]> rtime.felk.cvut.cz Git - l4.git/blob - l4/pkg/libstdc++-v3/contrib/libstdc++-v3-4.4/doc/html/manual/source_design_notes.html
update
[l4.git] / l4 / pkg / libstdc++-v3 / contrib / libstdc++-v3-4.4 / doc / html / manual / source_design_notes.html
1 <?xml version="1.0" encoding="UTF-8" standalone="no"?>
2 <!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD XHTML 1.0 Transitional//EN" "http://www.w3.org/TR/xhtml1/DTD/xhtml1-transitional.dtd">
3 <html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml"><head><meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=UTF-8" /><title>Design Notes</title><meta name="generator" content="DocBook XSL Stylesheets V1.74.0" /><meta name="keywords" content="&#10;      ISO C++&#10;    , &#10;      library&#10;    " /><link rel="home" href="../spine.html" title="The GNU C++ Library Documentation" /><link rel="up" href="appendix_contributing.html" title="Appendix A.  Contributing" /><link rel="prev" href="documentation_style.html" title="Documentation Style" /><link rel="next" href="appendix_porting.html" title="Appendix B.  Porting and Maintenance" /></head><body><div class="navheader"><table width="100%" summary="Navigation header"><tr><th colspan="3" align="center">Design Notes</th></tr><tr><td width="20%" align="left"><a accesskey="p" href="documentation_style.html">Prev</a> </td><th width="60%" align="center">Appendix A. 
4   Contributing
5   
6 </th><td width="20%" align="right"> <a accesskey="n" href="appendix_porting.html">Next</a></td></tr></table><hr /></div><div class="sect1" lang="en" xml:lang="en"><div class="titlepage"><div><div><h2 class="title" style="clear: both"><a id="contrib.design_notes"></a>Design Notes</h2></div></div></div><p>
7   </p><div class="literallayout"><p><br />
8 <br />
9     The Library<br />
10     -----------<br />
11 <br />
12     This paper is covers two major areas:<br />
13 <br />
14     - Features and policies not mentioned in the standard that<br />
15     the quality of the library implementation depends on, including<br />
16     extensions and "implementation-defined" features;<br />
17 <br />
18     - Plans for required but unimplemented library features and<br />
19     optimizations to them.<br />
20 <br />
21     Overhead<br />
22     --------<br />
23 <br />
24     The standard defines a large library, much larger than the standard<br />
25     C library. A naive implementation would suffer substantial overhead<br />
26     in compile time, executable size, and speed, rendering it unusable<br />
27     in many (particularly embedded) applications. The alternative demands<br />
28     care in construction, and some compiler support, but there is no<br />
29     need for library subsets.<br />
30 <br />
31     What are the sources of this overhead?  There are four main causes:<br />
32 <br />
33     - The library is specified almost entirely as templates, which<br />
34     with current compilers must be included in-line, resulting in<br />
35     very slow builds as tens or hundreds of thousands of lines<br />
36     of function definitions are read for each user source file.<br />
37     Indeed, the entire SGI STL, as well as the dos Reis valarray,<br />
38     are provided purely as header files, largely for simplicity in<br />
39     porting. Iostream/locale is (or will be) as large again.<br />
40 <br />
41     - The library is very flexible, specifying a multitude of hooks<br />
42     where users can insert their own code in place of defaults.<br />
43     When these hooks are not used, any time and code expended to<br />
44     support that flexibility is wasted.<br />
45 <br />
46     - Templates are often described as causing to "code bloat". In<br />
47     practice, this refers (when it refers to anything real) to several<br />
48     independent processes. First, when a class template is manually<br />
49     instantiated in its entirely, current compilers place the definitions<br />
50     for all members in a single object file, so that a program linking<br />
51     to one member gets definitions of all. Second, template functions<br />
52     which do not actually depend on the template argument are, under<br />
53     current compilers, generated anew for each instantiation, rather<br />
54     than being shared with other instantiations. Third, some of the<br />
55     flexibility mentioned above comes from virtual functions (both in<br />
56     regular classes and template classes) which current linkers add<br />
57     to the executable file even when they manifestly cannot be called.<br />
58 <br />
59     - The library is specified to use a language feature, exceptions,<br />
60     which in the current gcc compiler ABI imposes a run time and<br />
61     code space cost to handle the possibility of exceptions even when<br />
62     they are not used. Under the new ABI (accessed with -fnew-abi),<br />
63     there is a space overhead and a small reduction in code efficiency<br />
64     resulting from lost optimization opportunities associated with<br />
65     non-local branches associated with exceptions.<br />
66 <br />
67     What can be done to eliminate this overhead?  A variety of coding<br />
68     techniques, and compiler, linker and library improvements and<br />
69     extensions may be used, as covered below. Most are not difficult,<br />
70     and some are already implemented in varying degrees.<br />
71 <br />
72     Overhead: Compilation Time<br />
73     --------------------------<br />
74 <br />
75     Providing "ready-instantiated" template code in object code archives<br />
76     allows us to avoid generating and optimizing template instantiations<br />
77     in each compilation unit which uses them. However, the number of such<br />
78     instantiations that are useful to provide is limited, and anyway this<br />
79     is not enough, by itself, to minimize compilation time. In particular,<br />
80     it does not reduce time spent parsing conforming headers.<br />
81 <br />
82     Quicker header parsing will depend on library extensions and compiler<br />
83     improvements.  One approach is some variation on the techniques<br />
84     previously marketed as "pre-compiled headers", now standardized as<br />
85     support for the "export" keyword. "Exported" template definitions<br />
86     can be placed (once) in a "repository" -- really just a library, but<br />
87     of template definitions rather than object code -- to be drawn upon<br />
88     at link time when an instantiation is needed, rather than placed in<br />
89     header files to be parsed along with every compilation unit.<br />
90 <br />
91     Until "export" is implemented we can put some of the lengthy template<br />
92     definitions in #if guards or alternative headers so that users can skip<br />
93     over the full definitions when they need only the ready-instantiated<br />
94     specializations.<br />
95 <br />
96     To be precise, this means that certain headers which define<br />
97     templates which users normally use only for certain arguments<br />
98     can be instrumented to avoid exposing the template definitions<br />
99     to the compiler unless a macro is defined. For example, in<br />
100     &lt;string&gt;, we might have:<br />
101 <br />
102     template &lt;class _CharT, ... &gt; class basic_string {<br />
103     ... // member declarations<br />
104     };<br />
105     ... // operator declarations<br />
106 <br />
107     #ifdef _STRICT_ISO_<br />
108     # if _G_NO_TEMPLATE_EXPORT<br />
109     #   include &lt;bits/std_locale.h&gt;  // headers needed by definitions<br />
110     #   ...<br />
111     #   include &lt;bits/string.tcc&gt;  // member and global template definitions.<br />
112     # endif<br />
113     #endif<br />
114 <br />
115     Users who compile without specifying a strict-ISO-conforming flag<br />
116     would not see many of the template definitions they now see, and rely<br />
117     instead on ready-instantiated specializations in the library. This<br />
118     technique would be useful for the following substantial components:<br />
119     string, locale/iostreams, valarray. It would *not* be useful or<br />
120     usable with the following: containers, algorithms, iterators,<br />
121     allocator. Since these constitute a large (though decreasing)<br />
122     fraction of the library, the benefit the technique offers is<br />
123     limited.<br />
124 <br />
125     The language specifies the semantics of the "export" keyword, but<br />
126     the gcc compiler does not yet support it. When it does, problems<br />
127     with large template inclusions can largely disappear, given some<br />
128     minor library reorganization, along with the need for the apparatus<br />
129     described above.<br />
130 <br />
131     Overhead: Flexibility Cost<br />
132     --------------------------<br />
133 <br />
134     The library offers many places where users can specify operations<br />
135     to be performed by the library in place of defaults. Sometimes<br />
136     this seems to require that the library use a more-roundabout, and<br />
137     possibly slower, way to accomplish the default requirements than<br />
138     would be used otherwise.<br />
139 <br />
140     The primary protection against this overhead is thorough compiler<br />
141     optimization, to crush out layers of inline function interfaces.<br />
142     Kuck &amp; Associates has demonstrated the practicality of this kind<br />
143     of optimization.<br />
144 <br />
145     The second line of defense against this overhead is explicit<br />
146     specialization. By defining helper function templates, and writing<br />
147     specialized code for the default case, overhead can be eliminated<br />
148     for that case without sacrificing flexibility. This takes full<br />
149     advantage of any ability of the optimizer to crush out degenerate<br />
150     code.<br />
151 <br />
152     The library specifies many virtual functions which current linkers<br />
153     load even when they cannot be called. Some minor improvements to the<br />
154     compiler and to ld would eliminate any such overhead by simply<br />
155     omitting virtual functions that the complete program does not call.<br />
156     A prototype of this work has already been done. For targets where<br />
157     GNU ld is not used, a "pre-linker" could do the same job.<br />
158 <br />
159     The main areas in the standard interface where user flexibility<br />
160     can result in overhead are:<br />
161 <br />
162     - Allocators:  Containers are specified to use user-definable<br />
163     allocator types and objects, making tuning for the container<br />
164     characteristics tricky.<br />
165 <br />
166     - Locales: the standard specifies locale objects used to implement<br />
167     iostream operations, involving many virtual functions which use<br />
168     streambuf iterators.<br />
169 <br />
170     - Algorithms and containers: these may be instantiated on any type,<br />
171     frequently duplicating code for identical operations.<br />
172 <br />
173     - Iostreams and strings: users are permitted to use these on their<br />
174     own types, and specify the operations the stream must use on these<br />
175     types.<br />
176 <br />
177     Note that these sources of overhead are _avoidable_. The techniques<br />
178     to avoid them are covered below.<br />
179 <br />
180     Code Bloat<br />
181     ----------<br />
182 <br />
183     In the SGI STL, and in some other headers, many of the templates<br />
184     are defined "inline" -- either explicitly or by their placement<br />
185     in class definitions -- which should not be inline. This is a<br />
186     source of code bloat. Matt had remarked that he was relying on<br />
187     the compiler to recognize what was too big to benefit from inlining,<br />
188     and generate it out-of-line automatically. However, this also can<br />
189     result in code bloat except where the linker can eliminate the extra<br />
190     copies.<br />
191 <br />
192     Fixing these cases will require an audit of all inline functions<br />
193     defined in the library to determine which merit inlining, and moving<br />
194     the rest out of line. This is an issue mainly in chapters 23, 25, and<br />
195     27. Of course it can be done incrementally, and we should generally<br />
196     accept patches that move large functions out of line and into ".tcc"<br />
197     files, which can later be pulled into a repository. Compiler/linker<br />
198     improvements to recognize very large inline functions and move them<br />
199     out-of-line, but shared among compilation units, could make this<br />
200     work unnecessary.<br />
201 <br />
202     Pre-instantiating template specializations currently produces large<br />
203     amounts of dead code which bloats statically linked programs. The<br />
204     current state of the static library, libstdc++.a, is intolerable on<br />
205     this account, and will fuel further confused speculation about a need<br />
206     for a library "subset". A compiler improvement that treats each<br />
207     instantiated function as a separate object file, for linking purposes,<br />
208     would be one solution to this problem. An alternative would be to<br />
209     split up the manual instantiation files into dozens upon dozens of<br />
210     little files, each compiled separately, but an abortive attempt at<br />
211     this was done for &lt;string&gt; and, though it is far from complete, it<br />
212     is already a nuisance. A better interim solution (just until we have<br />
213     "export") is badly needed.<br />
214 <br />
215     When building a shared library, the current compiler/linker cannot<br />
216     automatically generate the instantiations needed. This creates a<br />
217     miserable situation; it means any time something is changed in the<br />
218     library, before a shared library can be built someone must manually<br />
219     copy the declarations of all templates that are needed by other parts<br />
220     of the library to an "instantiation" file, and add it to the build<br />
221     system to be compiled and linked to the library. This process is<br />
222     readily automated, and should be automated as soon as possible.<br />
223     Users building their own shared libraries experience identical<br />
224     frustrations.<br />
225 <br />
226     Sharing common aspects of template definitions among instantiations<br />
227     can radically reduce code bloat. The compiler could help a great<br />
228     deal here by recognizing when a function depends on nothing about<br />
229     a template parameter, or only on its size, and giving the resulting<br />
230     function a link-name "equate" that allows it to be shared with other<br />
231     instantiations. Implementation code could take advantage of the<br />
232     capability by factoring out code that does not depend on the template<br />
233     argument into separate functions to be merged by the compiler.<br />
234 <br />
235     Until such a compiler optimization is implemented, much can be done<br />
236     manually (if tediously) in this direction. One such optimization is<br />
237     to derive class templates from non-template classes, and move as much<br />
238     implementation as possible into the base class. Another is to partial-<br />
239     specialize certain common instantiations, such as vector&lt;T*&gt;, to share<br />
240     code for instantiations on all types T. While these techniques work,<br />
241     they are far from the complete solution that a compiler improvement<br />
242     would afford.<br />
243 <br />
244     Overhead: Expensive Language Features<br />
245     -------------------------------------<br />
246 <br />
247     The main "expensive" language feature used in the standard library<br />
248     is exception support, which requires compiling in cleanup code with<br />
249     static table data to locate it, and linking in library code to use<br />
250     the table. For small embedded programs the amount of such library<br />
251     code and table data is assumed by some to be excessive. Under the<br />
252     "new" ABI this perception is generally exaggerated, although in some<br />
253     cases it may actually be excessive.<br />
254 <br />
255     To implement a library which does not use exceptions directly is<br />
256     not difficult given minor compiler support (to "turn off" exceptions<br />
257     and ignore exception constructs), and results in no great library<br />
258     maintenance difficulties. To be precise, given "-fno-exceptions",<br />
259     the compiler should treat "try" blocks as ordinary blocks, and<br />
260     "catch" blocks as dead code to ignore or eliminate. Compiler<br />
261     support is not strictly necessary, except in the case of "function<br />
262     try blocks"; otherwise the following macros almost suffice:<br />
263 <br />
264     #define throw(X)<br />
265     #define try      if (true)<br />
266     #define catch(X) else if (false)<br />
267 <br />
268     However, there may be a need to use function try blocks in the<br />
269     library implementation, and use of macros in this way can make<br />
270     correct diagnostics impossible. Furthermore, use of this scheme<br />
271     would require the library to call a function to re-throw exceptions<br />
272     from a try block. Implementing the above semantics in the compiler<br />
273     is preferable.<br />
274 <br />
275     Given the support above (however implemented) it only remains to<br />
276     replace code that "throws" with a call to a well-documented "handler"<br />
277     function in a separate compilation unit which may be replaced by<br />
278     the user. The main source of exceptions that would be difficult<br />
279     for users to avoid is memory allocation failures, but users can<br />
280     define their own memory allocation primitives that never throw.<br />
281     Otherwise, the complete list of such handlers, and which library<br />
282     functions may call them, would be needed for users to be able to<br />
283     implement the necessary substitutes. (Fortunately, they have the<br />
284     source code.)<br />
285 <br />
286     Opportunities<br />
287     -------------<br />
288 <br />
289     The template capabilities of C++ offer enormous opportunities for<br />
290     optimizing common library operations, well beyond what would be<br />
291     considered "eliminating overhead". In particular, many operations<br />
292     done in Glibc with macros that depend on proprietary language<br />
293     extensions can be implemented in pristine Standard C++. For example,<br />
294     the chapter 25 algorithms, and even C library functions such as strchr,<br />
295     can be specialized for the case of static arrays of known (small) size.<br />
296 <br />
297     Detailed optimization opportunities are identified below where<br />
298     the component where they would appear is discussed. Of course new<br />
299     opportunities will be identified during implementation.<br />
300 <br />
301     Unimplemented Required Library Features<br />
302     ---------------------------------------<br />
303 <br />
304     The standard specifies hundreds of components, grouped broadly by<br />
305     chapter. These are listed in excruciating detail in the CHECKLIST<br />
306     file.<br />
307 <br />
308     17 general<br />
309     18 support<br />
310     19 diagnostics<br />
311     20 utilities<br />
312     21 string<br />
313     22 locale<br />
314     23 containers<br />
315     24 iterators<br />
316     25 algorithms<br />
317     26 numerics<br />
318     27 iostreams<br />
319     Annex D  backward compatibility<br />
320 <br />
321     Anyone participating in implementation of the library should obtain<br />
322     a copy of the standard, ISO 14882.  People in the U.S. can obtain an<br />
323     electronic copy for US$18 from ANSI's web site. Those from other<br />
324     countries should visit http://www.iso.ch/ to find out the location<br />
325     of their country's representation in ISO, in order to know who can<br />
326     sell them a copy.<br />
327 <br />
328     The emphasis in the following sections is on unimplemented features<br />
329     and optimization opportunities.<br />
330 <br />
331     Chapter 17  General<br />
332     -------------------<br />
333 <br />
334     Chapter 17 concerns overall library requirements.<br />
335 <br />
336     The standard doesn't mention threads. A multi-thread (MT) extension<br />
337     primarily affects operators new and delete (18), allocator (20),<br />
338     string (21), locale (22), and iostreams (27). The common underlying<br />
339     support needed for this is discussed under chapter 20.<br />
340 <br />
341     The standard requirements on names from the C headers create a<br />
342     lot of work, mostly done. Names in the C headers must be visible<br />
343     in the std:: and sometimes the global namespace; the names in the<br />
344     two scopes must refer to the same object. More stringent is that<br />
345     Koenig lookup implies that any types specified as defined in std::<br />
346     really are defined in std::. Names optionally implemented as<br />
347     macros in C cannot be macros in C++. (An overview may be read at<br />
348     &lt;http://www.cantrip.org/cheaders.html&gt;). The scripts "inclosure"<br />
349     and "mkcshadow", and the directories shadow/ and cshadow/, are the<br />
350     beginning of an effort to conform in this area.<br />
351 <br />
352     A correct conforming definition of C header names based on underlying<br />
353     C library headers, and practical linking of conforming namespaced<br />
354     customer code with third-party C libraries depends ultimately on<br />
355     an ABI change, allowing namespaced C type names to be mangled into<br />
356     type names as if they were global, somewhat as C function names in a<br />
357     namespace, or C++ global variable names, are left unmangled. Perhaps<br />
358     another "extern" mode, such as 'extern "C-global"' would be an<br />
359     appropriate place for such type definitions. Such a type would<br />
360     affect mangling as follows:<br />
361 <br />
362     namespace A {<br />
363     struct X {};<br />
364     extern "C-global" {  // or maybe just 'extern "C"'<br />
365     struct Y {};<br />
366     };<br />
367     }<br />
368     void f(A::X*);  // mangles to f__FPQ21A1X<br />
369     void f(A::Y*);  // mangles to f__FP1Y<br />
370 <br />
371     (It may be that this is really the appropriate semantics for regular<br />
372     'extern "C"', and 'extern "C-global"', as an extension, would not be<br />
373     necessary.) This would allow functions declared in non-standard C headers<br />
374     (and thus fixable by neither us nor users) to link properly with functions<br />
375     declared using C types defined in properly-namespaced headers. The<br />
376     problem this solves is that C headers (which C++ programmers do persist<br />
377     in using) frequently forward-declare C struct tags without including<br />
378     the header where the type is defined, as in<br />
379 <br />
380     struct tm;<br />
381     void munge(tm*);<br />
382 <br />
383     Without some compiler accommodation, munge cannot be called by correct<br />
384     C++ code using a pointer to a correctly-scoped tm* value.<br />
385 <br />
386     The current C headers use the preprocessor extension "#include_next",<br />
387     which the compiler complains about when run "-pedantic".<br />
388     (Incidentally, it appears that "-fpedantic" is currently ignored,<br />
389     probably a bug.)  The solution in the C compiler is to use<br />
390     "-isystem" rather than "-I", but unfortunately in g++ this seems<br />
391     also to wrap the whole header in an 'extern "C"' block, so it's<br />
392     unusable for C++ headers. The correct solution appears to be to<br />
393     allow the various special include-directory options, if not given<br />
394     an argument, to affect subsequent include-directory options additively,<br />
395     so that if one said<br />
396 <br />
397     -pedantic -iprefix $(prefix) \<br />
398     -idirafter -ino-pedantic -ino-extern-c -iwithprefix -I g++-v3 \<br />
399     -iwithprefix -I g++-v3/ext<br />
400 <br />
401     the compiler would search $(prefix)/g++-v3 and not report<br />
402     pedantic warnings for files found there, but treat files in<br />
403     $(prefix)/g++-v3/ext pedantically. (The undocumented semantics<br />
404     of "-isystem" in g++ stink. Can they be rescinded?  If not it<br />
405     must be replaced with something more rationally behaved.)<br />
406 <br />
407     All the C headers need the treatment above; in the standard these<br />
408     headers are mentioned in various chapters. Below, I have only<br />
409     mentioned those that present interesting implementation issues.<br />
410 <br />
411     The components identified as "mostly complete", below, have not been<br />
412     audited for conformance. In many cases where the library passes<br />
413     conformance tests we have non-conforming extensions that must be<br />
414     wrapped in #if guards for "pedantic" use, and in some cases renamed<br />
415     in a conforming way for continued use in the implementation regardless<br />
416     of conformance flags.<br />
417 <br />
418     The STL portion of the library still depends on a header<br />
419     stl/bits/stl_config.h full of #ifdef clauses. This apparatus<br />
420     should be replaced with autoconf/automake machinery.<br />
421 <br />
422     The SGI STL defines a type_traits&lt;&gt; template, specialized for<br />
423     many types in their code including the built-in numeric and<br />
424     pointer types and some library types, to direct optimizations of<br />
425     standard functions. The SGI compiler has been extended to generate<br />
426     specializations of this template automatically for user types,<br />
427     so that use of STL templates on user types can take advantage of<br />
428     these optimizations. Specializations for other, non-STL, types<br />
429     would make more optimizations possible, but extending the gcc<br />
430     compiler in the same way would be much better. Probably the next<br />
431     round of standardization will ratify this, but probably with<br />
432     changes, so it probably should be renamed to place it in the<br />
433     implementation namespace.<br />
434 <br />
435     The SGI STL also defines a large number of extensions visible in<br />
436     standard headers. (Other extensions that appear in separate headers<br />
437     have been sequestered in subdirectories ext/ and backward/.)  All<br />
438     these extensions should be moved to other headers where possible,<br />
439     and in any case wrapped in a namespace (not std!), and (where kept<br />
440     in a standard header) girded about with macro guards. Some cannot be<br />
441     moved out of standard headers because they are used to implement<br />
442     standard features.  The canonical method for accommodating these<br />
443     is to use a protected name, aliased in macro guards to a user-space<br />
444     name. Unfortunately C++ offers no satisfactory template typedef<br />
445     mechanism, so very ad-hoc and unsatisfactory aliasing must be used<br />
446     instead.<br />
447 <br />
448     Implementation of a template typedef mechanism should have the highest<br />
449     priority among possible extensions, on the same level as implementation<br />
450     of the template "export" feature.<br />
451 <br />
452     Chapter 18  Language support<br />
453     ----------------------------<br />
454 <br />
455     Headers: &lt;limits&gt; &lt;new&gt; &lt;typeinfo&gt; &lt;exception&gt;<br />
456     C headers: &lt;cstddef&gt; &lt;climits&gt; &lt;cfloat&gt;  &lt;cstdarg&gt; &lt;csetjmp&gt;<br />
457     &lt;ctime&gt;   &lt;csignal&gt; &lt;cstdlib&gt; (also 21, 25, 26)<br />
458 <br />
459     This defines the built-in exceptions, rtti, numeric_limits&lt;&gt;,<br />
460     operator new and delete. Much of this is provided by the<br />
461     compiler in its static runtime library.<br />
462 <br />
463     Work to do includes defining numeric_limits&lt;&gt; specializations in<br />
464     separate files for all target architectures. Values for integer types<br />
465     except for bool and wchar_t are readily obtained from the C header<br />
466     &lt;limits.h&gt;, but values for the remaining numeric types (bool, wchar_t,<br />
467     float, double, long double) must be entered manually. This is<br />
468     largely dog work except for those members whose values are not<br />
469     easily deduced from available documentation. Also, this involves<br />
470     some work in target configuration to identify the correct choice of<br />
471     file to build against and to install.<br />
472 <br />
473     The definitions of the various operators new and delete must be<br />
474     made thread-safe, which depends on a portable exclusion mechanism,<br />
475     discussed under chapter 20.  Of course there is always plenty of<br />
476     room for improvements to the speed of operators new and delete.<br />
477 <br />
478     &lt;cstdarg&gt;, in Glibc, defines some macros that gcc does not allow to<br />
479     be wrapped into an inline function. Probably this header will demand<br />
480     attention whenever a new target is chosen. The functions atexit(),<br />
481     exit(), and abort() in cstdlib have different semantics in C++, so<br />
482     must be re-implemented for C++.<br />
483 <br />
484     Chapter 19  Diagnostics<br />
485     -----------------------<br />
486 <br />
487     Headers: &lt;stdexcept&gt;<br />
488     C headers: &lt;cassert&gt; &lt;cerrno&gt;<br />
489 <br />
490     This defines the standard exception objects, which are "mostly complete".<br />
491     Cygnus has a version, and now SGI provides a slightly different one.<br />
492     It makes little difference which we use.<br />
493 <br />
494     The C global name "errno", which C allows to be a variable or a macro,<br />
495     is required in C++ to be a macro. For MT it must typically result in<br />
496     a function call.<br />
497 <br />
498     Chapter 20  Utilities<br />
499     ---------------------<br />
500     Headers: &lt;utility&gt; &lt;functional&gt; &lt;memory&gt;<br />
501     C header: &lt;ctime&gt; (also in 18)<br />
502 <br />
503     SGI STL provides "mostly complete" versions of all the components<br />
504     defined in this chapter. However, the auto_ptr&lt;&gt; implementation<br />
505     is known to be wrong. Furthermore, the standard definition of it<br />
506     is known to be unimplementable as written. A minor change to the<br />
507     standard would fix it, and auto_ptr&lt;&gt; should be adjusted to match.<br />
508 <br />
509     Multi-threading affects the allocator implementation, and there must<br />
510     be configuration/installation choices for different users' MT<br />
511     requirements. Anyway, users will want to tune allocator options<br />
512     to support different target conditions, MT or no.<br />
513 <br />
514     The primitives used for MT implementation should be exposed, as an<br />
515     extension, for users' own work. We need cross-CPU "mutex" support,<br />
516     multi-processor shared-memory atomic integer operations, and single-<br />
517     processor uninterruptible integer operations, and all three configurable<br />
518     to be stubbed out for non-MT use, or to use an appropriately-loaded<br />
519     dynamic library for the actual runtime environment, or statically<br />
520     compiled in for cases where the target architecture is known.<br />
521 <br />
522     Chapter 21  String<br />
523     ------------------<br />
524     Headers: &lt;string&gt;<br />
525     C headers: &lt;cctype&gt; &lt;cwctype&gt; &lt;cstring&gt; &lt;cwchar&gt; (also in 27)<br />
526     &lt;cstdlib&gt; (also in 18, 25, 26)<br />
527 <br />
528     We have "mostly-complete" char_traits&lt;&gt; implementations. Many of the<br />
529     char_traits&lt;char&gt; operations might be optimized further using existing<br />
530     proprietary language extensions.<br />
531 <br />
532     We have a "mostly-complete" basic_string&lt;&gt; implementation. The work<br />
533     to manually instantiate char and wchar_t specializations in object<br />
534     files to improve link-time behavior is extremely unsatisfactory,<br />
535     literally tripling library-build time with no commensurate improvement<br />
536     in static program link sizes. It must be redone. (Similar work is<br />
537     needed for some components in chapters 22 and 27.)<br />
538 <br />
539     Other work needed for strings is MT-safety, as discussed under the<br />
540     chapter 20 heading.<br />
541 <br />
542     The standard C type mbstate_t from &lt;cwchar&gt; and used in char_traits&lt;&gt;<br />
543     must be different in C++ than in C, because in C++ the default constructor<br />
544     value mbstate_t() must be the "base" or "ground" sequence state.<br />
545     (According to the likely resolution of a recently raised Core issue,<br />
546     this may become unnecessary. However, there are other reasons to<br />
547     use a state type not as limited as whatever the C library provides.)<br />
548     If we might want to provide conversions from (e.g.) internally-<br />
549     represented EUC-wide to externally-represented Unicode, or vice-<br />
550     versa, the mbstate_t we choose will need to be more accommodating<br />
551     than what might be provided by an underlying C library.<br />
552 <br />
553     There remain some basic_string template-member functions which do<br />
554     not overload properly with their non-template brethren. The infamous<br />
555     hack akin to what was done in vector&lt;&gt; is needed, to conform to<br />
556     23.1.1 para 10. The CHECKLIST items for basic_string marked 'X',<br />
557     or incomplete, are so marked for this reason.<br />
558 <br />
559     Replacing the string iterators, which currently are simple character<br />
560     pointers, with class objects would greatly increase the safety of the<br />
561     client interface, and also permit a "debug" mode in which range,<br />
562     ownership, and validity are rigorously checked. The current use of<br />
563     raw pointers as string iterators is evil. vector&lt;&gt; iterators need the<br />
564     same treatment. Note that the current implementation freely mixes<br />
565     pointers and iterators, and that must be fixed before safer iterators<br />
566     can be introduced.<br />
567 <br />
568     Some of the functions in &lt;cstring&gt; are different from the C version.<br />
569     generally overloaded on const and non-const argument pointers. For<br />
570     example, in &lt;cstring&gt; strchr is overloaded. The functions isupper<br />
571     etc. in &lt;cctype&gt; typically implemented as macros in C are functions<br />
572     in C++, because they are overloaded with others of the same name<br />
573     defined in &lt;locale&gt;.<br />
574 <br />
575     Many of the functions required in &lt;cwctype&gt; and &lt;cwchar&gt; cannot be<br />
576     implemented using underlying C facilities on intended targets because<br />
577     such facilities only partly exist.<br />
578 <br />
579     Chapter 22  Locale<br />
580     ------------------<br />
581     Headers: &lt;locale&gt;<br />
582     C headers: &lt;clocale&gt;<br />
583 <br />
584     We have a "mostly complete" class locale, with the exception of<br />
585     code for constructing, and handling the names of, named locales.<br />
586     The ways that locales are named (particularly when categories<br />
587     (e.g. LC_TIME, LC_COLLATE) are different) varies among all target<br />
588     environments. This code must be written in various versions and<br />
589     chosen by configuration parameters.<br />
590 <br />
591     Members of many of the facets defined in &lt;locale&gt; are stubs. Generally,<br />
592     there are two sets of facets: the base class facets (which are supposed<br />
593     to implement the "C" locale) and the "byname" facets, which are supposed<br />
594     to read files to determine their behavior. The base ctype&lt;&gt;, collate&lt;&gt;,<br />
595     and numpunct&lt;&gt; facets are "mostly complete", except that the table of<br />
596     bitmask values used for "is" operations, and corresponding mask values,<br />
597     are still defined in libio and just included/linked. (We will need to<br />
598     implement these tables independently, soon, but should take advantage<br />
599     of libio where possible.)  The num_put&lt;&gt;::put members for integer types<br />
600     are "mostly complete".<br />
601 <br />
602     A complete list of what has and has not been implemented may be<br />
603     found in CHECKLIST. However, note that the current definition of<br />
604     codecvt&lt;wchar_t,char,mbstate_t&gt; is wrong. It should simply write<br />
605     out the raw bytes representing the wide characters, rather than<br />
606     trying to convert each to a corresponding single "char" value.<br />
607 <br />
608     Some of the facets are more important than others. Specifically,<br />
609     the members of ctype&lt;&gt;, numpunct&lt;&gt;, num_put&lt;&gt;, and num_get&lt;&gt; facets<br />
610     are used by other library facilities defined in &lt;string&gt;, &lt;istream&gt;,<br />
611     and &lt;ostream&gt;, and the codecvt&lt;&gt; facet is used by basic_filebuf&lt;&gt;<br />
612     in &lt;fstream&gt;, so a conforming iostream implementation depends on<br />
613     these.<br />
614 <br />
615     The "long long" type eventually must be supported, but code mentioning<br />
616     it should be wrapped in #if guards to allow pedantic-mode compiling.<br />
617 <br />
618     Performance of num_put&lt;&gt; and num_get&lt;&gt; depend critically on<br />
619     caching computed values in ios_base objects, and on extensions<br />
620     to the interface with streambufs.<br />
621 <br />
622     Specifically: retrieving a copy of the locale object, extracting<br />
623     the needed facets, and gathering data from them, for each call to<br />
624     (e.g.) operator&lt;&lt; would be prohibitively slow.  To cache format<br />
625     data for use by num_put&lt;&gt; and num_get&lt;&gt; we have a _Format_cache&lt;&gt;<br />
626     object stored in the ios_base::pword() array. This is constructed<br />
627     and initialized lazily, and is organized purely for utility. It<br />
628     is discarded when a new locale with different facets is imbued.<br />
629 <br />
630     Using only the public interfaces of the iterator arguments to the<br />
631     facet functions would limit performance by forbidding "vector-style"<br />
632     character operations. The streambuf iterator optimizations are<br />
633     described under chapter 24, but facets can also bypass the streambuf<br />
634     iterators via explicit specializations and operate directly on the<br />
635     streambufs, and use extended interfaces to get direct access to the<br />
636     streambuf internal buffer arrays. These extensions are mentioned<br />
637     under chapter 27. These optimizations are particularly important<br />
638     for input parsing.<br />
639 <br />
640     Unused virtual members of locale facets can be omitted, as mentioned<br />
641     above, by a smart linker.<br />
642 <br />
643     Chapter 23  Containers<br />
644     ----------------------<br />
645     Headers: &lt;deque&gt; &lt;list&gt; &lt;queue&gt; &lt;stack&gt; &lt;vector&gt; &lt;map&gt; &lt;set&gt; &lt;bitset&gt;<br />
646 <br />
647     All the components in chapter 23 are implemented in the SGI STL.<br />
648     They are "mostly complete"; they include a large number of<br />
649     nonconforming extensions which must be wrapped. Some of these<br />
650     are used internally and must be renamed or duplicated.<br />
651 <br />
652     The SGI components are optimized for large-memory environments. For<br />
653     embedded targets, different criteria might be more appropriate. Users<br />
654     will want to be able to tune this behavior. We should provide<br />
655     ways for users to compile the library with different memory usage<br />
656     characteristics.<br />
657 <br />
658     A lot more work is needed on factoring out common code from different<br />
659     specializations to reduce code size here and in chapter 25. The<br />
660     easiest fix for this would be a compiler/ABI improvement that allows<br />
661     the compiler to recognize when a specialization depends only on the<br />
662     size (or other gross quality) of a template argument, and allow the<br />
663     linker to share the code with similar specializations. In its<br />
664     absence, many of the algorithms and containers can be partial-<br />
665     specialized, at least for the case of pointers, but this only solves<br />
666     a small part of the problem. Use of a type_traits-style template<br />
667     allows a few more optimization opportunities, more if the compiler<br />
668     can generate the specializations automatically.<br />
669 <br />
670     As an optimization, containers can specialize on the default allocator<br />
671     and bypass it, or take advantage of details of its implementation<br />
672     after it has been improved upon.<br />
673 <br />
674     Replacing the vector iterators, which currently are simple element<br />
675     pointers, with class objects would greatly increase the safety of the<br />
676     client interface, and also permit a "debug" mode in which range,<br />
677     ownership, and validity are rigorously checked. The current use of<br />
678     pointers for iterators is evil.<br />
679 <br />
680     As mentioned for chapter 24, the deque iterator is a good example of<br />
681     an opportunity to implement a "staged" iterator that would benefit<br />
682     from specializations of some algorithms.<br />
683 <br />
684     Chapter 24  Iterators<br />
685     ---------------------<br />
686     Headers: &lt;iterator&gt;<br />
687 <br />
688     Standard iterators are "mostly complete", with the exception of<br />
689     the stream iterators, which are not yet templatized on the<br />
690     stream type. Also, the base class template iterator&lt;&gt; appears<br />
691     to be wrong, so everything derived from it must also be wrong,<br />
692     currently.<br />
693 <br />
694     The streambuf iterators (currently located in stl/bits/std_iterator.h,<br />
695     but should be under bits/) can be rewritten to take advantage of<br />
696     friendship with the streambuf implementation.<br />
697 <br />
698     Matt Austern has identified opportunities where certain iterator<br />
699     types, particularly including streambuf iterators and deque<br />
700     iterators, have a "two-stage" quality, such that an intermediate<br />
701     limit can be checked much more quickly than the true limit on<br />
702     range operations. If identified with a member of iterator_traits,<br />
703     algorithms may be specialized for this case. Of course the<br />
704     iterators that have this quality can be identified by specializing<br />
705     a traits class.<br />
706 <br />
707     Many of the algorithms must be specialized for the streambuf<br />
708     iterators, to take advantage of block-mode operations, in order<br />
709     to allow iostream/locale operations' performance not to suffer.<br />
710     It may be that they could be treated as staged iterators and<br />
711     take advantage of those optimizations.<br />
712 <br />
713     Chapter 25  Algorithms<br />
714     ----------------------<br />
715     Headers: &lt;algorithm&gt;<br />
716     C headers: &lt;cstdlib&gt; (also in 18, 21, 26))<br />
717 <br />
718     The algorithms are "mostly complete". As mentioned above, they<br />
719     are optimized for speed at the expense of code and data size.<br />
720 <br />
721     Specializations of many of the algorithms for non-STL types would<br />
722     give performance improvements, but we must use great care not to<br />
723     interfere with fragile template overloading semantics for the<br />
724     standard interfaces. Conventionally the standard function template<br />
725     interface is an inline which delegates to a non-standard function<br />
726     which is then overloaded (this is already done in many places in<br />
727     the library). Particularly appealing opportunities for the sake of<br />
728     iostream performance are for copy and find applied to streambuf<br />
729     iterators or (as noted elsewhere) for staged iterators, of which<br />
730     the streambuf iterators are a good example.<br />
731 <br />
732     The bsearch and qsort functions cannot be overloaded properly as<br />
733     required by the standard because gcc does not yet allow overloading<br />
734     on the extern-"C"-ness of a function pointer.<br />
735 <br />
736     Chapter 26  Numerics<br />
737     --------------------<br />
738     Headers: &lt;complex&gt; &lt;valarray&gt; &lt;numeric&gt;<br />
739     C headers: &lt;cmath&gt;, &lt;cstdlib&gt; (also 18, 21, 25)<br />
740 <br />
741     Numeric components: Gabriel dos Reis's valarray, Drepper's complex,<br />
742     and the few algorithms from the STL are "mostly done".  Of course<br />
743     optimization opportunities abound for the numerically literate. It<br />
744     is not clear whether the valarray implementation really conforms<br />
745     fully, in the assumptions it makes about aliasing (and lack thereof)<br />
746     in its arguments.<br />
747 <br />
748     The C div() and ldiv() functions are interesting, because they are the<br />
749     only case where a C library function returns a class object by value.<br />
750     Since the C++ type div_t must be different from the underlying C type<br />
751     (which is in the wrong namespace) the underlying functions div() and<br />
752     ldiv() cannot be re-used efficiently. Fortunately they are trivial to<br />
753     re-implement.<br />
754 <br />
755     Chapter 27  Iostreams<br />
756     ---------------------<br />
757     Headers: &lt;iosfwd&gt; &lt;streambuf&gt; &lt;ios&gt; &lt;ostream&gt; &lt;istream&gt; &lt;iostream&gt;<br />
758     &lt;iomanip&gt; &lt;sstream&gt; &lt;fstream&gt;<br />
759     C headers: &lt;cstdio&gt; &lt;cwchar&gt; (also in 21)<br />
760 <br />
761     Iostream is currently in a very incomplete state. &lt;iosfwd&gt;, &lt;iomanip&gt;,<br />
762     ios_base, and basic_ios&lt;&gt; are "mostly complete". basic_streambuf&lt;&gt; and<br />
763     basic_ostream&lt;&gt; are well along, but basic_istream&lt;&gt; has had little work<br />
764     done. The standard stream objects, &lt;sstream&gt; and &lt;fstream&gt; have been<br />
765     started; basic_filebuf&lt;&gt; "write" functions have been implemented just<br />
766     enough to do "hello, world".<br />
767 <br />
768     Most of the istream and ostream operators &lt;&lt; and &gt;&gt; (with the exception<br />
769     of the op&lt;&lt;(integer) ones) have not been changed to use locale primitives,<br />
770     sentry objects, or char_traits members.<br />
771 <br />
772     All these templates should be manually instantiated for char and<br />
773     wchar_t in a way that links only used members into user programs.<br />
774 <br />
775     Streambuf is fertile ground for optimization extensions. An extended<br />
776     interface giving iterator access to its internal buffer would be very<br />
777     useful for other library components.<br />
778 <br />
779     Iostream operations (primarily operators &lt;&lt; and &gt;&gt;) can take advantage<br />
780     of the case where user code has not specified a locale, and bypass locale<br />
781     operations entirely. The current implementation of op&lt;&lt;/num_put&lt;&gt;::put,<br />
782     for the integer types, demonstrates how they can cache encoding details<br />
783     from the locale on each operation. There is lots more room for<br />
784     optimization in this area.<br />
785 <br />
786     The definition of the relationship between the standard streams<br />
787     cout et al. and stdout et al. requires something like a "stdiobuf".<br />
788     The SGI solution of using double-indirection to actually use a<br />
789     stdio FILE object for buffering is unsatisfactory, because it<br />
790     interferes with peephole loop optimizations.<br />
791 <br />
792     The &lt;sstream&gt; header work has begun. stringbuf can benefit from<br />
793     friendship with basic_string&lt;&gt; and basic_string&lt;&gt;::_Rep to use<br />
794     those objects directly as buffers, and avoid allocating and making<br />
795     copies.<br />
796 <br />
797     The basic_filebuf&lt;&gt; template is a complex beast. It is specified to<br />
798     use the locale facet codecvt&lt;&gt; to translate characters between native<br />
799     files and the locale character encoding. In general this involves<br />
800     two buffers, one of "char" representing the file and another of<br />
801     "char_type", for the stream, with codecvt&lt;&gt; translating. The process<br />
802     is complicated by the variable-length nature of the translation, and<br />
803     the need to seek to corresponding places in the two representations.<br />
804     For the case of basic_filebuf&lt;char&gt;, when no translation is needed,<br />
805     a single buffer suffices. A specialized filebuf can be used to reduce<br />
806     code space overhead when no locale has been imbued. Matt Austern's<br />
807     work at SGI will be useful, perhaps directly as a source of code, or<br />
808     at least as an example to draw on.<br />
809 <br />
810     Filebuf, almost uniquely (cf. operator new), depends heavily on<br />
811     underlying environmental facilities. In current releases iostream<br />
812     depends fairly heavily on libio constant definitions, but it should<br />
813     be made independent.  It also depends on operating system primitives<br />
814     for file operations. There is immense room for optimizations using<br />
815     (e.g.) mmap for reading. The shadow/ directory wraps, besides the<br />
816     standard C headers, the libio.h and unistd.h headers, for use mainly<br />
817     by filebuf. These wrappings have not been completed, though there<br />
818     is scaffolding in place.<br />
819 <br />
820     The encapsulation of certain C header &lt;cstdio&gt; names presents an<br />
821     interesting problem. It is possible to define an inline std::fprintf()<br />
822     implemented in terms of the 'extern "C"' vfprintf(), but there is no<br />
823     standard vfscanf() to use to implement std::fscanf(). It appears that<br />
824     vfscanf but be re-implemented in C++ for targets where no vfscanf<br />
825     extension has been defined. This is interesting in that it seems<br />
826     to be the only significant case in the C library where this kind of<br />
827     rewriting is necessary. (Of course Glibc provides the vfscanf()<br />
828     extension.)  (The functions related to exit() must be rewritten<br />
829     for other reasons.)<br />
830 <br />
831 <br />
832     Annex D<br />
833     -------<br />
834     Headers: &lt;strstream&gt;<br />
835 <br />
836     Annex D defines many non-library features, and many minor<br />
837     modifications to various headers, and a complete header.<br />
838     It is "mostly done", except that the libstdc++-2 &lt;strstream&gt;<br />
839     header has not been adopted into the library, or checked to<br />
840     verify that it matches the draft in those details that were<br />
841     clarified by the committee. Certainly it must at least be<br />
842     moved into the std namespace.<br />
843 <br />
844     We still need to wrap all the deprecated features in #if guards<br />
845     so that pedantic compile modes can detect their use.<br />
846 <br />
847     Nonstandard Extensions<br />
848     ----------------------<br />
849     Headers: &lt;iostream.h&gt; &lt;strstream.h&gt; &lt;hash&gt; &lt;rbtree&gt;<br />
850     &lt;pthread_alloc&gt; &lt;stdiobuf&gt; (etc.)<br />
851 <br />
852     User code has come to depend on a variety of nonstandard components<br />
853     that we must not omit. Much of this code can be adopted from<br />
854     libstdc++-v2 or from the SGI STL. This particularly includes<br />
855     &lt;iostream.h&gt;, &lt;strstream.h&gt;, and various SGI extensions such<br />
856     as &lt;hash_map.h&gt;. Many of these are already placed in the<br />
857     subdirectories ext/ and backward/. (Note that it is better to<br />
858     include them via "&lt;backward/hash_map.h&gt;" or "&lt;ext/hash_map&gt;" than<br />
859     to search the subdirectory itself via a "-I" directive.<br />
860   </p></div></div><div class="navfooter"><hr /><table width="100%" summary="Navigation footer"><tr><td width="40%" align="left"><a accesskey="p" href="documentation_style.html">Prev</a> </td><td width="20%" align="center"><a accesskey="u" href="appendix_contributing.html">Up</a></td><td width="40%" align="right"> <a accesskey="n" href="appendix_porting.html">Next</a></td></tr><tr><td width="40%" align="left" valign="top">Documentation Style </td><td width="20%" align="center"><a accesskey="h" href="../spine.html">Home</a></td><td width="40%" align="right" valign="top"> Appendix B. 
861   Porting and Maintenance
862   
863 </td></tr></table></div></body></html>