Rename GetLanguageInfo to GetLanguageSpecificData (#117012)
[llvm-project.git] / clang / docs / Modules.rst
blob06294e3c58a4f83a14e9ac39af2ad9c9cc725825
1 =======
2 Modules
3 =======
5 .. contents::
6    :local:
8 Introduction
9 ============
10 Most software is built using a number of software libraries, including libraries supplied by the platform, internal libraries built as part of the software itself to provide structure, and third-party libraries. For each library, one needs to access both its interface (API) and its implementation. In the C family of languages, the interface to a library is accessed by including the appropriate header files(s):
12 .. code-block:: c
14   #include <SomeLib.h>
16 The implementation is handled separately by linking against the appropriate library. For example, by passing ``-lSomeLib`` to the linker.
18 Modules provide an alternative, simpler way to use software libraries that provides better compile-time scalability and eliminates many of the problems inherent to using the C preprocessor to access the API of a library.
20 Problems with the current model
21 -------------------------------
22 The ``#include`` mechanism provided by the C preprocessor is a very poor way to access the API of a library, for a number of reasons:
24 * **Compile-time scalability**: Each time a header is included, the
25   compiler must preprocess and parse the text in that header and every
26   header it includes, transitively. This process must be repeated for
27   every translation unit in the application, which involves a huge
28   amount of redundant work. In a project with *N* translation units
29   and *M* headers included in each translation unit, the compiler is
30   performing *M x N* work even though most of the *M* headers are
31   shared among multiple translation units. C++ is particularly bad,
32   because the compilation model for templates forces a huge amount of
33   code into headers.
35 * **Fragility**: ``#include`` directives are treated as textual
36   inclusion by the preprocessor, and are therefore subject to any
37   active macro definitions at the time of inclusion. If any of the
38   active macro definitions happens to collide with a name in the
39   library, it can break the library API or cause compilation failures
40   in the library header itself. For an extreme example,
41   ``#define std "The C++ Standard"`` and then include a standard
42   library header: the result is a horrific cascade of failures in the
43   C++ Standard Library's implementation. More subtle real-world
44   problems occur when the headers for two different libraries interact
45   due to macro collisions, and users are forced to reorder
46   ``#include`` directives or introduce ``#undef`` directives to break
47   the (unintended) dependency.
49 * **Conventional workarounds**: C programmers have
50   adopted a number of conventions to work around the fragility of the
51   C preprocessor model. Include guards, for example, are required for
52   the vast majority of headers to ensure that multiple inclusion
53   doesn't break the compile. Macro names are written with
54   ``LONG_PREFIXED_UPPERCASE_IDENTIFIERS`` to avoid collisions, and some
55   library/framework developers even use ``__underscored`` names
56   in headers to avoid collisions with "normal" names that (by
57   convention) shouldn't even be macros. These conventions are a
58   barrier to entry for developers coming from non-C languages, are
59   boilerplate for more experienced developers, and make our headers
60   far uglier than they should be.
62 * **Tool confusion**: In a C-based language, it is hard to build tools
63   that work well with software libraries, because the boundaries of
64   the libraries are not clear. Which headers belong to a particular
65   library, and in what order should those headers be included to
66   guarantee that they compile correctly? Are the headers C, C++,
67   Objective-C++, or one of the variants of these languages? What
68   declarations in those headers are actually meant to be part of the
69   API, and what declarations are present only because they had to be
70   written as part of the header file?
72 Semantic import
73 ---------------
74 Modules improve access to the API of software libraries by replacing the textual preprocessor inclusion model with a more robust, more efficient semantic model. From the user's perspective, the code looks only slightly different, because one uses an ``import`` declaration rather than a ``#include`` preprocessor directive:
76 .. code-block:: c
78   import std.io; // pseudo-code; see below for syntax discussion
80 However, this module import behaves quite differently from the corresponding ``#include <stdio.h>``: when the compiler sees the module import above, it loads a binary representation of the ``std.io`` module and makes its API available to the application directly. Preprocessor definitions that precede the import declaration have no impact on the API provided by ``std.io``, because the module itself was compiled as a separate, standalone module. Additionally, any linker flags required to use the ``std.io`` module will automatically be provided when the module is imported [#]_
81 This semantic import model addresses many of the problems of the preprocessor inclusion model:
83 * **Compile-time scalability**: The ``std.io`` module is only compiled once, and importing the module into a translation unit is a constant-time operation (independent of module system). Thus, the API of each software library is only parsed once, reducing the *M x N* compilation problem to an *M + N* problem.
85 * **Fragility**: Each module is parsed as a standalone entity, so it has a consistent preprocessor environment. This completely eliminates the need for ``__underscored`` names and similarly defensive tricks. Moreover, the current preprocessor definitions when an import declaration is encountered are ignored, so one software library can not affect how another software library is compiled, eliminating include-order dependencies.
87 * **Tool confusion**: Modules describe the API of software libraries, and tools can reason about and present a module as a representation of that API. Because modules can only be built standalone, tools can rely on the module definition to ensure that they get the complete API for the library. Moreover, modules can specify which languages they work with, so, e.g., one can not accidentally attempt to load a C++ module into a C program.
89 Problems modules do not solve
90 -----------------------------
91 Many programming languages have a module or package system, and because of the variety of features provided by these languages it is important to define what modules do *not* do. In particular, all of the following are considered out-of-scope for modules:
93 * **Rewrite the world's code**: It is not realistic to require applications or software libraries to make drastic or non-backward-compatible changes, nor is it feasible to completely eliminate headers. Modules must interoperate with existing software libraries and allow a gradual transition.
95 * **Versioning**: Modules have no notion of version information. Programmers must still rely on the existing versioning mechanisms of the underlying language (if any exist) to version software libraries.
97 * **Namespaces**: Unlike in some languages, modules do not imply any notion of namespaces. Thus, a struct declared in one module will still conflict with a struct of the same name declared in a different module, just as they would if declared in two different headers. This aspect is important for backward compatibility, because (for example) the mangled names of entities in software libraries must not change when introducing modules.
99 * **Binary distribution of modules**: Headers (particularly C++ headers) expose the full complexity of the language. Maintaining a stable binary module format across architectures, compiler versions, and compiler vendors is technically infeasible.
101 Using Modules
102 =============
103 To enable modules, pass the command-line flag ``-fmodules``. This will make any modules-enabled software libraries available as modules as well as introducing any modules-specific syntax. Additional `command-line parameters`_ are described in a separate section later.
105 Standard C++ Modules
106 --------------------
107 .. note::
108   Modules are adopted into C++20 Standard. And its semantic and command line interface are very different from the Clang C++ modules. See `StandardCPlusPlusModules <StandardCPlusPlusModules.html>`_ for details.
110 Objective-C Import declaration
111 ------------------------------
112 Objective-C provides syntax for importing a module via an *@import declaration*, which imports the named module:
114 .. parsed-literal::
116   @import std;
118 The ``@import`` declaration above imports the entire contents of the ``std`` module (which would contain, e.g., the entire C or C++ standard library) and make its API available within the current translation unit. To import only part of a module, one may use dot syntax to specific a particular submodule, e.g.,
120 .. parsed-literal::
122   @import std.io;
124 Redundant import declarations are ignored, and one is free to import modules at any point within the translation unit, so long as the import declaration is at global scope.
126 At present, there is no C or C++ syntax for import declarations. Clang
127 will track the modules proposal in the C++ committee. See the section
128 `Includes as imports`_ to see how modules get imported today.
130 Includes as imports
131 -------------------
132 The primary user-level feature of modules is the import operation, which provides access to the API of software libraries. However, today's programs make extensive use of ``#include``, and it is unrealistic to assume that all of this code will change overnight. Instead, modules automatically translate ``#include`` directives into the corresponding module import. For example, the include directive
134 .. code-block:: c
136   #include <stdio.h>
138 will be automatically mapped to an import of the module ``std.io``. Even with specific ``import`` syntax in the language, this particular feature is important for both adoption and backward compatibility: automatic translation of ``#include`` to ``import`` allows an application to get the benefits of modules (for all modules-enabled libraries) without any changes to the application itself. Thus, users can easily use modules with one compiler while falling back to the preprocessor-inclusion mechanism with other compilers.
140 .. note::
142   The automatic mapping of ``#include`` to ``import`` also solves an implementation problem: importing a module with a definition of some entity (say, a ``struct Point``) and then parsing a header containing another definition of ``struct Point`` would cause a redefinition error, even if it is the same ``struct Point``. By mapping ``#include`` to ``import``, the compiler can guarantee that it always sees just the already-parsed definition from the module.
144 While building a module, ``#include_next`` is also supported, with one caveat.
145 The usual behavior of ``#include_next`` is to search for the specified filename
146 in the list of include paths, starting from the path *after* the one
147 in which the current file was found.
148 Because files listed in module maps are not found through include paths, a
149 different strategy is used for ``#include_next`` directives in such files: the
150 list of include paths is searched for the specified header name, to find the
151 first include path that would refer to the current file. ``#include_next`` is
152 interpreted as if the current file had been found in that path.
153 If this search finds a file named by a module map, the ``#include_next``
154 directive is translated into an import, just like for a ``#include``
155 directive.``
157 Module maps
158 -----------
159 The crucial link between modules and headers is described by a *module map*, which describes how a collection of existing headers maps on to the (logical) structure of a module. For example, one could imagine a module ``std`` covering the C standard library. Each of the C standard library headers (``<stdio.h>``, ``<stdlib.h>``, ``<math.h>``, etc.) would contribute to the ``std`` module, by placing their respective APIs into the corresponding submodule (``std.io``, ``std.lib``, ``std.math``, etc.). Having a list of the headers that are part of the ``std`` module allows the compiler to build the ``std`` module as a standalone entity, and having the mapping from header names to (sub)modules allows the automatic translation of ``#include`` directives to module imports.
161 Module maps are specified as separate files (each named ``module.modulemap``) alongside the headers they describe, which allows them to be added to existing software libraries without having to change the library headers themselves (in most cases [#]_). The actual `Module map language`_ is described in a later section.
163 .. note::
165   To actually see any benefits from modules, one first has to introduce module maps for the underlying C standard library and the libraries and headers on which it depends. The section `Modularizing a Platform`_ describes the steps one must take to write these module maps.
167 One can use module maps without modules to check the integrity of the use of header files. To do this, use the ``-fimplicit-module-maps`` option instead of the ``-fmodules`` option, or use ``-fmodule-map-file=`` option to explicitly specify the module map files to load.
169 Compilation model
170 -----------------
171 The binary representation of modules is automatically generated by the compiler on an as-needed basis. When a module is imported (e.g., by an ``#include`` of one of the module's headers), the compiler will spawn a second instance of itself [#]_, with a fresh preprocessing context [#]_, to parse just the headers in that module. The resulting Abstract Syntax Tree (AST) is then persisted into the binary representation of the module that is then loaded into translation unit where the module import was encountered.
173 The binary representation of modules is persisted in the *module cache*. Imports of a module will first query the module cache and, if a binary representation of the required module is already available, will load that representation directly. Thus, a module's headers will only be parsed once per language configuration, rather than once per translation unit that uses the module.
175 Modules maintain references to each of the headers that were part of the module build. If any of those headers changes, or if any of the modules on which a module depends change, then the module will be (automatically) recompiled. The process should never require any user intervention.
177 Command-line parameters
178 -----------------------
179 ``-fmodules``
180   Enable the modules feature.
182 ``-fbuiltin-module-map``
183   Load the Clang builtins module map file. (Equivalent to ``-fmodule-map-file=<resource dir>/include/module.modulemap``)
185 ``-fimplicit-module-maps``
186   Enable implicit search for module map files named ``module.modulemap`` and similar. This option is implied by ``-fmodules``. If this is disabled with ``-fno-implicit-module-maps``, module map files will only be loaded if they are explicitly specified via ``-fmodule-map-file`` or transitively used by another module map file.
188 ``-fmodules-cache-path=<directory>``
189   Specify the path to the modules cache. If not provided, Clang will select a system-appropriate default.
191 ``-fno-autolink``
192   Disable automatic linking against the libraries associated with imported modules.
194 ``-fmodules-ignore-macro=macroname``
195   Instruct modules to ignore the named macro when selecting an appropriate module variant. Use this for macros defined on the command line that don't affect how modules are built, to improve sharing of compiled module files.
197 ``-fmodules-prune-interval=seconds``
198   Specify the minimum delay (in seconds) between attempts to prune the module cache. Module cache pruning attempts to clear out old, unused module files so that the module cache itself does not grow without bound. The default delay is large (604,800 seconds, or 7 days) because this is an expensive operation. Set this value to 0 to turn off pruning.
200 ``-fmodules-prune-after=seconds``
201   Specify the minimum time (in seconds) for which a file in the module cache must be unused (according to access time) before module pruning will remove it. The default delay is large (2,678,400 seconds, or 31 days) to avoid excessive module rebuilding.
203 ``-module-file-info <module file name>``
204   Debugging aid that prints information about a given module file (with a ``.pcm`` extension), including the language and preprocessor options that particular module variant was built with.
206 ``-fmodules-decluse``
207   Enable checking of module ``use`` declarations.
209 ``-fmodule-name=module-id``
210   Consider a source file as a part of the given module.
212 ``-fmodule-map-file=<file>``
213   Load the given module map file if a header from its directory or one of its subdirectories is loaded.
215 ``-fmodules-search-all``
216   If a symbol is not found, search modules referenced in the current module maps but not imported for symbols, so the error message can reference the module by name.  Note that if the global module index has not been built before, this might take some time as it needs to build all the modules.  Note that this option doesn't apply in module builds, to avoid the recursion.
218 ``-fno-implicit-modules``
219   All modules used by the build must be specified with ``-fmodule-file``.
221 ``-fmodule-file=[<name>=]<file>``
222   Specify the mapping of module names to precompiled module files. If the
223   name is omitted, then the module file is loaded whether actually required
224   or not. If the name is specified, then the mapping is treated as another
225   prebuilt module search mechanism (in addition to ``-fprebuilt-module-path``)
226   and the module is only loaded if required. Note that in this case the
227   specified file also overrides this module's paths that might be embedded
228   in other precompiled module files.
230 ``-fprebuilt-module-path=<directory>``
231   Specify the path to the prebuilt modules. If specified, we will look for modules in this directory for a given top-level module name. We don't need a module map for loading prebuilt modules in this directory and the compiler will not try to rebuild these modules. This can be specified multiple times.
233 ``-fprebuilt-implicit-modules``
234   Enable prebuilt implicit modules. If a prebuilt module is not found in the
235   prebuilt modules paths (specified via ``-fprebuilt-module-path``), we will
236   look for a matching implicit module in the prebuilt modules paths.
238 -cc1 Options
239 ~~~~~~~~~~~~
241 ``-fmodules-strict-context-hash``
242   Enables hashing of all compiler options that could impact the semantics of a
243   module in an implicit build. This includes things such as header search paths
244   and diagnostics. Using this option may lead to an excessive number of modules
245   being built if the command line arguments are not homogeneous across your
246   build.
248 Using Prebuilt Modules
249 ----------------------
251 Below are a few examples illustrating uses of prebuilt modules via the different options.
253 First, let's set up files for our examples.
255 .. code-block:: c
257   /* A.h */
258   #ifdef ENABLE_A
259   void a() {}
260   #endif
262 .. code-block:: c
264   /* B.h */
265   #include "A.h"
267 .. code-block:: c
269   /* use.c */
270   #include "B.h"
271   void use() {
272   #ifdef ENABLE_A
273     a();
274   #endif
275   }
277 .. code-block:: c
279   /* module.modulemap */
280   module A {
281     header "A.h"
282   }
283   module B {
284     header "B.h"
285     export *
286   }
288 In the examples below, the compilation of ``use.c`` can be done without ``-cc1``, but the commands used to prebuild the modules would need to be updated to take into account the default options passed to ``clang -cc1``. (See ``clang use.c -v``)
289 Note also that, since we use ``-cc1``, we specify the ``-fmodule-map-file=`` or ``-fimplicit-module-maps`` options explicitly. When using the clang driver, ``-fimplicit-module-maps`` is implied by ``-fmodules``.
291 First let us use an explicit mapping from modules to files.
293 .. code-block:: sh
295   rm -rf prebuilt ; mkdir prebuilt
296   clang -cc1 -emit-module -o prebuilt/A.pcm -fmodules module.modulemap -fmodule-name=A
297   clang -cc1 -emit-module -o prebuilt/B.pcm -fmodules module.modulemap -fmodule-name=B -fmodule-file=A=prebuilt/A.pcm
298   clang -cc1 -emit-obj use.c -fmodules -fmodule-map-file=module.modulemap -fmodule-file=A=prebuilt/A.pcm -fmodule-file=B=prebuilt/B.pcm
300 Instead of of specifying the mappings manually, it can be convenient to use the ``-fprebuilt-module-path`` option. Let's also use ``-fimplicit-module-maps`` instead of manually pointing to our module map.
302 .. code-block:: sh
304   rm -rf prebuilt; mkdir prebuilt
305   clang -cc1 -emit-module -o prebuilt/A.pcm -fmodules module.modulemap -fmodule-name=A
306   clang -cc1 -emit-module -o prebuilt/B.pcm -fmodules module.modulemap -fmodule-name=B -fprebuilt-module-path=prebuilt
307   clang -cc1 -emit-obj use.c -fmodules -fimplicit-module-maps -fprebuilt-module-path=prebuilt
309 A trick to prebuild all modules required for our source file in one command is to generate implicit modules while using the ``-fdisable-module-hash`` option.
311 .. code-block:: sh
313   rm -rf prebuilt ; mkdir prebuilt
314   clang -cc1 -emit-obj use.c -fmodules -fimplicit-module-maps -fmodules-cache-path=prebuilt -fdisable-module-hash
315   ls prebuilt/*.pcm
316   # prebuilt/A.pcm  prebuilt/B.pcm
318 Note that with explicit or prebuilt modules, we are responsible for, and should be particularly careful about the compatibility of our modules.
319 Using mismatching compilation options and modules may lead to issues.
321 .. code-block:: sh
323   clang -cc1 -emit-obj use.c -fmodules -fimplicit-module-maps -fprebuilt-module-path=prebuilt -DENABLE_A
324   # use.c:4:10: warning: implicit declaration of function 'a' is invalid in C99 [-Wimplicit-function-declaration]
325   #   return a(x);
326   #          ^
327   # 1 warning generated.
329 So we need to maintain multiple versions of prebuilt modules. We can do so using a manual module mapping, or pointing to a different prebuilt module cache path. For example:
331 .. code-block:: sh
333   rm -rf prebuilt ; mkdir prebuilt ; rm -rf prebuilt_a ; mkdir prebuilt_a
334   clang -cc1 -emit-obj use.c -fmodules -fimplicit-module-maps -fmodules-cache-path=prebuilt -fdisable-module-hash
335   clang -cc1 -emit-obj use.c -fmodules -fimplicit-module-maps -fmodules-cache-path=prebuilt_a -fdisable-module-hash -DENABLE_A
336   clang -cc1 -emit-obj use.c -fmodules -fimplicit-module-maps -fprebuilt-module-path=prebuilt
337   clang -cc1 -emit-obj use.c -fmodules -fimplicit-module-maps -fprebuilt-module-path=prebuilt_a -DENABLE_A
340 Instead of managing the different module versions manually, we can build implicit modules in a given cache path (using ``-fmodules-cache-path``), and reuse them as prebuilt implicit modules by passing ``-fprebuilt-module-path`` and ``-fprebuilt-implicit-modules``.
342 .. code-block:: sh
344   rm -rf prebuilt; mkdir prebuilt
345   clang -cc1 -emit-obj -o use.o use.c -fmodules -fimplicit-module-maps -fmodules-cache-path=prebuilt
346   clang -cc1 -emit-obj -o use.o use.c -fmodules -fimplicit-module-maps -fmodules-cache-path=prebuilt -DENABLE_A
347   find prebuilt -name "*.pcm"
348   # prebuilt/1AYBIGPM8R2GA/A-3L1K4LUA6O31.pcm
349   # prebuilt/1AYBIGPM8R2GA/B-3L1K4LUA6O31.pcm
350   # prebuilt/VH0YZMF1OIRK/A-3L1K4LUA6O31.pcm
351   # prebuilt/VH0YZMF1OIRK/B-3L1K4LUA6O31.pcm
352   clang -cc1 -emit-obj -o use.o use.c -fmodules -fimplicit-module-maps -fprebuilt-module-path=prebuilt -fprebuilt-implicit-modules
353   clang -cc1 -emit-obj -o use.o use.c -fmodules -fimplicit-module-maps -fprebuilt-module-path=prebuilt -fprebuilt-implicit-modules -DENABLE_A
355 Finally we want to allow implicit modules for configurations that were not prebuilt. When using the clang driver a module cache path is implicitly selected. Using ``-cc1``, we simply add use the ``-fmodules-cache-path`` option.
357 .. code-block:: sh
359   clang -cc1 -emit-obj -o use.o use.c -fmodules -fimplicit-module-maps -fprebuilt-module-path=prebuilt -fprebuilt-implicit-modules -fmodules-cache-path=cache
360   clang -cc1 -emit-obj -o use.o use.c -fmodules -fimplicit-module-maps -fprebuilt-module-path=prebuilt -fprebuilt-implicit-modules -fmodules-cache-path=cache -DENABLE_A
361   clang -cc1 -emit-obj -o use.o use.c -fmodules -fimplicit-module-maps -fprebuilt-module-path=prebuilt -fprebuilt-implicit-modules -fmodules-cache-path=cache -DENABLE_A -DOTHER_OPTIONS
363 This way, a single directory containing multiple variants of modules can be prepared and reused. The options configuring the module cache are independent of other options.
365 Module Semantics
366 ================
368 Modules are modeled as if each submodule were a separate translation unit, and a module import makes names from the other translation unit visible. Each submodule starts with a new preprocessor state and an empty translation unit.
370 .. note::
372   This behavior is currently only approximated when building a module with submodules. Entities within a submodule that has already been built are visible when building later submodules in that module. This can lead to fragile modules that depend on the build order used for the submodules of the module, and should not be relied upon. This behavior is subject to change.
374 As an example, in C, this implies that if two structs are defined in different submodules with the same name, those two types are distinct types (but may be *compatible* types if their definitions match). In C++, two structs defined with the same name in different submodules are the *same* type, and must be equivalent under C++'s One Definition Rule.
376 .. note::
378   Clang currently only performs minimal checking for violations of the One Definition Rule.
380 If any submodule of a module is imported into any part of a program, the entire top-level module is considered to be part of the program. As a consequence of this, Clang may diagnose conflicts between an entity declared in an unimported submodule and an entity declared in the current translation unit, and Clang may inline or devirtualize based on knowledge from unimported submodules.
382 Macros
383 ------
385 The C and C++ preprocessor assumes that the input text is a single linear buffer, but with modules this is not the case. It is possible to import two modules that have conflicting definitions for a macro (or where one ``#define``\s a macro and the other ``#undef``\ines it). The rules for handling macro definitions in the presence of modules are as follows:
387 * Each definition and undefinition of a macro is considered to be a distinct entity.
388 * Such entities are *visible* if they are from the current submodule or translation unit, or if they were exported from a submodule that has been imported.
389 * A ``#define X`` or ``#undef X`` directive *overrides* all definitions of ``X`` that are visible at the point of the directive.
390 * A ``#define`` or ``#undef`` directive is *active* if it is visible and no visible directive overrides it.
391 * A set of macro directives is *consistent* if it consists of only ``#undef`` directives, or if all ``#define`` directives in the set define the macro name to the same sequence of tokens (following the usual rules for macro redefinitions).
392 * If a macro name is used and the set of active directives is not consistent, the program is ill-formed. Otherwise, the (unique) meaning of the macro name is used.
394 For example, suppose:
396 * ``<stdio.h>`` defines a macro ``getc`` (and exports its ``#define``)
397 * ``<cstdio>`` imports the ``<stdio.h>`` module and undefines the macro (and exports its ``#undef``)
399 The ``#undef`` overrides the ``#define``, and a source file that imports both modules *in any order* will not see ``getc`` defined as a macro.
401 Module Map Language
402 ===================
404 .. warning::
406   The module map language is not currently guaranteed to be stable between major revisions of Clang.
408 The module map language describes the mapping from header files to the
409 logical structure of modules. To enable support for using a library as
410 a module, one must write a ``module.modulemap`` file for that library. The
411 ``module.modulemap`` file is placed alongside the header files themselves,
412 and is written in the module map language described below.
414 .. note::
415     For compatibility with previous releases, if a module map file named
416     ``module.modulemap`` is not found, Clang will also search for a file named
417     ``module.map``. This behavior is deprecated and we plan to eventually
418     remove it.
420 As an example, the module map file for the C standard library might look a bit like this:
422 .. parsed-literal::
424   module std [system] [extern_c] {
425     module assert {
426       textual header "assert.h"
427       header "bits/assert-decls.h"
428       export *
429     }
431     module complex {
432       header "complex.h"
433       export *
434     }
436     module ctype {
437       header "ctype.h"
438       export *
439     }
441     module errno {
442       header "errno.h"
443       header "sys/errno.h"
444       export *
445     }
447     module fenv {
448       header "fenv.h"
449       export *
450     }
452     // ...more headers follow...
453   }
455 Here, the top-level module ``std`` encompasses the whole C standard library. It has a number of submodules containing different parts of the standard library: ``complex`` for complex numbers, ``ctype`` for character types, etc. Each submodule lists one of more headers that provide the contents for that submodule. Finally, the ``export *`` command specifies that anything included by that submodule will be automatically re-exported.
457 Lexical structure
458 -----------------
459 Module map files use a simplified form of the C99 lexer, with the same rules for identifiers, tokens, string literals, ``/* */`` and ``//`` comments. The module map language has the following reserved words; all other C identifiers are valid identifiers.
461 .. parsed-literal::
463   ``config_macros`` ``export_as``  ``private``
464   ``conflict``      ``framework``  ``requires``
465   ``exclude``       ``header``     ``textual``
466   ``explicit``      ``link``       ``umbrella``
467   ``extern``        ``module``     ``use``
468   ``export``
470 Module map file
471 ---------------
472 A module map file consists of a series of module declarations:
474 .. parsed-literal::
476   *module-map-file*:
477     *module-declaration**
479 Within a module map file, modules are referred to by a *module-id*, which uses periods to separate each part of a module's name:
481 .. parsed-literal::
483   *module-id*:
484     *identifier* ('.' *identifier*)*
486 Module declaration
487 ------------------
488 A module declaration describes a module, including the headers that contribute to that module, its submodules, and other aspects of the module.
490 .. parsed-literal::
492   *module-declaration*:
493     ``explicit``:sub:`opt` ``framework``:sub:`opt` ``module`` *module-id* *attributes*:sub:`opt` '{' *module-member** '}'
494     ``extern`` ``module`` *module-id* *string-literal*
496 The *module-id* should consist of only a single *identifier*, which provides the name of the module being defined. Each module shall have a single definition.
498 The ``explicit`` qualifier can only be applied to a submodule, i.e., a module that is nested within another module. The contents of explicit submodules are only made available when the submodule itself was explicitly named in an import declaration or was re-exported from an imported module.
500 The ``framework`` qualifier specifies that this module corresponds to a Darwin-style framework. A Darwin-style framework (used primarily on macOS and iOS) is contained entirely in directory ``Name.framework``, where ``Name`` is the name of the framework (and, therefore, the name of the module). That directory has the following layout:
502 .. parsed-literal::
504   Name.framework/
505     Modules/module.modulemap  Module map for the framework
506     Headers/                  Subdirectory containing framework headers
507     PrivateHeaders/           Subdirectory containing framework private headers
508     Frameworks/               Subdirectory containing embedded frameworks
509     Resources/                Subdirectory containing additional resources
510     Name                      Symbolic link to the shared library for the framework
512 The ``system`` attribute specifies that the module is a system module. When a system module is rebuilt, all of the module's headers will be considered system headers, which suppresses warnings. This is equivalent to placing ``#pragma GCC system_header`` in each of the module's headers. The form of attributes is described in the section Attributes_, below.
514 The ``extern_c`` attribute specifies that the module contains C code that can be used from within C++. When such a module is built for use in C++ code, all of the module's headers will be treated as if they were contained within an implicit ``extern "C"`` block. An import for a module with this attribute can appear within an ``extern "C"`` block. No other restrictions are lifted, however: the module currently cannot be imported within an ``extern "C"`` block in a namespace.
516 The ``no_undeclared_includes`` attribute specifies that the module can only reach non-modular headers and headers from used modules. Since some headers could be present in more than one search path and map to different modules in each path, this mechanism helps clang to find the right header, i.e., prefer the one for the current module or in a submodule instead of the first usual match in the search paths.
518 Modules can have a number of different kinds of members, each of which is described below:
520 .. parsed-literal::
522   *module-member*:
523     *requires-declaration*
524     *header-declaration*
525     *umbrella-dir-declaration*
526     *submodule-declaration*
527     *export-declaration*
528     *export-as-declaration*
529     *use-declaration*
530     *link-declaration*
531     *config-macros-declaration*
532     *conflict-declaration*
534 An extern module references a module defined by the *module-id* in a file given by the *string-literal*. The file can be referenced either by an absolute path or by a path relative to the current map file.
536 Requires declaration
537 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
538 A *requires-declaration* specifies the requirements that an importing translation unit must satisfy to use the module.
540 .. parsed-literal::
542   *requires-declaration*:
543     ``requires`` *feature-list*
545   *feature-list*:
546     *feature* (',' *feature*)*
548   *feature*:
549     ``!``:sub:`opt` *identifier*
551 The requirements clause allows specific modules or submodules to specify that they are only accessible with certain language dialects, platforms, environments and target specific features. The feature list is a set of identifiers, defined below. If any of the features is not available in a given translation unit, that translation unit shall not import the module. When building a module for use by a compilation, submodules requiring unavailable features are ignored. The optional ``!`` indicates that a feature is incompatible with the module.
553 The following features are defined:
555 altivec
556   The target supports AltiVec.
558 blocks
559   The "blocks" language feature is available.
561 coroutines
562   Support for the coroutines TS is available.
564 cplusplus
565   C++ support is available.
567 cplusplus11
568   C++11 support is available.
570 cplusplus14
571   C++14 support is available.
573 cplusplus17
574   C++17 support is available.
576 cplusplus20
577   C++20 support is available.
579 cplusplus23
580   C++23 support is available.
583   C99 support is available.
586   C11 support is available.
589   C17 support is available.
592   C23 support is available.
594 freestanding
595   A freestanding environment is available.
597 gnuinlineasm
598   GNU inline ASM is available.
600 objc
601   Objective-C support is available.
603 objc_arc
604   Objective-C Automatic Reference Counting (ARC) is available
606 opencl
607   OpenCL is available
610   Thread local storage is available.
612 *target feature*
613   A specific target feature (e.g., ``sse4``, ``avx``, ``neon``) is available.
615 *platform/os*
616   A os/platform variant (e.g. ``freebsd``, ``win32``, ``windows``, ``linux``, ``ios``, ``macos``, ``iossimulator``) is available.
618 *environment*
619   A environment variant (e.g. ``gnu``, ``gnueabi``, ``android``, ``msvc``) is available.
621 **Example:** The ``std`` module can be extended to also include C++ and C++11 headers using a *requires-declaration*:
623 .. parsed-literal::
625  module std {
626     // C standard library...
628     module vector {
629       requires cplusplus
630       header "vector"
631     }
633     module type_traits {
634       requires cplusplus11
635       header "type_traits"
636     }
637   }
639 Header declaration
640 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~
641 A header declaration specifies that a particular header is associated with the enclosing module.
643 .. parsed-literal::
645   *header-declaration*:
646     ``private``:sub:`opt` ``textual``:sub:`opt` ``header`` *string-literal* *header-attrs*:sub:`opt`
647     ``umbrella`` ``header`` *string-literal* *header-attrs*:sub:`opt`
648     ``exclude`` ``header`` *string-literal* *header-attrs*:sub:`opt`
650   *header-attrs*:
651     '{' *header-attr** '}'
653   *header-attr*:
654     ``size`` *integer-literal*
655     ``mtime`` *integer-literal*
657 A header declaration that does not contain ``exclude`` nor ``textual`` specifies a header that contributes to the enclosing module. Specifically, when the module is built, the named header will be parsed and its declarations will be (logically) placed into the enclosing submodule.
659 A header with the ``umbrella`` specifier is called an umbrella header. An umbrella header includes all of the headers within its directory (and any subdirectories), and is typically used (in the ``#include`` world) to easily access the full API provided by a particular library. With modules, an umbrella header is a convenient shortcut that eliminates the need to write out ``header`` declarations for every library header. A given directory can only contain a single umbrella header.
661 .. note::
662     Any headers not included by the umbrella header should have
663     explicit ``header`` declarations. Use the
664     ``-Wincomplete-umbrella`` warning option to ask Clang to complain
665     about headers not covered by the umbrella header or the module map.
667 A header with the ``private`` specifier may not be included from outside the module itself.
669 A header with the ``textual`` specifier will not be compiled when the module is
670 built, and will be textually included if it is named by a ``#include``
671 directive. However, it is considered to be part of the module for the purpose
672 of checking *use-declaration*\s, and must still be a lexically-valid header
673 file. In the future, we intend to pre-tokenize such headers and include the
674 token sequence within the prebuilt module representation.
676 A header with the ``exclude`` specifier is excluded from the module. It will not be included when the module is built, nor will it be considered to be part of the module, even if an ``umbrella`` header or directory would otherwise make it part of the module.
678 **Example:** The C header ``assert.h`` is an excellent candidate for a textual header, because it is meant to be included multiple times (possibly with different ``NDEBUG`` settings). However, declarations within it should typically be split into a separate modular header.
680 .. parsed-literal::
682   module std [system] {
683     textual header "assert.h"
684   }
686 A given header shall not be referenced by more than one *header-declaration*.
688 Two *header-declaration*\s, or a *header-declaration* and a ``#include``, are
689 considered to refer to the same file if the paths resolve to the same file
690 and the specified *header-attr*\s (if any) match the attributes of that file,
691 even if the file is named differently (for instance, by a relative path or
692 via symlinks).
694 .. note::
695     The use of *header-attr*\s avoids the need for Clang to speculatively
696     ``stat`` every header referenced by a module map. It is recommended that
697     *header-attr*\s only be used in machine-generated module maps, to avoid
698     mismatches between attribute values and the corresponding files.
700 Umbrella directory declaration
701 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
702 An umbrella directory declaration specifies that all of the headers in the specified directory should be included within the module.
704 .. parsed-literal::
706   *umbrella-dir-declaration*:
707     ``umbrella`` *string-literal*
709 The *string-literal* refers to a directory. When the module is built, all of the header files in that directory (and its subdirectories) are included in the module.
711 An *umbrella-dir-declaration* shall not refer to the same directory as the location of an umbrella *header-declaration*. In other words, only a single kind of umbrella can be specified for a given directory.
713 .. note::
715     Umbrella directories are useful for libraries that have a large number of headers but do not have an umbrella header.
718 Submodule declaration
719 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
720 Submodule declarations describe modules that are nested within their enclosing module.
722 .. parsed-literal::
724   *submodule-declaration*:
725     *module-declaration*
726     *inferred-submodule-declaration*
728 A *submodule-declaration* that is a *module-declaration* is a nested module. If the *module-declaration* has a ``framework`` specifier, the enclosing module shall have a ``framework`` specifier; the submodule's contents shall be contained within the subdirectory ``Frameworks/SubName.framework``, where ``SubName`` is the name of the submodule.
730 A *submodule-declaration* that is an *inferred-submodule-declaration* describes a set of submodules that correspond to any headers that are part of the module but are not explicitly described by a *header-declaration*.
732 .. parsed-literal::
734   *inferred-submodule-declaration*:
735     ``explicit``:sub:`opt` ``framework``:sub:`opt` ``module`` '*' *attributes*:sub:`opt` '{' *inferred-submodule-member** '}'
737   *inferred-submodule-member*:
738     ``export`` '*'
740 A module containing an *inferred-submodule-declaration* shall have either an umbrella header or an umbrella directory. The headers to which the *inferred-submodule-declaration* applies are exactly those headers included by the umbrella header (transitively) or included in the module because they reside within the umbrella directory (or its subdirectories).
742 For each header included by the umbrella header or in the umbrella directory that is not named by a *header-declaration*, a module declaration is implicitly generated from the *inferred-submodule-declaration*. The module will:
744 * Have the same name as the header (without the file extension)
745 * Have the ``explicit`` specifier, if the *inferred-submodule-declaration* has the ``explicit`` specifier
746 * Have the ``framework`` specifier, if the
747   *inferred-submodule-declaration* has the ``framework`` specifier
748 * Have the attributes specified by the \ *inferred-submodule-declaration*
749 * Contain a single *header-declaration* naming that header
750 * Contain a single *export-declaration* ``export *``, if the \ *inferred-submodule-declaration* contains the \ *inferred-submodule-member* ``export *``
752 **Example:** If the subdirectory "MyLib" contains the headers ``A.h`` and ``B.h``, then the following module map:
754 .. parsed-literal::
756   module MyLib {
757     umbrella "MyLib"
758     explicit module * {
759       export *
760     }
761   }
763 is equivalent to the (more verbose) module map:
765 .. parsed-literal::
767   module MyLib {
768     explicit module A {
769       header "A.h"
770       export *
771     }
773     explicit module B {
774       header "B.h"
775       export *
776     }
777   }
779 Export declaration
780 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~
781 An *export-declaration* specifies which imported modules will automatically be re-exported as part of a given module's API.
783 .. parsed-literal::
785   *export-declaration*:
786     ``export`` *wildcard-module-id*
788   *wildcard-module-id*:
789     *identifier*
790     '*'
791     *identifier* '.' *wildcard-module-id*
793 The *export-declaration* names a module or a set of modules that will be re-exported to any translation unit that imports the enclosing module. Each imported module that matches the *wildcard-module-id* up to, but not including, the first ``*`` will be re-exported.
795 **Example:** In the following example, importing ``MyLib.Derived`` also provides the API for ``MyLib.Base``:
797 .. parsed-literal::
799   module MyLib {
800     module Base {
801       header "Base.h"
802     }
804     module Derived {
805       header "Derived.h"
806       export Base
807     }
808   }
810 Note that, if ``Derived.h`` includes ``Base.h``, one can simply use a wildcard export to re-export everything ``Derived.h`` includes:
812 .. parsed-literal::
814   module MyLib {
815     module Base {
816       header "Base.h"
817     }
819     module Derived {
820       header "Derived.h"
821       export *
822     }
823   }
825 .. note::
827   The wildcard export syntax ``export *`` re-exports all of the
828   modules that were imported in the actual header file. Because
829   ``#include`` directives are automatically mapped to module imports,
830   ``export *`` provides the same transitive-inclusion behavior
831   provided by the C preprocessor, e.g., importing a given module
832   implicitly imports all of the modules on which it depends.
833   Therefore, liberal use of ``export *`` provides excellent backward
834   compatibility for programs that rely on transitive inclusion (i.e.,
835   all of them).
837 Re-export Declaration
838 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
839 An *export-as-declaration* specifies that the current module will have
840 its interface re-exported by the named module.
842 .. parsed-literal::
844   *export-as-declaration*:
845     ``export_as`` *identifier*
847 The *export-as-declaration* names the module that the current
848 module will be re-exported through. Only top-level modules
849 can be re-exported, and any given module may only be re-exported
850 through a single module.
852 **Example:** In the following example, the module ``MyFrameworkCore``
853 will be re-exported via the module ``MyFramework``:
855 .. parsed-literal::
857   module MyFrameworkCore {
858     export_as MyFramework
859   }
861 Use declaration
862 ~~~~~~~~~~~~~~~
863 A *use-declaration* specifies another module that the current top-level module
864 intends to use. When the option *-fmodules-decluse* is specified, a module can
865 only use other modules that are explicitly specified in this way.
867 .. parsed-literal::
869   *use-declaration*:
870     ``use`` *module-id*
872 **Example:** In the following example, use of A from C is not declared, so will trigger a warning.
874 .. parsed-literal::
876   module A {
877     header "a.h"
878   }
880   module B {
881     header "b.h"
882   }
884   module C {
885     header "c.h"
886     use B
887   }
889 When compiling a source file that implements a module, use the option
890 ``-fmodule-name=module-id`` to indicate that the source file is logically part
891 of that module.
893 The compiler at present only applies restrictions to the module directly being built.
895 Link declaration
896 ~~~~~~~~~~~~~~~~
897 A *link-declaration* specifies a library or framework against which a program should be linked if the enclosing module is imported in any translation unit in that program.
899 .. parsed-literal::
901   *link-declaration*:
902     ``link`` ``framework``:sub:`opt` *string-literal*
904 The *string-literal* specifies the name of the library or framework against which the program should be linked. For example, specifying "clangBasic" would instruct the linker to link with ``-lclangBasic`` for a Unix-style linker.
906 A *link-declaration* with the ``framework`` specifies that the linker should link against the named framework, e.g., with ``-framework MyFramework``.
908 .. note::
910   Automatic linking with the ``link`` directive is not yet widely
911   implemented, because it requires support from both the object file
912   format and the linker. The notion is similar to Microsoft Visual
913   Studio's ``#pragma comment(lib...)``.
915 Configuration macros declaration
916 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
917 The *config-macros-declaration* specifies the set of configuration macros that have an effect on the API of the enclosing module.
919 .. parsed-literal::
921   *config-macros-declaration*:
922     ``config_macros`` *attributes*:sub:`opt` *config-macro-list*:sub:`opt`
924   *config-macro-list*:
925     *identifier* (',' *identifier*)*
927 Each *identifier* in the *config-macro-list* specifies the name of a macro. The compiler is required to maintain different variants of the given module for differing definitions of any of the named macros.
929 A *config-macros-declaration* shall only be present on a top-level module, i.e., a module that is not nested within an enclosing module.
931 The ``exhaustive`` attribute specifies that the list of macros in the *config-macros-declaration* is exhaustive, meaning that no other macro definition is intended to have an effect on the API of that module.
933 .. note::
935   The ``exhaustive`` attribute implies that any macro definitions
936   for macros not listed as configuration macros should be ignored
937   completely when building the module. As an optimization, the
938   compiler could reduce the number of unique module variants by not
939   considering these non-configuration macros. This optimization is not
940   yet implemented in Clang.
942 A translation unit shall not import the same module under different definitions of the configuration macros.
944 .. note::
946   Clang implements a weak form of this requirement: the definitions
947   used for configuration macros are fixed based on the definitions
948   provided by the command line. If an import occurs and the definition
949   of any configuration macro has changed, the compiler will produce a
950   warning (under the control of ``-Wconfig-macros``).
952 **Example:** A logging library might provide different API (e.g., in the form of different definitions for a logging macro) based on the ``NDEBUG`` macro setting:
954 .. parsed-literal::
956   module MyLogger {
957     umbrella header "MyLogger.h"
958     config_macros [exhaustive] NDEBUG
959   }
961 Conflict declarations
962 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
963 A *conflict-declaration* describes a case where the presence of two different modules in the same translation unit is likely to cause a problem. For example, two modules may provide similar-but-incompatible functionality.
965 .. parsed-literal::
967   *conflict-declaration*:
968     ``conflict`` *module-id* ',' *string-literal*
970 The *module-id* of the *conflict-declaration* specifies the module with which the enclosing module conflicts. The specified module shall not have been imported in the translation unit when the enclosing module is imported.
972 The *string-literal* provides a message to be provided as part of the compiler diagnostic when two modules conflict.
974 .. note::
976   Clang emits a warning (under the control of ``-Wmodule-conflict``)
977   when a module conflict is discovered.
979 **Example:**
981 .. parsed-literal::
983   module Conflicts {
984     explicit module A {
985       header "conflict_a.h"
986       conflict B, "we just don't like B"
987     }
989     module B {
990       header "conflict_b.h"
991     }
992   }
995 Attributes
996 ----------
997 Attributes are used in a number of places in the grammar to describe specific behavior of other declarations. The format of attributes is fairly simple.
999 .. parsed-literal::
1001   *attributes*:
1002     *attribute* *attributes*:sub:`opt`
1004   *attribute*:
1005     '[' *identifier* ']'
1007 Any *identifier* can be used as an attribute, and each declaration specifies what attributes can be applied to it.
1009 Private Module Map Files
1010 ------------------------
1011 Module map files are typically named ``module.modulemap`` and live
1012 either alongside the headers they describe or in a parent directory of
1013 the headers they describe. These module maps typically describe all of
1014 the API for the library.
1016 However, in some cases, the presence or absence of particular headers
1017 is used to distinguish between the "public" and "private" APIs of a
1018 particular library. For example, a library may contain the headers
1019 ``Foo.h`` and ``Foo_Private.h``, providing public and private APIs,
1020 respectively. Additionally, ``Foo_Private.h`` may only be available on
1021 some versions of library, and absent in others. One cannot easily
1022 express this with a single module map file in the library:
1024 .. parsed-literal::
1026   module Foo {
1027     header "Foo.h"
1028     ...
1029   }
1031   module Foo_Private {
1032     header "Foo_Private.h"
1033     ...
1034   }
1037 because the header ``Foo_Private.h`` won't always be available. The
1038 module map file could be customized based on whether
1039 ``Foo_Private.h`` is available or not, but doing so requires custom
1040 build machinery.
1042 Private module map files, which are named ``module.private.modulemap``
1043 (or, for backward compatibility, ``module_private.map``), allow one to
1044 augment the primary module map file with an additional modules. For
1045 example, we would split the module map file above into two module map
1046 files:
1048 .. code-block:: c
1050   /* module.modulemap */
1051   module Foo {
1052     header "Foo.h"
1053   }
1055   /* module.private.modulemap */
1056   module Foo_Private {
1057     header "Foo_Private.h"
1058   }
1061 When a ``module.private.modulemap`` file is found alongside a
1062 ``module.modulemap`` file, it is loaded after the ``module.modulemap``
1063 file. In our example library, the ``module.private.modulemap`` file
1064 would be available when ``Foo_Private.h`` is available, making it
1065 easier to split a library's public and private APIs along header
1066 boundaries.
1068 When writing a private module as part of a *framework*, it's recommended that:
1070 * Headers for this module are present in the ``PrivateHeaders`` framework
1071   subdirectory.
1072 * The private module is defined as a *top level module* with the name of the
1073   public framework prefixed, like ``Foo_Private`` above. Clang has extra logic
1074   to work with this naming, using ``FooPrivate`` or ``Foo.Private`` (submodule)
1075   trigger warnings and might not work as expected.
1077 Modularizing a Platform
1078 =======================
1079 To get any benefit out of modules, one needs to introduce module maps for software libraries starting at the bottom of the stack. This typically means introducing a module map covering the operating system's headers and the C standard library headers (in ``/usr/include``, for a Unix system).
1081 The module maps will be written using the `module map language`_, which provides the tools necessary to describe the mapping between headers and modules. Because the set of headers differs from one system to the next, the module map will likely have to be somewhat customized for, e.g., a particular distribution and version of the operating system. Moreover, the system headers themselves may require some modification, if they exhibit any anti-patterns that break modules. Such common patterns are described below.
1083 **Macro-guarded copy-and-pasted definitions**
1084   System headers vend core types such as ``size_t`` for users. These types are often needed in a number of system headers, and are almost trivial to write. Hence, it is fairly common to see a definition such as the following copy-and-pasted throughout the headers:
1086   .. parsed-literal::
1088     #ifndef _SIZE_T
1089     #define _SIZE_T
1090     typedef __SIZE_TYPE__ size_t;
1091     #endif
1093   Unfortunately, when modules compiles all of the C library headers together into a single module, only the first actual type definition of ``size_t`` will be visible, and then only in the submodule corresponding to the lucky first header. Any other headers that have copy-and-pasted versions of this pattern will *not* have a definition of ``size_t``. Importing the submodule corresponding to one of those headers will therefore not yield ``size_t`` as part of the API, because it wasn't there when the header was parsed. The fix for this problem is either to pull the copied declarations into a common header that gets included everywhere ``size_t`` is part of the API, or to eliminate the ``#ifndef`` and redefine the ``size_t`` type. The latter works for C++ headers and C11, but will cause an error for non-modules C90/C99, where redefinition of ``typedefs`` is not permitted.
1095 **Conflicting definitions**
1096   Different system headers may provide conflicting definitions for various macros, functions, or types. These conflicting definitions don't tend to cause problems in a pre-modules world unless someone happens to include both headers in one translation unit. Since the fix is often simply "don't do that", such problems persist. Modules requires that the conflicting definitions be eliminated or that they be placed in separate modules (the former is generally the better answer).
1098 **Missing includes**
1099   Headers are often missing ``#include`` directives for headers that they actually depend on. As with the problem of conflicting definitions, this only affects unlucky users who don't happen to include headers in the right order. With modules, the headers of a particular module will be parsed in isolation, so the module may fail to build if there are missing includes.
1101 **Headers that vend multiple APIs at different times**
1102   Some systems have headers that contain a number of different kinds of API definitions, only some of which are made available with a given include. For example, the header may vend ``size_t`` only when the macro ``__need_size_t`` is defined before that header is included, and also vend ``wchar_t`` only when the macro ``__need_wchar_t`` is defined. Such headers are often included many times in a single translation unit, and will have no include guards. There is no sane way to map this header to a submodule. One can either eliminate the header (e.g., by splitting it into separate headers, one per actual API) or simply ``exclude`` it in the module map.
1104 To detect and help address some of these problems, the ``clang-tools-extra`` repository contains a ``modularize`` tool that parses a set of given headers and attempts to detect these problems and produce a report. See the tool's in-source documentation for information on how to check your system or library headers.
1106 Future Directions
1107 =================
1108 Modules support is under active development, and there are many opportunities remaining to improve it. Here are a few ideas:
1110 **Detect unused module imports**
1111   Unlike with ``#include`` directives, it should be fairly simple to track whether a directly-imported module has ever been used. By doing so, Clang can emit ``unused import`` or ``unused #include`` diagnostics, including Fix-Its to remove the useless imports/includes.
1113 **Fix-Its for missing imports**
1114   It's fairly common for one to make use of some API while writing code, only to get a compiler error about "unknown type" or "no function named" because the corresponding header has not been included. Clang can detect such cases and auto-import the required module, but should provide a Fix-It to add the import.
1116 **Improve modularize**
1117   The modularize tool is both extremely important (for deployment) and extremely crude. It needs better UI, better detection of problems (especially for C++), and perhaps an assistant mode to help write module maps for you.
1119 Where To Learn More About Modules
1120 =================================
1121 The Clang source code provides additional information about modules:
1123 ``clang/lib/Headers/module.modulemap``
1124   Module map for Clang's compiler-specific header files.
1126 ``clang/test/Modules/``
1127   Tests specifically related to modules functionality.
1129 ``clang/include/clang/Basic/Module.h``
1130   The ``Module`` class in this header describes a module, and is used throughout the compiler to implement modules.
1132 ``clang/include/clang/Lex/ModuleMap.h``
1133   The ``ModuleMap`` class in this header describes the full module map, consisting of all of the module map files that have been parsed, and providing facilities for looking up module maps and mapping between modules and headers (in both directions).
1135 PCHInternals_
1136   Information about the serialized AST format used for precompiled headers and modules. The actual implementation is in the ``clangSerialization`` library.
1138 .. [#] Automatic linking against the libraries of modules requires specific linker support, which is not widely available.
1140 .. [#] There are certain anti-patterns that occur in headers, particularly system headers, that cause problems for modules. The section `Modularizing a Platform`_ describes some of them.
1142 .. [#] The second instance is actually a new thread within the current process, not a separate process. However, the original compiler instance is blocked on the execution of this thread.
1144 .. [#] The preprocessing context in which the modules are parsed is actually dependent on the command-line options provided to the compiler, including the language dialect and any ``-D`` options. However, the compiled modules for different command-line options are kept distinct, and any preprocessor directives that occur within the translation unit are ignored. See the section on the `Configuration macros declaration`_ for more information.
1146 .. _PCHInternals: PCHInternals.html