that is not affected magically by the function call mechanism.
2653
2654 In addition, operating systems on one type of cpu may differ in how they
2655 name the registers; then you would need additional conditionals.  For
2656 example, some 68000 operating systems call this register @code{%a5}.
2657
2658 Eventually there may be a way of asking the compiler to choose a register
2659 automatically, but first we need to figure out how it should choose and
2660 how to enable you to guide the choice.  No solution is evident.
2661
2662 Defining a global register variable in a certain register reserves that
2663 register entirely for this use, at least within the current compilation.
2664 The register will not be allocated for any other purpose in the functions
2665 in the current compilation.  The register will not be saved and restored by
2666 these functions.  Stores into this register are never deleted even if they
2667 would appear to be dead, but references may be deleted or moved or
2668 simplified.
2669
2670 It is not safe to access the global register variables from signal
2671 handlers, or from more than one thread of control, because the system
2672 library routines may temporarily use the register for other things (unless
2673 you recompile them specially for the task at hand).
2674
2675 @cindex @code{qsort}, and global register variables
2676 It is not safe for one function that uses a global register variable to
2677 call another such function @code{foo} by way of a third function
2678 @code{lose} that was compiled without knowledge of this variable (i.e. in a
2679 different source file in which the variable wasn't declared).  This is
2680 because @code{lose} might save the register and put some other value there.
2681 For example, you can't expect a global register variable to be available in
2682 the comparison-function that you pass to @code{qsort}, since @code{qsort}
2683 might have put something else in that register.  (If you are prepared to
2684 recompile @code{qsort} with the same global register variable, you can
2685 solve this problem.)
2686
2687 If you want to recompile @code{qsort} or other source files which do not
2688 actually use your global register variable, so that they will not use that
2689 register for any other purpose, then it suffices to specify the compiler
2690 option @samp{-ffixed-@var{reg}}.  You need not actually add a global
2691 register declaration to their source code.
2692
2693 A function which can alter the value of a global register variable cannot
2694 safely be called from a function compiled without this variable, because it
2695 could clobber the value the caller expects to find there on return.
2696 Therefore, the function which is the entry point into the part of the
2697 program that uses the global register variable must explicitly save and
2698 restore the value which belongs to its caller.
2699
2700 @cindex register variable after @code{longjmp}
2701 @cindex global register after @code{longjmp}
2702 @cindex value after @code{longjmp}
2703 @findex longjmp
2704 @findex setjmp
2705 On most machines, @code{longjmp} will restore to each global register
2706 variable the value it had at the time of the @code{setjmp}.  On some
2707 machines, however, @code{longjmp} will not change the value of global
2708 register variables.  To be portable, the function that called @code{setjmp}
2709 should make other arrangements to save the values of the global register
2710 variables, and to restore them in a @code{longjmp}.  This way, the same
2711 thing will happen regardless of what @code{longjmp} does.
2712
2713 All global register variable declarations must precede all function
2714 definitions.  If such a declaration could appear after function
2715 definitions, the declaration would be too late to prevent the register from
2716 being used for other purposes in the preceding functions.
2717
2718 Global register variables may not have initial values, because an
2719 executable file has no means to supply initial contents for a register.
2720
2721 On the Sparc, there are reports that g3 @dots{} g7 are suitable
2722 registers, but certain library functions, such as @code{getwd}, as well
2723 as the subroutines for division and remainder, modify g3 and g4.  g1 and
2724 g2 are local temporaries.
2725
2726 On the 68000, a2 @dots{} a5 should be suitable, as should d2 @dots{} d7.
2727 Of course, it will not do to use more than a few of those.
2728
2729 @node Local Reg Vars
2730 @subsection Specifying Registers for Local Variables
2731 @cindex local variables, specifying registers
2732 @cindex specifying registers for local variables
2733 @cindex registers for local variables
2734
2735 You can define a local register variable with a specified register
2736 like this:
2737
2738 @example
2739 register int *foo asm ("a5");
2740 @end example
2741
2742 @noindent
2743 Here @code{a5} is the name of the register which should be used.  Note
2744 that this is the same syntax used for defining global register
2745 variables, but for a local variable it would appear within a function.
2746
2747 Naturally the register name is cpu-dependent, but this is not a
2748 problem, since specific registers are most often useful with explicit
2749 assembler instructions (@pxref{Extended Asm}).  Both of these things
2750 generally require that you conditionalize your program according to
2751 cpu type.
2752
2753 In addition, operating systems on one type of cpu may differ in how they
2754 name the registers; then you would need additional conditionals.  For
2755 example, some 68000 operating systems call this register @code{%a5}.
2756
2757 Defining such a register variable does not reserve the register; it
2758 remains available for other uses in places where flow control determines
2759 the variable's value is not live.  However, these registers are made
2760 unavailable for use in the reload pass; excessive use of this feature
2761 leaves the compiler too few available registers to compile certain
2762 functions.
2763
2764 This option does not guarantee that GNU CC will generate code that has
2765 this variable in the register you specify at all times.  You may not
2766 code an explicit reference to this register in an @code{asm} statement
2767 and assume it will always refer to this variable.
2768
2769 Stores into local register variables may be deleted when they appear to be dead
2770 according to dataflow analysis.  References to local register variables may
2771 be deleted or moved or simplified.
2772
2773 @node Alternate Keywords
2774 @section Alternate Keywords
2775 @cindex alternate keywords
2776 @cindex keywords, alternate
2777
2778 The option @samp{-traditional} disables certain keywords; @samp{-ansi}
2779 disables certain others.  This causes trouble when you want to use GNU C
2780 extensions, or ANSI C features, in a general-purpose header file that
2781 should be usable by all programs, including ANSI C programs and traditional
2782 ones.  The keywords @code{asm}, @code{typeof} and @code{inline} cannot be
2783 used since they won't work in a program compiled with @samp{-ansi}, while
2784 the keywords @code{const}, @code{volatile}, @code{signed}, @code{typeof}
2785 and @code{inline} won't work in a program compiled with
2786 @samp{-traditional}.@refill
2787
2788 The way to solve these problems is to put @samp{__} at the beginning and
2789 end of each problematical keyword.  For example, use @code{__asm__}
2790 instead of @code{asm}, @code{__const__} instead of @code{const}, and
2791 @code{__inline__} instead of @code{inline}.
2792
2793 Other C compilers won't accept these alternative keywords; if you want to
2794 compile with another compiler, you can define the alternate keywords as
2795 macros to replace them with the customary keywords.  It looks like this:
2796
2797 @example
2798 #ifndef __GNUC__
2799 #define __asm__ asm
2800 #endif
2801 @end example
2802
2803 @samp{-pedantic} causes warnings for many GNU C extensions.  You can
2804 prevent such warnings within one expression by writing
2805 @code{__extension__} before the expression.  @code{__extension__} has no
2806 effect aside from this.
2807
2808 @node Incomplete Enums
2809 @section Incomplete @code{enum} Types
2810
2811 You can define an @code{enum} tag without specifying its possible values.
2812 This results in an incomplete type, much like what you get if you write
2813 @code{struct foo} without describing the elements.  A later declaration
2814 which does specify the possible values completes the type.
2815
2816 You can't allocate variables or storage using the type while it is
2817 incomplete.  However, you can work with pointers to that type.
2818
2819 This extension may not be very useful, but it makes the handling of
2820 @code{enum} more consistent with the way @code{struct} and @code{union}
2821 are handled.
2822
2823 This extension is not supported by GNU C++.
2824
2825 @node Function Names
2826 @section Function Names as Strings
2827
2828 GNU CC predefines two string variables to be the name of the current function.
2829 The variable @code{__FUNCTION__} is the name of the function as it appears
2830 in the source.  The variable @code{__PRETTY_FUNCTION__} is the name of
2831 the function pretty printed in a language specific fashion.
2832
2833 These names are always the same in a C function, but in a C++ function
2834 they may be different.  For example, this program:
2835
2836 @smallexample
2837 extern "C" @{
2838 extern int printf (char *, ...);
2839 @}
2840
2841 class a @{
2842  public:
2843   sub (int i)
2844     @{
2845       printf ("__FUNCTION__ = %s\n", __FUNCTION__);
2846       printf ("__PRETTY_FUNCTION__ = %s\n", __PRETTY_FUNCTION__);
2847     @}
2848 @};
2849
2850 int
2851 main (void)
2852 @{
2853   a ax;
2854   ax.sub (0);
2855   return 0;
2856 @}
2857 @end smallexample
2858
2859 @noindent
2860 gives this output:
2861
2862 @smallexample
2863 __FUNCTION__ = sub
2864 __PRETTY_FUNCTION__ = int  a::sub (int)
2865 @end smallexample
2866
2867 These names are not macros: they are predefined string variables.
2868 For example, @samp{#ifdef __FUNCTION__} does not have any special
2869 meaning inside a function, since the preprocessor does not do anything
2870 special with the identifier @code{__FUNCTION__}.
2871
2872 @node Return Address
2873 @section Getting the Return or Frame Address of a Function
2874
2875 These functions may be used to get information about the callers of a
2876 function.
2877
2878 @table @code
2879 @item __builtin_return_address (@var{level})
2880 This function returns the return address of the current function, or of
2881 one of its callers.  The @var{level} argument is number of frames to
2882 scan up the call stack.  A value of @code{0} yields the return address
2883 of the current function, a value of @code{1} yields the return address
2884 of the caller of the current function, and so forth.
2885
2886 The @var{level} argument must be a constant integer.
2887
2888 On some machines it may be impossible to determine the return address of
2889 any function other than the current one; in such cases, or when the top
2890 of the stack has been reached, this function will return @code{0}.
2891
2892 This function should only be used with a non-zero argument for debugging
2893 purposes.
2894
2895 @item __builtin_frame_address (@var{level})
2896 This function is similar to @code{__builtin_return_address}, but it
2897 returns the address of the function frame rather than the return address
2898 of the function.  Calling @code{__builtin_frame_address} with a value of
2899 @code{0} yields the frame address of the current function, a value of
2900 @code{1} yields the frame address of the caller of the current function,
2901 and so forth.
2902
2903 The frame is the area on the stack which holds local variables and saved
2904 registers.  The frame address is normally the address of the first word
2905 pushed on to the stack by the function.  However, the exact definition
2906 depends upon the processor and the calling convention.  If the processor
2907 has a dedicated frame pointer register, and the function has a frame,
2908 then @code{__builtin_frame_address} will return the value of the frame
2909 pointer register.
2910
2911 The caveats that apply to @code{__builtin_return_address} apply to this
2912 function as well.
2913 @end table
2914
2915 @node C++ Extensions
2916 @chapter Extensions to the C++ Language
2917 @cindex extensions, C++ language
2918 @cindex C++ language extensions
2919
2920 The GNU compiler provides these extensions to the C++ language (and you
2921 can also use most of the C language extensions in your C++ programs).  If you
2922 want to write code that checks whether these features are available, you can
2923 test for the GNU compiler the same way as for C programs: check for a
2924 predefined macro @code{__GNUC__}.  You can also use @code{__GNUG__} to
2925 test specifically for GNU C++ (@pxref{Standard Predefined,,Standard
2926 Predefined Macros,cpp.info,The C Preprocessor}).
2927
2928 @menu
2929 * Naming Results::      Giving a name to C++ function return values.
2930 * Min and Max::         C++ Minimum and maximum operators.
2931 * Destructors and Goto:: Goto is safe to use in C++ even when destructors
2932                            are needed.
2933 * C++ Interface::       You can use a single C++ header file for both
2934                          declarations and definitions.
2935 * Template Instantiation:: Methods for ensuring that exactly one copy of
2936                          each needed template instantiation is emitted.
2937 * C++ Signatures::      You can specify abstract types to get subtype
2938                          polymorphism independent from inheritance.
2939 @end menu
2940
2941 @node Naming Results
2942 @section Named Return Values in C++
2943
2944 @cindex @code{return}, in C++ function header
2945 @cindex return value, named, in C++
2946 @cindex named return value in C++
2947 @cindex C++ named return value
2948 GNU C++ extends the function-definition syntax to allow you to specify a
2949 name for the result of a function outside the body of the definition, in
2950 C++ programs:
2951
2952 @example
2953 @group
2954 @var{type}
2955 @var{functionname} (@var{args}) return @var{resultname};
2956 @{
2957   @dots{}
2958   @var{body}
2959   @dots{}
2960 @}
2961 @end group
2962 @end example
2963
2964 You can use this feature to avoid an extra constructor call when
2965 a function result has a class type.  For example, consider a function
2966 @code{m}, declared as @w{@samp{X v = m ();}}, whose result is of class
2967 @code{X}:
2968
2969 @example
2970 X
2971 m ()
2972 @{
2973   X b;
2974   b.a = 23;
2975   return b;
2976 @}
2977 @end example
2978
2979 @cindex implicit argument: return value
2980 Although @code{m} appears to have no arguments, in fact it has one implicit
2981 argument: the address of the return value.  At invocation, the address
2982 of enough space to hold @code{v} is sent in as the implicit argument.
2983 Then @code{b} is constructed and its @code{a} field is set to the value
2984 23.  Finally, a copy constructor (a constructor of the form @samp{X(X&)})
2985 is applied to @code{b}, with the (implicit) return value location as the
2986 target, so that @code{v} is now bound to the return value.
2987
2988 But this is wasteful.  The local @code{b} is declared just to hold
2989 something that will be copied right out.  While a compiler that
2990 combined an ``elision'' algorithm with interprocedural data flow
2991 analysis could conceivably eliminate all of this, it is much more
2992 practical to allow you to assist the compiler in generating
2993 efficient code by manipulating the return value explicitly,
2994 thus avoiding the local variable and copy constructor altogether.
2995
2996 Using the extended GNU C++ function-definition syntax, you can avoid the
2997 temporary allocation and copying by naming @code{r} as your return value
2998 at the outset, and assigning to its @code{a} field directly:
2999
3000 @example
3001 X
3002 m () return r;
3003 @{
3004   r.a = 23;
3005 @}
3006 @end example
3007
3008 @noindent
3009 The declaration of @code{r} is a standard, proper declaration, whose effects
3010 are executed @strong{before} any of the body of @code{m}.
3011
3012 Functions of this type impose no additional restrictions; in particular,
3013 you can execute @code{return} statements, or return implicitly by
3014 reaching the end of the function body (``falling off the edge'').
3015 Cases like
3016
3017 @example
3018 X
3019 m () return r (23);
3020 @{
3021   return;
3022 @}
3023 @end example
3024
3025 @noindent
3026 (or even @w{@samp{X m () return r (23); @{ @}}}) are unambiguous, since
3027 the return value @code{r} has been initialized in either case.  The
3028 following code may be hard to read, but also works predictably:
3029
3030 @example
3031 X
3032 m () return r;
3033 @{
3034   X b;
3035   return b;
3036 @}
3037 @end example
3038
3039 The return value slot denoted by @code{r} is initialized at the outset,
3040 but the statement @samp{return b;} overrides this value.  The compiler
3041 deals with this by destroying @code{r} (calling the destructor if there
3042 is one, or doing nothing if there is not), and then reinitializing
3043 @code{r} with @code{b}.
3044
3045 This extension is provided primarily to help people who use overloaded
3046 operators, where there is a great need to control not just the
3047 arguments, but the return values of functions.  For classes where the
3048 copy constructor incurs a heavy performance penalty (especially in the
3049 common case where there is a quick default constructor), this is a major
3050 savings.  The disadvantage of this extension is that you do not control
3051 when the default constructor for the return value is called: it is
3052 always called at the beginning.
3053
3054 @node Min and Max
3055 @section Minimum and Maximum Operators in C++
3056
3057 It is very convenient to have operators which return the ``minimum'' or the
3058 ``maximum'' of two arguments.  In GNU C++ (but not in GNU C),
3059
3060 @table @code
3061 @item @var{a} <? @var{b}
3062 @findex <?
3063 @cindex minimum operator
3064 is the @dfn{minimum}, returning the smaller of the numeric values
3065 @var{a} and @var{b};
3066
3067 @item @var{a} >? @var{b}
3068 @findex >?
3069 @cindex maximum operator
3070 is the @dfn{maximum}, returning the larger of the numeric values @var{a}
3071 and @var{b}.
3072 @end table
3073
3074 These operations are not primitive in ordinary C++, since you can
3075 use a macro to return the minimum of two things in C++, as in the
3076 following example.
3077
3078 @example
3079 #define MIN(X,Y) ((X) < (Y) ? : (X) : (Y))
3080 @end example
3081
3082 @noindent
3083 You might then use @w{@samp{int min = MIN (i, j);}} to set @var{min} to
3084 the minimum value of variables @var{i} and @var{j}.
3085
3086 However, side effects in @code{X} or @code{Y} may cause unintended
3087 behavior.  For example, @code{MIN (i++, j++)} will fail, incrementing
3088 the smaller counter twice.  A GNU C extension allows you to write safe
3089 macros that avoid this kind of problem (@pxref{Naming Types,,Naming an
3090 Expression's Type}).  However, writing @code{MIN} and @code{MAX} as
3091 macros also forces you to use function-call notation for a
3092 fundamental arithmetic operation.  Using GNU C++ extensions, you can
3093 write @w{@samp{int min = i <? j;}} instead.
3094
3095 Since @code{<?} and @code{>?} are built into the compiler, they properly
3096 handle expressions with side-effects;  @w{@samp{int min = i++ <? j++;}}
3097 works correctly.
3098
3099 @node Destructors and Goto
3100 @section @code{goto} and Destructors in GNU C++
3101
3102 @cindex @code{goto} in C++
3103 @cindex destructors vs @code{goto}
3104 In C++ programs, you can safely use the @code{goto} statement.  When you
3105 use it to exit a block which contains aggregates requiring destructors,
3106 the destructors will run before the @code{goto} transfers control.
3107
3108 @cindex constructors vs @code{goto}
3109 The compiler still forbids using @code{goto} to @emph{enter} a scope
3110 that requires constructors.
3111
3112 @node C++ Interface
3113 @section Declarations and Definitions in One Header
3114
3115 @cindex interface and implementation headers, C++
3116 @cindex C++ interface and implementation headers
3117 C++ object definitions can be quite complex.  In principle, your source
3118 code will need two kinds of things for each object that you use across
3119 more than one source file.  First, you need an @dfn{interface}
3120 specification, describing its structure with type declarations and
3121 function prototypes.  Second, you need the @dfn{implementation} itself.
3122 It can be tedious to maintain a separate interface description in a
3123 header file, in parallel to the actual implementation.  It is also
3124 dangerous, since separate interface and implementation definitions may
3125 not remain parallel.
3126
3127 @cindex pragmas, interface and implementation
3128 With GNU C++, you can use a single header file for both purposes.
3129
3130 @quotation
3131 @emph{Warning:} The mechanism to specify this is in transition.  For the
3132 nonce, you must use one of two @code{#pragma} commands; in a future
3133 release of GNU C++, an alternative mechanism will make these
3134 @code{#pragma} commands unnecessary.
3135 @end quotation
3136
3137 The header file contains the full definitions, but is marked with
3138 @samp{#pragma interface} in the source code.  This allows the compiler
3139 to use the header file only as an interface specification when ordinary
3140 source files incorporate it with @code{#include}.  In the single source
3141 file where the full implementation belongs, you can use either a naming
3142 convention or @samp{#pragma implementation} to indicate this alternate
3143 use of the header file.
3144
3145 @table @code
3146 @item #pragma interface
3147 @itemx #pragma interface "@var{subdir}/@var{objects}.h"
3148 @kindex #pragma interface
3149 Use this directive in @emph{header files} that define object classes, to save
3150 space in most of the object files that use those classes.  Normally,
3151 local copies of certain information (backup copies of inline member
3152 functions, debugging information, and the internal tables that implement
3153 virtual functions) must be kept in each object file that includes class
3154 definitions.  You can use this pragma to avoid such duplication.  When a
3155 header file containing @samp{#pragma interface} is included in a
3156 compilation, this auxiliary information will not be generated (unless
3157 the main input source file itself uses @samp{#pragma implementation}).
3158 Instead, the object files will contain references to be resolved at link
3159 time.
3160
3161 The second form of this directive is useful for the case where you have
3162 multiple headers with the same name in different directories.  If you
3163 use this form, you must specify the same string to @samp{#pragma
3164 implementation}.
3165
3166 @item #pragma implementation
3167 @itemx #pragma implementation "@var{objects}.h"
3168 @kindex #pragma implementation
3169 Use this pragma in a @emph{main input file}, when you want full output from
3170 included header files to be generated (and made globally visible).  The
3171 included header file, in turn, should use @samp{#pragma interface}.
3172 Backup copies of inline member functions, debugging information, and the
3173 internal tables used to implement virtual functions are all generated in
3174 implementation files.
3175
3176 @cindex implied @code{#pragma implementation}
3177 @cindex @code{#pragma implementation}, implied
3178 @cindex naming convention, implementation headers
3179 If you use @samp{#pragma implementation} with no argument, it applies to
3180 an include file with the same basename@footnote{A file's @dfn{basename}
3181 was the name stripped of all leading path information and of trailing
3182 suffixes, such as @samp{.h} or @samp{.C} or @samp{.cc}.} as your source
3183 file.  For example, in @file{allclass.cc}, giving just
3184 @samp{#pragma implementation}
3185 by itself is equivalent to @samp{#pragma implementation "allclass.h"}.
3186
3187 In versions of GNU C++ prior to 2.6.0 @file{allclass.h} was treated as
3188 an implementation file whenever you would include it from
3189 @file{allclass.cc} even if you never specified @samp{#pragma
3190 implementation}.  This was deemed to be more trouble than it was worth,
3191 however, and disabled.
3192
3193 If you use an explicit @samp{#pragma implementation}, it must appear in
3194 your source file @emph{before} you include the affected header files.
3195
3196 Use the string argument if you want a single implementation file to
3197 include code from multiple header files.  (You must also use
3198 @samp{#include} to include the header file; @samp{#pragma
3199 implementation} only specifies how to use the file---it doesn't actually
3200 include it.)
3201
3202 There is no way to split up the contents of a single header file into
3203 multiple implementation files.
3204 @end table
3205
3206 @cindex inlining and C++ pragmas
3207 @cindex C++ pragmas, effect on inlining
3208 @cindex pragmas in C++, effect on inlining
3209 @samp{#pragma implementation} and @samp{#pragma interface} also have an
3210 effect on function inlining.
3211
3212 If you define a class in a header file marked with @samp{#pragma
3213 interface}, the effect on a function defined in that class is similar to
3214 an explicit @code{extern} declaration---the compiler emits no code at
3215 all to define an independent version of the function.  Its definition
3216 is used only for inlining with its callers.
3217
3218 Conversely, when you include the same header file in a main source file
3219 that declares it as @samp{#pragma implementation}, the compiler emits
3220 code for the function itself; this defines a version of the function
3221 that can be found via pointers (or by callers compiled without
3222 inlining).  If all calls to the function can be inlined, you can avoid
3223 emitting the function by compiling with @samp{-fno-implement-inlines}.
3224 If any calls were not inlined, you will get linker errors.
3225
3226 @node Template Instantiation
3227 @section Where's the Template?
3228
3229 @cindex template instantiation
3230
3231 C++ templates are the first language feature to require more
3232 intelligence from the environment than one usually finds on a UNIX
3233 system.  Somehow the compiler and linker have to make sure that each
3234 template instance occurs exactly once in the executable if it is needed,
3235 and not at all otherwise.  There are two basic approaches to this
3236 problem, which I will refer to as the Borland model and the Cfront model.
3237
3238 @table @asis
3239 @item Borland model
3240 Borland C++ solved the template instantiation problem by adding the code
3241 equivalent of common blocks to their linker; the compiler emits template
3242 instances in each translation unit that uses them, and the linker
3243 collapses them together.  The advantage of this model is that the linker
3244 only has to consider the object files themselves; there is no external
3245 complexity to worry about.  This disadvantage is that compilation time
3246 is increased because the template code is being compiled repeatedly.
3247 Code written for this model tends to include definitions of all
3248 templates in the header file, since they must be seen to be
3249 instantiated.
3250
3251 @item Cfront model
3252 The AT&T C++ translator, Cfront, solved the template instantiation
3253 problem by creating the notion of a template repository, an
3254 automatically maintained place where template instances are stored.  A
3255 more modern version of the repository works as follows: As individual
3256 object files are built, the compiler places any template definitions and
3257 instantiations encountered in the repository.  At link time, the link
3258 wrapper adds in the objects in the repository and compiles any needed
3259 instances that were not previously emitted.  The advantages of this
3260 model are more optimal compilation speed and the ability to use the
3261 system linker; to implement the Borland model a compiler vendor also
3262 needs to replace the linker.  The disadvantages are vastly increased
3263 complexity, and thus potential for error; for some code this can be
3264 just as transparent, but in practice it can been very difficult to build
3265 multiple programs in one directory and one program in multiple
3266 directories.  Code written for this model tends to separate definitions
3267 of non-inline member templates into a separate file, which should be
3268 compiled separately.
3269 @end table
3270
3271 When used with GNU ld version 2.8 or later on an ELF system such as
3272 Linux/GNU or Solaris 2, or on Microsoft Windows, g++ supports the
3273 Borland model.  On other systems, g++ implements neither automatic
3274 model.
3275
3276 A future version of g++ will support a hybrid model whereby the compiler
3277 will emit any instantiations for which the template definition is
3278 included in the compile, and store template definitions and
3279 instantiation context information into the object file for the rest.
3280 The link wrapper will extract that information as necessary and invoke
3281 the compiler to produce the remaining instantiations.  The linker will
3282 then combine duplicate instantiations.
3283
3284 In the mean time, you have the following options for dealing with
3285 template instantiations:
3286
3287 @enumerate
3288 @item
3289 Compile your template-using code with @samp{-frepo}.  The compiler will
3290 generate files with the extension @samp{.rpo} listing all of the
3291 template instantiations used in the corresponding object files which
3292 could be instantiated there; the link wrapper, @samp{collect2}, will
3293 then update the @samp{.rpo} files to tell the compiler where to place
3294 those instantiations and rebuild any affected object files.  The
3295 link-time overhead is negligible after the first pass, as the compiler
3296 will continue to place the instantiations in the same files.
3297
3298 This is your best option for application code written for the Borland
3299 model, as it will just work.  Code written for the Cfront model will
3300 need to be modified so that the template definitions are available at
3301 one or more points of instantiation; usually this is as simple as adding
3302 @code{#include <tmethods.cc>} to the end of each template header.
3303
3304 For library code, if you want the library to provide all of the template
3305 instantiations it needs, just try to link all of its object files
3306 together; the link will fail, but cause the instantiations to be
3307 generated as a side effect.  Be warned, however, that this may cause
3308 conflicts if multiple libraries try to provide the same instantiations.
3309 For greater control, use explicit instantiation as described in the next
3310 option.
3311
3312 @item
3313 Compile your code with @samp{-fno-implicit-templates} to disable the
3314 implicit generation of template instances, and explicitly instantiate
3315 all the ones you use.  This approach requires more knowledge of exactly
3316 which instances you need than do the others, but it's less
3317 mysterious and allows greater control.  You can scatter the explicit
3318 instantiations throughout your program, perhaps putting them in the
3319 translation units where the instances are used or the translation units
3320 that define the templates themselves; you can put all of the explicit
3321 instantiations you need into one big file; or you can create small files
3322 like
3323
3324 @example
3325 #include "Foo.h"
3326 #include "Foo.cc"
3327
3328 template class Foo<int>;
3329 template ostream& operator <<
3330                 (ostream&, const Foo<int>&);
3331 @end example
3332
3333 for each of the instances you need, and create a template instantiation
3334 library from those.
3335
3336 If you are using Cfront-model code, you can probably get away with not
3337 using @samp{-fno-implicit-templates} when compiling files that don't
3338 @samp{#include} the member template definitions.
3339
3340 If you use one big file to do the instantiations, you may want to
3341 compile it without @samp{-fno-implicit-templates} so you get all of the
3342 instances required by your explicit instantiations (but not by any
3343 other files) without having to specify them as well.
3344
3345 g++ has extended the template instantiation syntax outlined in the
3346 Working Paper to allow forward declaration of explicit instantiations
3347 and instantiation of the compiler support data for a template class
3348 (i.e. the vtable) without instantiating any of its members:
3349
3350 @example
3351 extern template int max (int, int);
3352 inline template class Foo<int>;
3353 @end example
3354
3355 @item
3356 Do nothing.  Pretend g++ does implement automatic instantiation
3357 management.  Code written for the Borland model will work fine, but
3358 each translation unit will contain instances of each of the templates it
3359 uses.  In a large program, this can lead to an unacceptable amount of code
3360 duplication.
3361
3362 @item
3363 Add @samp{#pragma interface} to all files containing template
3364 definitions.  For each of these files, add @samp{#pragma implementation
3365 "@var{filename}"} to the top of some @samp{.C} file which
3366 @samp{#include}s it.  Then compile everything with
3367 @samp{-fexternal-templates}.  The templates will then only be expanded
3368 in the translation unit which implements them (i.e. has a @samp{#pragma
3369 implementation} line for the file where they live); all other files will
3370 use external references.  If you're lucky, everything should work
3371 properly.  If you get undefined symbol errors, you need to make sure
3372 that each template instance which is used in the program is used in the
3373 file which implements that template.  If you don't have any use for a
3374 particular instance in that file, you can just instantiate it
3375 explicitly, using the syntax from the latest C++ working paper:
3376
3377 @example
3378 template class A<int>;
3379 template ostream& operator << (ostream&, const A<int>&);
3380 @end example
3381
3382 This strategy will work with code written for either model.  If you are
3383 using code written for the Cfront model, the file containing a class
3384 template and the file containing its member templates should be
3385 implemented in the same translation unit.
3386
3387 A slight variation on this approach is to instead use the flag
3388 @samp{-falt-external-templates}; this flag causes template
3389 instances to be emitted in the translation unit that implements the
3390 header where they are first instantiated, rather than the one which
3391 implements the file where the templates are defined.  This header must
3392 be the same in all translation units, or things are likely to break.
3393
3394 @xref{C++ Interface,,Declarations and Definitions in One Header}, for
3395 more discussion of these pragmas.
3396 @end enumerate
3397
3398 @node C++ Signatures
3399 @section Type Abstraction using Signatures
3400
3401 @findex signature
3402 @cindex type abstraction, C++
3403 @cindex C++ type abstraction
3404 @cindex subtype polymorphism, C++
3405 @cindex C++ subtype polymorphism
3406 @cindex signatures, C++
3407 @cindex C++ signatures
3408
3409 In GNU C++, you can use the keyword @code{signature} to define a
3410 completely abstract class interface as a datatype.  You can connect this
3411 abstraction with actual classes using signature pointers.  If you want
3412 to use signatures, run the GNU compiler with the
3413 @samp{-fhandle-signatures} command-line option.  (With this option, the
3414 compiler reserves a second keyword @code{sigof} as well, for a future
3415 extension.)
3416
3417 Roughly, signatures are type abstractions or interfaces of classes.
3418 Some other languages have similar facilities.  C++ signatures are
3419 related to ML's signatures, Haskell's type classes, definition modules
3420 in Modula-2, interface modules in Modula-3, abstract types in Emerald,
3421 type modules in Trellis/Owl, categories in Scratchpad II, and types in
3422 POOL-I.  For a more detailed discussion of signatures, see
3423 @cite{Signatures: A Language Extension for Improving Type Abstraction and
3424 Subtype Polymorphism in C++}
3425 by @w{Gerald} Baumgartner and Vincent F. Russo (Tech report
3426 CSD--TR--95--051, Dept. of Computer Sciences, Purdue University,
3427 August 1995, a slightly improved version appeared in
3428 @emph{Software---Practice & Experience}, @b{25}(8), pp. 863--889,
3429 August 1995).  You can get the tech report by anonymous FTP from
3430 @code{ftp.cs.purdue.edu} in @file{pub/gb/Signature-design.ps.gz}.
3431
3432 Syntactically, a signature declaration is a collection of
3433 member function declarations and nested type declarations.
3434 For example, this signature declaration defines a new abstract type
3435 @code{S} with member functions @samp{int foo ()} and @samp{int bar (int)}:
3436
3437 @example
3438 signature S
3439 @{
3440   int foo ();
3441   int bar (int);
3442 @};
3443 @end example
3444
3445 Since signature types do not include implementation definitions, you
3446 cannot write an instance of a signature directly.  Instead, you can
3447 define a pointer to any class that contains the required interfaces as a
3448 @dfn{signature pointer}.  Such a class @dfn{implements} the signature
3449 type.
3450 @c Eventually signature references should work too.
3451
3452 To use a class as an implementation of @code{S}, you must ensure that
3453 the class has public member functions @samp{int foo ()} and @samp{int
3454 bar (int)}.  The class can have other member functions as well, public
3455 or not; as long as it offers what's declared in the signature, it is
3456 suitable as an implementation of that signature type.
3457
3458 For example, suppose that @code{C} is a class that meets the
3459 requirements of signature @code{S} (@code{C} @dfn{conforms to}
3460 @code{S}).  Then
3461
3462 @example
3463 C obj;
3464 S * p = &obj;
3465 @end example
3466
3467 @noindent
3468 defines a signature pointer @code{p} and initializes it to point to an
3469 object of type @code{C}.
3470 The member function call @w{@samp{int i = p->foo ();}}
3471 executes @samp{obj.foo ()}.
3472
3473 @cindex @code{signature} in C++, advantages
3474 Abstract virtual classes provide somewhat similar facilities in standard
3475 C++.  There are two main advantages to using signatures instead:
3476
3477 @enumerate
3478 @item
3479 Subtyping becomes independent from inheritance.  A class or signature
3480 type @code{T} is a subtype of a signature type @code{S} independent of
3481 any inheritance hierarchy as long as all the member functions declared
3482 in @code{S} are also found in @code{T}.  So you can define a subtype
3483 hierarchy that is completely independent from any inheritance
3484 (implementation) hierarchy, instead of being forced to use types that
3485 mirror the class inheritance hierarchy.
3486
3487 @item
3488 Signatures allow you to work with existing class hierarchies as
3489 implementations of a signature type.  If those class hierarchies are
3490 only available in compiled form, you're out of luck with abstract virtual
3491 classes, since an abstract virtual class cannot be retrofitted on top of
3492 existing class hierarchies.  So you would be required to write interface
3493 classes as subtypes of the abstract virtual class.
3494 @end enumerate
3495
3496 @cindex default implementation, signature member function
3497 @cindex signature member function default implementation
3498 There is one more detail about signatures.  A signature declaration can
3499 contain member function @emph{definitions} as well as member function
3500 declarations.  A signature member function with a full definition is
3501 called a @emph{default implementation}; classes need not contain that
3502 particular interface in order to conform.  For example, a
3503 class @code{C} can conform to the signature
3504
3505 @example
3506 signature T
3507 @{
3508   int f (int);
3509   int f0 () @{ return f (0); @};
3510 @};
3511 @end example
3512
3513 @noindent
3514 whether or not @code{C} implements the member function @samp{int f0 ()}.
3515 If you define @code{C::f0}, that definition takes precedence;
3516 otherwise, the default implementation @code{S::f0} applies.
3517
3518 @ignore
3519 There will be more support for signatures in the future.
3520 Add to this doc as the implementation grows.
3521 In particular, the following features are planned but not yet
3522 implemented:
3523 @itemize @bullet
3524 @item signature references,
3525 @item signature inheritance,
3526 @item the @code{sigof} construct for extracting the signature information
3527       of a class,
3528 @item views for renaming member functions when matching a class type
3529       with a signature type,
3530 @item specifying exceptions with signature member functions, and
3531 @item signature templates.
3532 @end itemize
3533 This list is roughly in the order in which we intend to implement
3534 them.  Watch this space for updates.
3535 @end ignore