Fix timevar.cc build on systems that don't have CLOCK_MONOTONIC
[gcc.git] / libstdc++-v3 / doc / xml / manual / internals.xml
blob5b3be2d1a846b8ea7875d54d01cc573578880538
1 <section xmlns="http://docbook.org/ns/docbook" version="5.0"
2          xml:id="appendix.porting.internals" xreflabel="Portin Internals">
3 <?dbhtml filename="internals.html"?>
5 <info><title>Porting to New Hardware or Operating Systems</title>
6   <keywordset>
7     <keyword>ISO C++</keyword>
8     <keyword>internals</keyword>
9   </keywordset>
10 </info>
14 <para>
15 </para>
18 <para>This document explains how to port libstdc++ (the GNU C++ library) to
19 a new target.
20 </para>
22    <para>In order to make the GNU C++ library (libstdc++) work with a new
23 target, you must edit some configuration files and provide some new
24 header files.  Unless this is done, libstdc++ will use generic
25 settings which may not be correct for your target; even if they are
26 correct, they will likely be inefficient.
27    </para>
29    <para>Before you get started, make sure that you have a working C library on
30 your target.  The C library need not precisely comply with any
31 particular standard, but should generally conform to the requirements
32 imposed by the ANSI/ISO standard.
33    </para>
35    <para>In addition, you should try to verify that the C++ compiler generally
36 works.  It is difficult to test the C++ compiler without a working
37 library, but you should at least try some minimal test cases.
38    </para>
40    <para>(Note that what we think of as a "target," the library refers to as
41 a "host."  The comment at the top of <code>configure.ac</code> explains why.)
42    </para>
45 <section xml:id="internals.os"><info><title>Operating System</title></info>
48 <para>If you are porting to a new operating system (as opposed to a new chip
49 using an existing operating system), you will need to create a new
50 directory in the <code>config/os</code> hierarchy.  For example, the IRIX
51 configuration files are all in <code>config/os/irix</code>.  There is no set
52 way to organize the OS configuration directory.  For example,
53 <code>config/os/solaris/solaris-2.6</code> and
54 <code>config/os/solaris/solaris-2.7</code> are used as configuration
55 directories for these two versions of Solaris.  On the other hand, both
56 Solaris 2.7 and Solaris 2.8 use the <code>config/os/solaris/solaris-2.7</code>
57 directory.  The important information is that there needs to be a
58 directory under <code>config/os</code> to store the files for your operating
59 system.
60 </para>
62    <para>You might have to change the <code>configure.host</code> file to ensure that
63 your new directory is activated.  Look for the switch statement that sets
64 <code>os_include_dir</code>, and add a pattern to handle your operating system
65 if the default will not suffice.  The switch statement switches on only
66 the OS portion of the standard target triplet; e.g., the <code>solaris2.8</code>
67 in <code>sparc-sun-solaris2.8</code>.  If the new directory is named after the
68 OS portion of the triplet (the default), then nothing needs to be changed.
69    </para>
71    <para>The first file to create in this directory, should be called
72 <code>os_defines.h</code>.  This file contains basic macro definitions
73 that are required to allow the C++ library to work with your C library.
74    </para>
76    <para>Several libstdc++ source files unconditionally define the macro
77 <code>_POSIX_SOURCE</code>.  On many systems, defining this macro causes
78 large portions of the C library header files to be eliminated
79 at preprocessing time.  Therefore, you may have to <code>#undef</code> this
80 macro, or define other macros (like <code>_LARGEFILE_SOURCE</code> or
81 <code>__EXTENSIONS__</code>).  You won't know what macros to define or
82 undefine at this point; you'll have to try compiling the library and
83 seeing what goes wrong.  If you see errors about calling functions
84 that have not been declared, look in your C library headers to see if
85 the functions are declared there, and then figure out what macros you
86 need to define.  You will need to add them to the
87 <code>CPLUSPLUS_CPP_SPEC</code> macro in the GCC configuration file for your
88 target.  It will not work to simply define these macros in
89 <code>os_defines.h</code>.
90    </para>
92    <para>At this time, there are a few libstdc++-specific macros which may be
93 defined:
94    </para>
96    <para><code>_GLIBCXX_USE_C99_CHECK</code> may be defined to 1 to check C99
97 function declarations (which are not covered by specialization below)
98 found in system headers against versions found in the library headers
99 derived from the standard.
100    </para>
102    <para><code>_GLIBCXX_USE_C99_DYNAMIC</code> may be defined to an expression that
103 yields 0 if and only if the system headers are exposing proper support
104 for C99 functions (which are not covered by specialization below).  If
105 defined, it must be 0 while bootstrapping the compiler/rebuilding the
106 library.
107    </para>
109    <para><code>_GLIBCXX_USE_C99_LONG_LONG_CHECK</code> may be defined to 1 to check
110 the set of C99 long long function declarations found in system headers
111 against versions found in the library headers derived from the
112 standard.
114    </para>
115    <para><code>_GLIBCXX_USE_C99_LONG_LONG_DYNAMIC</code> may be defined to an
116 expression that yields 0 if and only if the system headers are
117 exposing proper support for the set of C99 long long functions.  If
118 defined, it must be 0 while bootstrapping the compiler/rebuilding the
119 library.
120    </para>
121    <para><code>_GLIBCXX_USE_C99_FP_MACROS_DYNAMIC</code> may be defined to an
122 expression that yields 0 if and only if the system headers
123 are exposing proper support for the related set of macros.  If defined,
124 it must be 0 while bootstrapping the compiler/rebuilding the library.
125    </para>
126    <para><code>_GLIBCXX_USE_C99_FLOAT_TRANSCENDENTALS_CHECK</code> may be defined
127 to 1 to check the related set of function declarations found in system
128 headers against versions found in the library headers derived from
129 the standard.
130    </para>
131    <para><code>_GLIBCXX_USE_C99_FLOAT_TRANSCENDENTALS_DYNAMIC</code> may be defined
132 to an expression that yields 0 if and only if the system headers
133 are exposing proper support for the related set of functions.  If defined,
134 it must be 0 while bootstrapping the compiler/rebuilding the library.
135    </para>
136    <para><code>_GLIBCXX_NO_OBSOLETE_ISINF_ISNAN_DYNAMIC</code> may be defined
137 to an expression that yields 0 if and only if the system headers
138 are exposing non-standard <code>isinf(double)</code> and
139 <code>isnan(double)</code> functions in the global namespace. Those functions
140 should be detected automatically by the <code>configure</code> script when
141 libstdc++ is built but if their presence depends on compilation flags or
142 other macros the static configuration can be overridden.
143    </para>
144    <para>Finally, you should bracket the entire file in an include-guard, like
145 this:
146    </para>
148 <programlisting>
150 #ifndef _GLIBCXX_OS_DEFINES
151 #define _GLIBCXX_OS_DEFINES
153 #endif
154 </programlisting>
156    <para>We recommend copying an existing <code>os_defines.h</code> to use as a
157 starting point.
158    </para>
159 </section>
162 <section xml:id="internals.cpu"><info><title>CPU</title></info>
165 <para>If you are porting to a new chip (as opposed to a new operating system
166 running on an existing chip), you will need to create a new directory in the
167 <code>config/cpu</code> hierarchy.  Much like the <link linkend="internals.os">Operating system</link> setup,
168 there are no strict rules on how to organize the CPU configuration
169 directory, but careful naming choices will allow the configury to find your
170 setup files without explicit help.
171 </para>
173    <para>We recommend that for a target triplet <code>&lt;CPU&gt;-&lt;vendor&gt;-&lt;OS&gt;</code>, you
174 name your configuration directory <code>config/cpu/&lt;CPU&gt;</code>.  If you do this,
175 the configury will find the directory by itself.  Otherwise you will need to
176 edit the <code>configure.host</code> file and, in the switch statement that sets
177 <code>cpu_include_dir</code>, add a pattern to handle your chip.
178    </para>
180    <para>Note that some chip families share a single configuration directory, for
181 example, <code>alpha</code>, <code>alphaev5</code>, and <code>alphaev6</code> all use the
182 <code>config/cpu/alpha</code> directory, and there is an entry in the
183 <code>configure.host</code> switch statement to handle this.
184    </para>
186    <para>The <code>cpu_include_dir</code> sets default locations for the files controlling
187 <link linkend="internals.thread_safety">Thread safety</link> and <link linkend="internals.numeric_limits">Numeric limits</link>, if the defaults are not
188 appropriate for your chip.
189    </para>
191 </section>
194 <section xml:id="internals.char_types"><info><title>Character Types</title></info>
197 <para>The library requires that you provide three header files to implement
198 character classification, analogous to that provided by the C libraries
199 <code>&lt;ctype.h&gt;</code> header.  You can model these on the files provided in
200 <code>config/os/generic</code>.  However, these files will almost
201 certainly need some modification.
202 </para>
204    <para>The first file to write is <code>ctype_base.h</code>.  This file provides
205 some very basic information about character classification.  The libstdc++
206 library assumes that your C library implements <code>&lt;ctype.h&gt;</code> by using
207 a table (indexed by character code) containing integers, where each of
208 these integers is a bit-mask indicating whether the character is
209 upper-case, lower-case, alphabetic, etc.  The <code>ctype_base.h</code>
210 file gives the type of the integer, and the values of the various bit
211 masks.  You will have to peer at your own <code>&lt;ctype.h&gt;</code> to figure out
212 how to define the values required by this file.
213    </para>
215    <para>The <code>ctype_base.h</code> header file does not need include guards.
216 It should contain a single <code>struct</code> definition called
217 <code>ctype_base</code>.  This <code>struct</code> should contain two type
218 declarations, and one enumeration declaration, like this example, taken
219 from the IRIX configuration:
220    </para>
222 <programlisting>
223   struct ctype_base
224      {
225        typedef unsigned int     mask;
226        typedef int*             __to_type;
228        enum
229        {
230          space = _ISspace,
231          print = _ISprint,
232          cntrl = _IScntrl,
233          upper = _ISupper,
234          lower = _ISlower,
235          alpha = _ISalpha,
236          digit = _ISdigit,
237          punct = _ISpunct,
238          xdigit = _ISxdigit,
239          alnum = _ISalnum,
240          graph = _ISgraph
241        };
242      };
243 </programlisting>
245 <para>The <code>mask</code> type is the type of the elements in the table.  If your
246 C library uses a table to map lower-case numbers to upper-case numbers,
247 and vice versa, you should define <code>__to_type</code> to be the type of the
248 elements in that table.  If you don't mind taking a minor performance
249 penalty, or if your library doesn't implement <code>toupper</code> and
250 <code>tolower</code> in this way, you can pick any pointer-to-integer type,
251 but you must still define the type.
252 </para>
254    <para>The enumeration should give definitions for all the values in the above
255 example, using the values from your native <code>&lt;ctype.h&gt;</code>.  They can
256 be given symbolically (as above), or numerically, if you prefer.  You do
257 not have to include <code>&lt;ctype.h&gt;</code> in this header; it will always be
258 included before <code>ctype_base.h</code> is included.
259    </para>
261    <para>The next file to write is <code>ctype_configure_char.cc</code>.
262 The first function that must be written is the <code>ctype&lt;char&gt;::ctype</code> constructor.  Here is the IRIX example:
263    </para>
265 <programlisting>
266 ctype&lt;char&gt;::ctype(const mask* __table = 0, bool __del = false,
267            size_t __refs = 0)
268        : _Ctype_nois&lt;char&gt;(__refs), _M_del(__table != 0 &amp;&amp; __del),
269          _M_toupper(NULL),
270          _M_tolower(NULL),
271          _M_ctable(NULL),
272          _M_table(!__table
273                   ? (const mask*) (__libc_attr._ctype_tbl-&gt;_class + 1)
274                   : __table)
275        { }
276 </programlisting>
278 <para>There are two parts of this that you might choose to alter. The first,
279 and most important, is the line involving <code>__libc_attr</code>.  That is
280 IRIX system-dependent code that gets the base of the table mapping
281 character codes to attributes.  You need to substitute code that obtains
282 the address of this table on your system.  If you want to use your
283 operating system's tables to map upper-case letters to lower-case, and
284 vice versa, you should initialize <code>_M_toupper</code> and
285 <code>_M_tolower</code> with those tables, in similar fashion.
286 </para>
288    <para>Now, you have to write two functions to convert from upper-case to
289 lower-case, and vice versa.  Here are the IRIX versions:
290    </para>
292 <programlisting>
293      char
294      ctype&lt;char&gt;::do_toupper(char __c) const
295      { return _toupper(__c); }
297      char
298      ctype&lt;char&gt;::do_tolower(char __c) const
299      { return _tolower(__c); }
300 </programlisting>
302 <para>Your C library provides equivalents to IRIX's <code>_toupper</code> and
303 <code>_tolower</code>.  If you initialized <code>_M_toupper</code> and
304 <code>_M_tolower</code> above, then you could use those tables instead.
305 </para>
307    <para>Finally, you have to provide two utility functions that convert strings
308 of characters.  The versions provided here will always work - but you
309 could use specialized routines for greater performance if you have
310 machinery to do that on your system:
311    </para>
313 <programlisting>
314      const char*
315      ctype&lt;char&gt;::do_toupper(char* __low, const char* __high) const
316      {
317        while (__low &lt; __high)
318          {
319            *__low = do_toupper(*__low);
320            ++__low;
321          }
322        return __high;
323      }
325      const char*
326      ctype&lt;char&gt;::do_tolower(char* __low, const char* __high) const
327      {
328        while (__low &lt; __high)
329          {
330            *__low = do_tolower(*__low);
331            ++__low;
332          }
333        return __high;
334      }
335 </programlisting>
337    <para>You must also provide the <code>ctype_inline.h</code> file, which
338 contains a few more functions.  On most systems, you can just copy
339 <code>config/os/generic/ctype_inline.h</code> and use it on your system.
340    </para>
342    <para>In detail, the functions provided test characters for particular
343 properties; they are analogous to the functions like <code>isalpha</code> and
344 <code>islower</code> provided by the C library.
345    </para>
347    <para>The first function is implemented like this on IRIX:
348    </para>
350 <programlisting>
351      bool
352      ctype&lt;char&gt;::
353      is(mask __m, char __c) const throw()
354      { return (_M_table)[(unsigned char)(__c)] &amp; __m; }
355 </programlisting>
357 <para>The <code>_M_table</code> is the table passed in above, in the constructor.
358 This is the table that contains the bitmasks for each character.  The
359 implementation here should work on all systems.
360 </para>
362    <para>The next function is:
363    </para>
365 <programlisting>
366      const char*
367      ctype&lt;char&gt;::
368      is(const char* __low, const char* __high, mask* __vec) const throw()
369      {
370        while (__low &lt; __high)
371          *__vec++ = (_M_table)[(unsigned char)(*__low++)];
372        return __high;
373      }
374 </programlisting>
376 <para>This function is similar; it copies the masks for all the characters
377 from <code>__low</code> up until <code>__high</code> into the vector given by
378 <code>__vec</code>.
379 </para>
381    <para>The last two functions again are entirely generic:
382    </para>
384 <programlisting>
385      const char*
386      ctype&lt;char&gt;::
387      scan_is(mask __m, const char* __low, const char* __high) const throw()
388      {
389        while (__low &lt; __high &amp;&amp; !this-&gt;is(__m, *__low))
390          ++__low;
391        return __low;
392      }
394      const char*
395      ctype&lt;char&gt;::
396      scan_not(mask __m, const char* __low, const char* __high) const throw()
397      {
398        while (__low &lt; __high &amp;&amp; this-&gt;is(__m, *__low))
399          ++__low;
400        return __low;
401      }
402 </programlisting>
404 </section>
407 <section xml:id="internals.thread_safety"><info><title>Thread Safety</title></info>
410 <para>The C++ library string functionality requires a couple of atomic
411 operations to provide thread-safety.  If you don't take any special
412 action, the library will use stub versions of these functions that are
413 not thread-safe.  They will work fine, unless your applications are
414 multi-threaded.
415 </para>
417    <para>If you want to provide custom, safe, versions of these functions, there
418 are two distinct approaches.  One is to provide a version for your CPU,
419 using assembly language constructs.  The other is to use the
420 thread-safety primitives in your operating system.  In either case, you
421 make a file called <code>atomicity.h</code>, and the variable
422 <code>ATOMICITYH</code> must point to this file.
423    </para>
425    <para>If you are using the assembly-language approach, put this code in
426 <code>config/cpu/&lt;chip&gt;/atomicity.h</code>, where chip is the name of
427 your processor (see <link linkend="internals.cpu">CPU</link>).  No additional changes are necessary to
428 locate the file in this case; <code>ATOMICITYH</code> will be set by default.
429    </para>
431    <para>If you are using the operating system thread-safety primitives approach,
432 you can also put this code in the same CPU directory, in which case no more
433 work is needed to locate the file.  For examples of this approach,
434 see the <code>atomicity.h</code> file for IRIX or IA64.
435    </para>
437    <para>Alternatively, if the primitives are more closely related to the OS
438 than they are to the CPU, you can put the <code>atomicity.h</code> file in
439 the <link linkend="internals.os">Operating system</link> directory instead.  In this case, you must
440 edit <code>configure.host</code>, and in the switch statement that handles
441 operating systems, override the <code>ATOMICITYH</code> variable to point to
442 the appropriate <code>os_include_dir</code>.  For examples of this approach,
443 see the <code>atomicity.h</code> file for AIX.
444    </para>
446    <para>With those bits out of the way, you have to actually write
447 <code>atomicity.h</code> itself.  This file should be wrapped in an
448 include guard named <code>_GLIBCXX_ATOMICITY_H</code>.  It should define one
449 type, and two functions.
450    </para>
452    <para>The type is <code>_Atomic_word</code>.  Here is the version used on IRIX:
453    </para>
455 <programlisting>
456 typedef long _Atomic_word;
457 </programlisting>
459 <para>This type must be a signed integral type supporting atomic operations.
460 If you're using the OS approach, use the same type used by your system's
461 primitives.  Otherwise, use the type for which your CPU provides atomic
462 primitives.
463 </para>
465    <para>Then, you must provide two functions.  The bodies of these functions
466 must be equivalent to those provided here, but using atomic operations:
467    </para>
469 <programlisting>
470      static inline _Atomic_word
471      __attribute__ ((__unused__))
472      __exchange_and_add (_Atomic_word* __mem, int __val)
473      {
474        _Atomic_word __result = *__mem;
475        *__mem += __val;
476        return __result;
477      }
479      static inline void
480      __attribute__ ((__unused__))
481      __atomic_add (_Atomic_word* __mem, int __val)
482      {
483        *__mem += __val;
484      }
485 </programlisting>
487 </section>
490 <section xml:id="internals.numeric_limits"><info><title>Numeric Limits</title></info>
493 <para>The C++ library requires information about the fundamental data types,
494 such as the minimum and maximum representable values of each type.
495 You can define each of these values individually, but it is usually
496 easiest just to indicate how many bits are used in each of the data
497 types and let the library do the rest.  For information about the
498 macros to define, see the top of <code>include/bits/std_limits.h</code>.
499 </para>
501    <para>If you need to define any macros, you can do so in <code>os_defines.h</code>.
502 However, if all operating systems for your CPU are likely to use the
503 same values, you can provide a CPU-specific file instead so that you
504 do not have to provide the same definitions for each operating system.
505 To take that approach, create a new file called <code>cpu_limits.h</code> in
506 your CPU configuration directory (see <link linkend="internals.cpu">CPU</link>).
507    </para>
509 </section>
512 <section xml:id="internals.libtool"><info><title>Libtool</title></info>
515 <para>The C++ library is compiled, archived and linked with libtool.
516 Explaining the full workings of libtool is beyond the scope of this
517 document, but there are a few, particular bits that are necessary for
518 porting.
519 </para>
521    <para>Some parts of the libstdc++ library are compiled with the libtool
522 <code>--tags CXX</code> option (the C++ definitions for libtool).  Therefore,
523 <code>ltcf-cxx.sh</code> in the top-level directory needs to have the correct
524 logic to compile and archive objects equivalent to the C version of libtool,
525 <code>ltcf-c.sh</code>.  Some libtool targets have definitions for C but not
526 for C++, or C++ definitions which have not been kept up to date.
527    </para>
529    <para>The C++ run-time library contains initialization code that needs to be
530 run as the library is loaded.  Often, that requires linking in special
531 object files when the C++ library is built as a shared library, or
532 taking other system-specific actions.
533    </para>
535    <para>The libstdc++ library is linked with the C version of libtool, even
536 though it is a C++ library.  Therefore, the C version of libtool needs to
537 ensure that the run-time library initializers are run.  The usual way to
538 do this is to build the library using <code>gcc -shared</code>.
539    </para>
541    <para>If you need to change how the library is linked, look at
542 <code>ltcf-c.sh</code> in the top-level directory.  Find the switch statement
543 that sets <code>archive_cmds</code>.  Here, adjust the setting for your
544 operating system.
545    </para>
548 </section>
550 </section>