[NFC] Trim trailing whitespace in *.rst
[platform/upstream/llvm.git] / clang / docs / Modules.rst
1 =======
2 Modules
3 =======
4
5 .. contents::
6    :local:
7
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):
11
12 .. code-block:: c
13
14   #include <SomeLib.h>
15
16 The implementation is handled separately by linking against the appropriate library. For example, by passing ``-lSomeLib`` to the linker.
17
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.
19
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:
23
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.
34
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.
48
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.
61
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?
71
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:
75
76 .. code-block:: c
77
78   import std.io; // pseudo-code; see below for syntax discussion
79
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:
82
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.
84
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.
86
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.
88
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:
92
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.
94
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.
96
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.
98
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.
100
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.
104
105 Objective-C Import declaration
106 ------------------------------
107 Objective-C provides syntax for importing a module via an *@import declaration*, which imports the named module:
108
109 .. parsed-literal::
110
111   @import std;
112
113 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.,
114
115 .. parsed-literal::
116
117   @import std.io;
118
119 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.
120
121 At present, there is no C or C++ syntax for import declarations. Clang
122 will track the modules proposal in the C++ committee. See the section
123 `Includes as imports`_ to see how modules get imported today.
124
125 Includes as imports
126 -------------------
127 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
128
129 .. code-block:: c
130
131   #include <stdio.h>
132
133 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.
134
135 .. note::
136
137   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.
138
139 While building a module, ``#include_next`` is also supported, with one caveat.
140 The usual behavior of ``#include_next`` is to search for the specified filename
141 in the list of include paths, starting from the path *after* the one
142 in which the current file was found.
143 Because files listed in module maps are not found through include paths, a
144 different strategy is used for ``#include_next`` directives in such files: the
145 list of include paths is searched for the specified header name, to find the
146 first include path that would refer to the current file. ``#include_next`` is
147 interpreted as if the current file had been found in that path.
148 If this search finds a file named by a module map, the ``#include_next``
149 directive is translated into an import, just like for a ``#include``
150 directive.``
151
152 Module maps
153 -----------
154 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.
155
156 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.
157
158 .. note::
159
160   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.
161
162 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.
163
164 Compilation model
165 -----------------
166 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.
167
168 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.
169
170 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.
171
172 Command-line parameters
173 -----------------------
174 ``-fmodules``
175   Enable the modules feature.
176
177 ``-fbuiltin-module-map``
178   Load the Clang builtins module map file. (Equivalent to ``-fmodule-map-file=<resource dir>/include/module.modulemap``)
179
180 ``-fimplicit-module-maps``
181   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.
182
183 ``-fmodules-cache-path=<directory>``
184   Specify the path to the modules cache. If not provided, Clang will select a system-appropriate default.
185
186 ``-fno-autolink``
187   Disable automatic linking against the libraries associated with imported modules.
188
189 ``-fmodules-ignore-macro=macroname``
190   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.
191
192 ``-fmodules-prune-interval=seconds``
193   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.
194
195 ``-fmodules-prune-after=seconds``
196   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.
197
198 ``-module-file-info <module file name>``
199   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.
200
201 ``-fmodules-decluse``
202   Enable checking of module ``use`` declarations.
203
204 ``-fmodule-name=module-id``
205   Consider a source file as a part of the given module.
206
207 ``-fmodule-map-file=<file>``
208   Load the given module map file if a header from its directory or one of its subdirectories is loaded.
209
210 ``-fmodules-search-all``
211   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.
212
213 ``-fno-implicit-modules``
214   All modules used by the build must be specified with ``-fmodule-file``.
215
216 ``-fmodule-file=[<name>=]<file>``
217   Specify the mapping of module names to precompiled module files. If the
218   name is omitted, then the module file is loaded whether actually required
219   or not. If the name is specified, then the mapping is treated as another
220   prebuilt module search mechanism (in addition to ``-fprebuilt-module-path``)
221   and the module is only loaded if required. Note that in this case the
222   specified file also overrides this module's paths that might be embedded
223   in other precompiled module files.
224
225 ``-fprebuilt-module-path=<directory>``
226   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.
227
228 ``-fprebuilt-implicit-modules``
229   Enable prebuilt implicit modules. If a prebuilt module is not found in the
230   prebuilt modules paths (specified via ``-fprebuilt-module-path``), we will
231   look for a matching implicit module in the prebuilt modules paths.
232
233 -cc1 Options
234 ~~~~~~~~~~~~
235
236 ``-fmodules-strict-context-hash``
237   Enables hashing of all compiler options that could impact the semantics of a
238   module in an implicit build. This includes things such as header search paths
239   and diagnostics. Using this option may lead to an excessive number of modules
240   being built if the command line arguments are not homogeneous across your
241   build.
242
243 Using Prebuilt Modules
244 ----------------------
245
246 Below are a few examples illustrating uses of prebuilt modules via the different options.
247
248 First, let's set up files for our examples.
249
250 .. code-block:: c
251
252   /* A.h */
253   #ifdef ENABLE_A
254   void a() {}
255   #endif
256
257 .. code-block:: c
258
259   /* B.h */
260   #include "A.h"
261
262 .. code-block:: c
263
264   /* use.c */
265   #include "B.h"
266   void use() {
267   #ifdef ENABLE_A
268     a();
269   #endif
270   }
271
272 .. code-block:: c
273
274   /* module.modulemap */
275   module A {
276     header "A.h"
277   }
278   module B {
279     header "B.h"
280     export *
281   }
282
283 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``)
284 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``.
285
286 First let us use an explicit mapping from modules to files.
287
288 .. code-block:: sh
289
290   rm -rf prebuilt ; mkdir prebuilt
291   clang -cc1 -emit-module -o prebuilt/A.pcm -fmodules module.modulemap -fmodule-name=A
292   clang -cc1 -emit-module -o prebuilt/B.pcm -fmodules module.modulemap -fmodule-name=B -fmodule-file=A=prebuilt/A.pcm
293   clang -cc1 -emit-obj use.c -fmodules -fmodule-map-file=module.modulemap -fmodule-file=A=prebuilt/A.pcm -fmodule-file=B=prebuilt/B.pcm
294
295 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.
296
297 .. code-block:: sh
298
299   rm -rf prebuilt; mkdir prebuilt
300   clang -cc1 -emit-module -o prebuilt/A.pcm -fmodules module.modulemap -fmodule-name=A
301   clang -cc1 -emit-module -o prebuilt/B.pcm -fmodules module.modulemap -fmodule-name=B -fprebuilt-module-path=prebuilt
302   clang -cc1 -emit-obj use.c -fmodules -fimplicit-module-maps -fprebuilt-module-path=prebuilt
303
304 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.
305
306 .. code-block:: sh
307
308   rm -rf prebuilt ; mkdir prebuilt
309   clang -cc1 -emit-obj use.c -fmodules -fimplicit-module-maps -fmodules-cache-path=prebuilt -fdisable-module-hash
310   ls prebuilt/*.pcm
311   # prebuilt/A.pcm  prebuilt/B.pcm
312
313 Note that with explicit or prebuilt modules, we are responsible for, and should be particularly careful about the compatibility of our modules.
314 Using mismatching compilation options and modules may lead to issues.
315
316 .. code-block:: sh
317
318   clang -cc1 -emit-obj use.c -fmodules -fimplicit-module-maps -fprebuilt-module-path=prebuilt -DENABLE_A
319   # use.c:4:10: warning: implicit declaration of function 'a' is invalid in C99 [-Wimplicit-function-declaration]
320   #   return a(x);
321   #          ^
322   # 1 warning generated.
323
324 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:
325
326 .. code-block:: sh
327
328   rm -rf prebuilt ; mkdir prebuilt ; rm -rf prebuilt_a ; mkdir prebuilt_a
329   clang -cc1 -emit-obj use.c -fmodules -fimplicit-module-maps -fmodules-cache-path=prebuilt -fdisable-module-hash
330   clang -cc1 -emit-obj use.c -fmodules -fimplicit-module-maps -fmodules-cache-path=prebuilt_a -fdisable-module-hash -DENABLE_A
331   clang -cc1 -emit-obj use.c -fmodules -fimplicit-module-maps -fprebuilt-module-path=prebuilt
332   clang -cc1 -emit-obj use.c -fmodules -fimplicit-module-maps -fprebuilt-module-path=prebuilt_a -DENABLE_A
333
334
335 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``.
336
337 .. code-block:: sh
338
339   rm -rf prebuilt; mkdir prebuilt
340   clang -cc1 -emit-obj -o use.o use.c -fmodules -fimplicit-module-maps -fmodules-cache-path=prebuilt
341   clang -cc1 -emit-obj -o use.o use.c -fmodules -fimplicit-module-maps -fmodules-cache-path=prebuilt -DENABLE_A
342   find prebuilt -name "*.pcm"
343   # prebuilt/1AYBIGPM8R2GA/A-3L1K4LUA6O31.pcm
344   # prebuilt/1AYBIGPM8R2GA/B-3L1K4LUA6O31.pcm
345   # prebuilt/VH0YZMF1OIRK/A-3L1K4LUA6O31.pcm
346   # prebuilt/VH0YZMF1OIRK/B-3L1K4LUA6O31.pcm
347   clang -cc1 -emit-obj -o use.o use.c -fmodules -fimplicit-module-maps -fprebuilt-module-path=prebuilt -fprebuilt-implicit-modules
348   clang -cc1 -emit-obj -o use.o use.c -fmodules -fimplicit-module-maps -fprebuilt-module-path=prebuilt -fprebuilt-implicit-modules -DENABLE_A
349
350 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.
351
352 .. code-block:: sh
353
354   clang -cc1 -emit-obj -o use.o use.c -fmodules -fimplicit-module-maps -fprebuilt-module-path=prebuilt -fprebuilt-implicit-modules -fmodules-cache-path=cache
355   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
356   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
357
358 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.
359
360 Module Semantics
361 ================
362
363 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.
364
365 .. note::
366
367   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.
368
369 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.
370
371 .. note::
372
373   Clang currently only performs minimal checking for violations of the One Definition Rule.
374
375 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.
376
377 Macros
378 ------
379
380 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:
381
382 * Each definition and undefinition of a macro is considered to be a distinct entity.
383 * 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.
384 * A ``#define X`` or ``#undef X`` directive *overrides* all definitions of ``X`` that are visible at the point of the directive.
385 * A ``#define`` or ``#undef`` directive is *active* if it is visible and no visible directive overrides it.
386 * 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).
387 * 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.
388
389 For example, suppose:
390
391 * ``<stdio.h>`` defines a macro ``getc`` (and exports its ``#define``)
392 * ``<cstdio>`` imports the ``<stdio.h>`` module and undefines the macro (and exports its ``#undef``)
393
394 The ``#undef`` overrides the ``#define``, and a source file that imports both modules *in any order* will not see ``getc`` defined as a macro.
395
396 Module Map Language
397 ===================
398
399 .. warning::
400
401   The module map language is not currently guaranteed to be stable between major revisions of Clang.
402
403 The module map language describes the mapping from header files to the
404 logical structure of modules. To enable support for using a library as
405 a module, one must write a ``module.modulemap`` file for that library. The
406 ``module.modulemap`` file is placed alongside the header files themselves,
407 and is written in the module map language described below.
408
409 .. note::
410     For compatibility with previous releases, if a module map file named
411     ``module.modulemap`` is not found, Clang will also search for a file named
412     ``module.map``. This behavior is deprecated and we plan to eventually
413     remove it.
414
415 As an example, the module map file for the C standard library might look a bit like this:
416
417 .. parsed-literal::
418
419   module std [system] [extern_c] {
420     module assert {
421       textual header "assert.h"
422       header "bits/assert-decls.h"
423       export *
424     }
425
426     module complex {
427       header "complex.h"
428       export *
429     }
430
431     module ctype {
432       header "ctype.h"
433       export *
434     }
435
436     module errno {
437       header "errno.h"
438       header "sys/errno.h"
439       export *
440     }
441
442     module fenv {
443       header "fenv.h"
444       export *
445     }
446
447     // ...more headers follow...
448   }
449
450 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.
451
452 Lexical structure
453 -----------------
454 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.
455
456 .. parsed-literal::
457
458   ``config_macros`` ``export_as``  ``private``
459   ``conflict``      ``framework``  ``requires``
460   ``exclude``       ``header``     ``textual``
461   ``explicit``      ``link``       ``umbrella``
462   ``extern``        ``module``     ``use``
463   ``export``
464
465 Module map file
466 ---------------
467 A module map file consists of a series of module declarations:
468
469 .. parsed-literal::
470
471   *module-map-file*:
472     *module-declaration**
473
474 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:
475
476 .. parsed-literal::
477
478   *module-id*:
479     *identifier* ('.' *identifier*)*
480
481 Module declaration
482 ------------------
483 A module declaration describes a module, including the headers that contribute to that module, its submodules, and other aspects of the module.
484
485 .. parsed-literal::
486
487   *module-declaration*:
488     ``explicit``:sub:`opt` ``framework``:sub:`opt` ``module`` *module-id* *attributes*:sub:`opt` '{' *module-member** '}'
489     ``extern`` ``module`` *module-id* *string-literal*
490
491 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.
492
493 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.
494
495 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:
496
497 .. parsed-literal::
498
499   Name.framework/
500     Modules/module.modulemap  Module map for the framework
501     Headers/                  Subdirectory containing framework headers
502     PrivateHeaders/           Subdirectory containing framework private headers
503     Frameworks/               Subdirectory containing embedded frameworks
504     Resources/                Subdirectory containing additional resources
505     Name                      Symbolic link to the shared library for the framework
506
507 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.
508
509 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.
510
511 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.
512
513 Modules can have a number of different kinds of members, each of which is described below:
514
515 .. parsed-literal::
516
517   *module-member*:
518     *requires-declaration*
519     *header-declaration*
520     *umbrella-dir-declaration*
521     *submodule-declaration*
522     *export-declaration*
523     *export-as-declaration*
524     *use-declaration*
525     *link-declaration*
526     *config-macros-declaration*
527     *conflict-declaration*
528
529 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.
530
531 Requires declaration
532 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
533 A *requires-declaration* specifies the requirements that an importing translation unit must satisfy to use the module.
534
535 .. parsed-literal::
536
537   *requires-declaration*:
538     ``requires`` *feature-list*
539
540   *feature-list*:
541     *feature* (',' *feature*)*
542
543   *feature*:
544     ``!``:sub:`opt` *identifier*
545
546 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.
547
548 The following features are defined:
549
550 altivec
551   The target supports AltiVec.
552
553 blocks
554   The "blocks" language feature is available.
555
556 coroutines
557   Support for the coroutines TS is available.
558
559 cplusplus
560   C++ support is available.
561
562 cplusplus11
563   C++11 support is available.
564
565 cplusplus14
566   C++14 support is available.
567
568 cplusplus17
569   C++17 support is available.
570
571 c99
572   C99 support is available.
573
574 c11
575   C11 support is available.
576
577 c17
578   C17 support is available.
579
580 freestanding
581   A freestanding environment is available.
582
583 gnuinlineasm
584   GNU inline ASM is available.
585
586 objc
587   Objective-C support is available.
588
589 objc_arc
590   Objective-C Automatic Reference Counting (ARC) is available
591
592 opencl
593   OpenCL is available
594
595 tls
596   Thread local storage is available.
597
598 *target feature*
599   A specific target feature (e.g., ``sse4``, ``avx``, ``neon``) is available.
600
601 *platform/os*
602   A os/platform variant (e.g. ``freebsd``, ``win32``, ``windows``, ``linux``, ``ios``, ``macos``, ``iossimulator``) is available.
603
604 *environment*
605   A environment variant (e.g. ``gnu``, ``gnueabi``, ``android``, ``msvc``) is available.
606
607 **Example:** The ``std`` module can be extended to also include C++ and C++11 headers using a *requires-declaration*:
608
609 .. parsed-literal::
610
611  module std {
612     // C standard library...
613
614     module vector {
615       requires cplusplus
616       header "vector"
617     }
618
619     module type_traits {
620       requires cplusplus11
621       header "type_traits"
622     }
623   }
624
625 Header declaration
626 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~
627 A header declaration specifies that a particular header is associated with the enclosing module.
628
629 .. parsed-literal::
630
631   *header-declaration*:
632     ``private``:sub:`opt` ``textual``:sub:`opt` ``header`` *string-literal* *header-attrs*:sub:`opt`
633     ``umbrella`` ``header`` *string-literal* *header-attrs*:sub:`opt`
634     ``exclude`` ``header`` *string-literal* *header-attrs*:sub:`opt`
635
636   *header-attrs*:
637     '{' *header-attr** '}'
638
639   *header-attr*:
640     ``size`` *integer-literal*
641     ``mtime`` *integer-literal*
642
643 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.
644
645 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.
646
647 .. note::
648     Any headers not included by the umbrella header should have
649     explicit ``header`` declarations. Use the
650     ``-Wincomplete-umbrella`` warning option to ask Clang to complain
651     about headers not covered by the umbrella header or the module map.
652
653 A header with the ``private`` specifier may not be included from outside the module itself.
654
655 A header with the ``textual`` specifier will not be compiled when the module is
656 built, and will be textually included if it is named by a ``#include``
657 directive. However, it is considered to be part of the module for the purpose
658 of checking *use-declaration*\s, and must still be a lexically-valid header
659 file. In the future, we intend to pre-tokenize such headers and include the
660 token sequence within the prebuilt module representation.
661
662 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.
663
664 **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.
665
666 .. parsed-literal::
667
668   module std [system] {
669     textual header "assert.h"
670   }
671
672 A given header shall not be referenced by more than one *header-declaration*.
673
674 Two *header-declaration*\s, or a *header-declaration* and a ``#include``, are
675 considered to refer to the same file if the paths resolve to the same file
676 and the specified *header-attr*\s (if any) match the attributes of that file,
677 even if the file is named differently (for instance, by a relative path or
678 via symlinks).
679
680 .. note::
681     The use of *header-attr*\s avoids the need for Clang to speculatively
682     ``stat`` every header referenced by a module map. It is recommended that
683     *header-attr*\s only be used in machine-generated module maps, to avoid
684     mismatches between attribute values and the corresponding files.
685
686 Umbrella directory declaration
687 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
688 An umbrella directory declaration specifies that all of the headers in the specified directory should be included within the module.
689
690 .. parsed-literal::
691
692   *umbrella-dir-declaration*:
693     ``umbrella`` *string-literal*
694
695 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.
696
697 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.
698
699 .. note::
700
701     Umbrella directories are useful for libraries that have a large number of headers but do not have an umbrella header.
702
703
704 Submodule declaration
705 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
706 Submodule declarations describe modules that are nested within their enclosing module.
707
708 .. parsed-literal::
709
710   *submodule-declaration*:
711     *module-declaration*
712     *inferred-submodule-declaration*
713
714 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.
715
716 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*.
717
718 .. parsed-literal::
719
720   *inferred-submodule-declaration*:
721     ``explicit``:sub:`opt` ``framework``:sub:`opt` ``module`` '*' *attributes*:sub:`opt` '{' *inferred-submodule-member** '}'
722
723   *inferred-submodule-member*:
724     ``export`` '*'
725
726 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).
727
728 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:
729
730 * Have the same name as the header (without the file extension)
731 * Have the ``explicit`` specifier, if the *inferred-submodule-declaration* has the ``explicit`` specifier
732 * Have the ``framework`` specifier, if the
733   *inferred-submodule-declaration* has the ``framework`` specifier
734 * Have the attributes specified by the \ *inferred-submodule-declaration*
735 * Contain a single *header-declaration* naming that header
736 * Contain a single *export-declaration* ``export *``, if the \ *inferred-submodule-declaration* contains the \ *inferred-submodule-member* ``export *``
737
738 **Example:** If the subdirectory "MyLib" contains the headers ``A.h`` and ``B.h``, then the following module map:
739
740 .. parsed-literal::
741
742   module MyLib {
743     umbrella "MyLib"
744     explicit module * {
745       export *
746     }
747   }
748
749 is equivalent to the (more verbose) module map:
750
751 .. parsed-literal::
752
753   module MyLib {
754     explicit module A {
755       header "A.h"
756       export *
757     }
758
759     explicit module B {
760       header "B.h"
761       export *
762     }
763   }
764
765 Export declaration
766 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~
767 An *export-declaration* specifies which imported modules will automatically be re-exported as part of a given module's API.
768
769 .. parsed-literal::
770
771   *export-declaration*:
772     ``export`` *wildcard-module-id*
773
774   *wildcard-module-id*:
775     *identifier*
776     '*'
777     *identifier* '.' *wildcard-module-id*
778
779 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.
780
781 **Example:** In the following example, importing ``MyLib.Derived`` also provides the API for ``MyLib.Base``:
782
783 .. parsed-literal::
784
785   module MyLib {
786     module Base {
787       header "Base.h"
788     }
789
790     module Derived {
791       header "Derived.h"
792       export Base
793     }
794   }
795
796 Note that, if ``Derived.h`` includes ``Base.h``, one can simply use a wildcard export to re-export everything ``Derived.h`` includes:
797
798 .. parsed-literal::
799
800   module MyLib {
801     module Base {
802       header "Base.h"
803     }
804
805     module Derived {
806       header "Derived.h"
807       export *
808     }
809   }
810
811 .. note::
812
813   The wildcard export syntax ``export *`` re-exports all of the
814   modules that were imported in the actual header file. Because
815   ``#include`` directives are automatically mapped to module imports,
816   ``export *`` provides the same transitive-inclusion behavior
817   provided by the C preprocessor, e.g., importing a given module
818   implicitly imports all of the modules on which it depends.
819   Therefore, liberal use of ``export *`` provides excellent backward
820   compatibility for programs that rely on transitive inclusion (i.e.,
821   all of them).
822
823 Re-export Declaration
824 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
825 An *export-as-declaration* specifies that the current module will have
826 its interface re-exported by the named module.
827
828 .. parsed-literal::
829
830   *export-as-declaration*:
831     ``export_as`` *identifier*
832
833 The *export-as-declaration* names the module that the current
834 module will be re-exported through. Only top-level modules
835 can be re-exported, and any given module may only be re-exported
836 through a single module.
837
838 **Example:** In the following example, the module ``MyFrameworkCore``
839 will be re-exported via the module ``MyFramework``:
840
841 .. parsed-literal::
842
843   module MyFrameworkCore {
844     export_as MyFramework
845   }
846
847 Use declaration
848 ~~~~~~~~~~~~~~~
849 A *use-declaration* specifies another module that the current top-level module
850 intends to use. When the option *-fmodules-decluse* is specified, a module can
851 only use other modules that are explicitly specified in this way.
852
853 .. parsed-literal::
854
855   *use-declaration*:
856     ``use`` *module-id*
857
858 **Example:** In the following example, use of A from C is not declared, so will trigger a warning.
859
860 .. parsed-literal::
861
862   module A {
863     header "a.h"
864   }
865
866   module B {
867     header "b.h"
868   }
869
870   module C {
871     header "c.h"
872     use B
873   }
874
875 When compiling a source file that implements a module, use the option
876 ``-fmodule-name=module-id`` to indicate that the source file is logically part
877 of that module.
878
879 The compiler at present only applies restrictions to the module directly being built.
880
881 Link declaration
882 ~~~~~~~~~~~~~~~~
883 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.
884
885 .. parsed-literal::
886
887   *link-declaration*:
888     ``link`` ``framework``:sub:`opt` *string-literal*
889
890 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.
891
892 A *link-declaration* with the ``framework`` specifies that the linker should link against the named framework, e.g., with ``-framework MyFramework``.
893
894 .. note::
895
896   Automatic linking with the ``link`` directive is not yet widely
897   implemented, because it requires support from both the object file
898   format and the linker. The notion is similar to Microsoft Visual
899   Studio's ``#pragma comment(lib...)``.
900
901 Configuration macros declaration
902 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
903 The *config-macros-declaration* specifies the set of configuration macros that have an effect on the API of the enclosing module.
904
905 .. parsed-literal::
906
907   *config-macros-declaration*:
908     ``config_macros`` *attributes*:sub:`opt` *config-macro-list*:sub:`opt`
909
910   *config-macro-list*:
911     *identifier* (',' *identifier*)*
912
913 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.
914
915 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.
916
917 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.
918
919 .. note::
920
921   The ``exhaustive`` attribute implies that any macro definitions
922   for macros not listed as configuration macros should be ignored
923   completely when building the module. As an optimization, the
924   compiler could reduce the number of unique module variants by not
925   considering these non-configuration macros. This optimization is not
926   yet implemented in Clang.
927
928 A translation unit shall not import the same module under different definitions of the configuration macros.
929
930 .. note::
931
932   Clang implements a weak form of this requirement: the definitions
933   used for configuration macros are fixed based on the definitions
934   provided by the command line. If an import occurs and the definition
935   of any configuration macro has changed, the compiler will produce a
936   warning (under the control of ``-Wconfig-macros``).
937
938 **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:
939
940 .. parsed-literal::
941
942   module MyLogger {
943     umbrella header "MyLogger.h"
944     config_macros [exhaustive] NDEBUG
945   }
946
947 Conflict declarations
948 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
949 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.
950
951 .. parsed-literal::
952
953   *conflict-declaration*:
954     ``conflict`` *module-id* ',' *string-literal*
955
956 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.
957
958 The *string-literal* provides a message to be provided as part of the compiler diagnostic when two modules conflict.
959
960 .. note::
961
962   Clang emits a warning (under the control of ``-Wmodule-conflict``)
963   when a module conflict is discovered.
964
965 **Example:**
966
967 .. parsed-literal::
968
969   module Conflicts {
970     explicit module A {
971       header "conflict_a.h"
972       conflict B, "we just don't like B"
973     }
974
975     module B {
976       header "conflict_b.h"
977     }
978   }
979
980
981 Attributes
982 ----------
983 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.
984
985 .. parsed-literal::
986
987   *attributes*:
988     *attribute* *attributes*:sub:`opt`
989
990   *attribute*:
991     '[' *identifier* ']'
992
993 Any *identifier* can be used as an attribute, and each declaration specifies what attributes can be applied to it.
994
995 Private Module Map Files
996 ------------------------
997 Module map files are typically named ``module.modulemap`` and live
998 either alongside the headers they describe or in a parent directory of
999 the headers they describe. These module maps typically describe all of
1000 the API for the library.
1001
1002 However, in some cases, the presence or absence of particular headers
1003 is used to distinguish between the "public" and "private" APIs of a
1004 particular library. For example, a library may contain the headers
1005 ``Foo.h`` and ``Foo_Private.h``, providing public and private APIs,
1006 respectively. Additionally, ``Foo_Private.h`` may only be available on
1007 some versions of library, and absent in others. One cannot easily
1008 express this with a single module map file in the library:
1009
1010 .. parsed-literal::
1011
1012   module Foo {
1013     header "Foo.h"
1014     ...
1015   }
1016
1017   module Foo_Private {
1018     header "Foo_Private.h"
1019     ...
1020   }
1021
1022
1023 because the header ``Foo_Private.h`` won't always be available. The
1024 module map file could be customized based on whether
1025 ``Foo_Private.h`` is available or not, but doing so requires custom
1026 build machinery.
1027
1028 Private module map files, which are named ``module.private.modulemap``
1029 (or, for backward compatibility, ``module_private.map``), allow one to
1030 augment the primary module map file with an additional modules. For
1031 example, we would split the module map file above into two module map
1032 files:
1033
1034 .. code-block:: c
1035
1036   /* module.modulemap */
1037   module Foo {
1038     header "Foo.h"
1039   }
1040
1041   /* module.private.modulemap */
1042   module Foo_Private {
1043     header "Foo_Private.h"
1044   }
1045
1046
1047 When a ``module.private.modulemap`` file is found alongside a
1048 ``module.modulemap`` file, it is loaded after the ``module.modulemap``
1049 file. In our example library, the ``module.private.modulemap`` file
1050 would be available when ``Foo_Private.h`` is available, making it
1051 easier to split a library's public and private APIs along header
1052 boundaries.
1053
1054 When writing a private module as part of a *framework*, it's recommended that:
1055
1056 * Headers for this module are present in the ``PrivateHeaders`` framework
1057   subdirectory.
1058 * The private module is defined as a *top level module* with the name of the
1059   public framework prefixed, like ``Foo_Private`` above. Clang has extra logic
1060   to work with this naming, using ``FooPrivate`` or ``Foo.Private`` (submodule)
1061   trigger warnings and might not work as expected.
1062
1063 Modularizing a Platform
1064 =======================
1065 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).
1066
1067 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.
1068
1069 **Macro-guarded copy-and-pasted definitions**
1070   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:
1071
1072   .. parsed-literal::
1073
1074     #ifndef _SIZE_T
1075     #define _SIZE_T
1076     typedef __SIZE_TYPE__ size_t;
1077     #endif
1078
1079   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.
1080
1081 **Conflicting definitions**
1082   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).
1083
1084 **Missing includes**
1085   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.
1086
1087 **Headers that vend multiple APIs at different times**
1088   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.
1089
1090 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.
1091
1092 Future Directions
1093 =================
1094 Modules support is under active development, and there are many opportunities remaining to improve it. Here are a few ideas:
1095
1096 **Detect unused module imports**
1097   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.
1098
1099 **Fix-Its for missing imports**
1100   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.
1101
1102 **Improve modularize**
1103   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.
1104
1105 Where To Learn More About Modules
1106 =================================
1107 The Clang source code provides additional information about modules:
1108
1109 ``clang/lib/Headers/module.modulemap``
1110   Module map for Clang's compiler-specific header files.
1111
1112 ``clang/test/Modules/``
1113   Tests specifically related to modules functionality.
1114
1115 ``clang/include/clang/Basic/Module.h``
1116   The ``Module`` class in this header describes a module, and is used throughout the compiler to implement modules.
1117
1118 ``clang/include/clang/Lex/ModuleMap.h``
1119   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).
1120
1121 PCHInternals_
1122   Information about the serialized AST format used for precompiled headers and modules. The actual implementation is in the ``clangSerialization`` library.
1123
1124 .. [#] Automatic linking against the libraries of modules requires specific linker support, which is not widely available.
1125
1126 .. [#] 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.
1127
1128 .. [#] 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.
1129
1130 .. [#] 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.
1131
1132 .. _PCHInternals: PCHInternals.html