]> oss.titaniummirror.com Git - msp430-gcc.git/blobdiff - libstdc++-v3/doc/xml/manual/debug_mode.xml
Imported gcc-4.4.3
[msp430-gcc.git] / libstdc++-v3 / doc / xml / manual / debug_mode.xml
diff --git a/libstdc++-v3/doc/xml/manual/debug_mode.xml b/libstdc++-v3/doc/xml/manual/debug_mode.xml
new file mode 100644 (file)
index 0000000..223abcf
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,888 @@
+<?xml version='1.0'?>
+<!DOCTYPE chapter PUBLIC "-//OASIS//DTD DocBook XML V4.5//EN" 
+ "http://www.oasis-open.org/docbook/xml/4.5/docbookx.dtd" 
+[ ]>
+
+<chapter id="manual.ext.debug_mode" xreflabel="Debug Mode">
+<?dbhtml filename="debug_mode.html"?>
+<chapterinfo>
+  <keywordset>
+    <keyword>
+      C++
+    </keyword>
+    <keyword>
+      library
+    </keyword>
+    <keyword>
+      debug
+    </keyword>
+  </keywordset>
+</chapterinfo>
+
+<title>Debug Mode</title>
+
+<sect1 id="manual.ext.debug_mode.intro" xreflabel="Intro">
+  <title>Intro</title>
+  <para>
+    By default, libstdc++ is built with efficiency in mind, and
+    therefore performs little or no error checking that is not
+    required by the C++ standard. This means that programs that
+    incorrectly use the C++ standard library will exhibit behavior
+    that is not portable and may not even be predictable, because they
+    tread into implementation-specific or undefined behavior. To
+    detect some of these errors before they can become problematic,
+    libstdc++ offers a debug mode that provides additional checking of
+    library facilities, and will report errors in the use of libstdc++
+    as soon as they can be detected by emitting a description of the
+    problem to standard error and aborting the program.  This debug
+    mode is available with GCC 3.4.0 and later versions. 
+  </para>
+
+  <para>
+    The libstdc++ debug mode performs checking for many areas of the
+    C++ standard, but the focus is on checking interactions among
+    standard iterators, containers, and algorithms, including:
+  </para>
+
+  <itemizedlist>
+    <listitem><para><emphasis>Safe iterators</emphasis>: Iterators keep track of the
+    container whose elements they reference, so errors such as
+    incrementing a past-the-end iterator or dereferencing an iterator
+    that points to a container that has been destructed are diagnosed
+    immediately.</para></listitem>
+    
+    <listitem><para><emphasis>Algorithm preconditions</emphasis>: Algorithms attempt to
+    validate their input parameters to detect errors as early as
+    possible. For instance, the <code>set_intersection</code>
+    algorithm requires that its iterator
+    parameters <code>first1</code> and <code>last1</code> form a valid
+    iterator range, and that the sequence
+    [<code>first1</code>, <code>last1</code>) is sorted according to
+    the same predicate that was passed
+    to <code>set_intersection</code>; the libstdc++ debug mode will
+    detect an error if the sequence is not sorted or was sorted by a
+    different predicate.</para></listitem>
+  </itemizedlist>
+
+</sect1>
+
+<sect1 id="manual.ext.debug_mode.semantics" xreflabel="Semantics">
+  <title>Semantics</title>
+  <para>
+  </para>
+
+<para>A program that uses the C++ standard library correctly
+  will maintain the same semantics under debug mode as it had with
+  the normal (release) library. All functional and exception-handling
+  guarantees made by the normal library also hold for the debug mode
+  library, with one exception: performance guarantees made by the
+  normal library may not hold in the debug mode library. For
+  instance, erasing an element in a <code>std::list</code> is a
+  constant-time operation in normal library, but in debug mode it is
+  linear in the number of iterators that reference that particular
+  list. So while your (correct) program won't change its results, it 
+  is likely to execute more slowly.</para>
+
+<para>libstdc++ includes many extensions to the C++ standard library. In
+  some cases the extensions are obvious, such as the hashed
+  associative containers, whereas other extensions give predictable
+  results to behavior that would otherwise be undefined, such as
+  throwing an exception when a <code>std::basic_string</code> is
+  constructed from a NULL character pointer. This latter category also
+  includes implementation-defined and unspecified semantics, such as
+  the growth rate of a vector. Use of these extensions is not
+  considered incorrect, so code that relies on them will not be
+  rejected by debug mode. However, use of these extensions may affect
+  the portability of code to other implementations of the C++ standard
+  library, and is therefore somewhat hazardous. For this reason, the
+  libstdc++ debug mode offers a "pedantic" mode (similar to
+  GCC's <code>-pedantic</code> compiler flag) that attempts to emulate
+  the semantics guaranteed by the C++ standard. For
+  instance, constructing a <code>std::basic_string</code> with a NULL
+  character pointer would result in an exception under normal mode or
+  non-pedantic debug mode (this is a libstdc++ extension), whereas
+  under pedantic debug mode libstdc++ would signal an error. To enable
+  the pedantic debug mode, compile your program with
+  both <code>-D_GLIBCXX_DEBUG</code>
+  and <code>-D_GLIBCXX_DEBUG_PEDANTIC</code> .
+  (N.B. In GCC 3.4.x and 4.0.0, due to a bug,
+  <code>-D_GLIBXX_DEBUG_PEDANTIC</code> was also needed. The problem has
+  been fixed in GCC 4.0.1 and later versions.) </para>
+
+<para>The following library components provide extra debugging
+  capabilities in debug mode:</para>
+<itemizedlist>
+  <listitem><para><code>std::basic_string</code> (no safe iterators and see note below)</para></listitem>
+  <listitem><para><code>std::bitset</code></para></listitem>
+  <listitem><para><code>std::deque</code></para></listitem>
+  <listitem><para><code>std::list</code></para></listitem>
+  <listitem><para><code>std::map</code></para></listitem>
+  <listitem><para><code>std::multimap</code></para></listitem>
+  <listitem><para><code>std::multiset</code></para></listitem>
+  <listitem><para><code>std::set</code></para></listitem>
+  <listitem><para><code>std::vector</code></para></listitem>
+  <listitem><para><code>std::unordered_map</code></para></listitem>
+  <listitem><para><code>std::unordered_multimap</code></para></listitem>
+  <listitem><para><code>std::unordered_set</code></para></listitem>
+  <listitem><para><code>std::unordered_multiset</code></para></listitem>
+</itemizedlist>
+
+<para>N.B. although there are precondition checks for some string operations,
+e.g.  <code>operator[]</code>,
+they will not always be run when using the <code>char</code> and
+<code>wchar_t</code> specialisations (<code>std::string</code> and
+<code>std::wstring</code>).  This is because libstdc++ uses GCC's
+<code>extern template</code> extension to provide explicit instantiations
+of <code>std::string</code> and <code>std::wstring</code>, and those
+explicit instantiations don't include the debug-mode checks.  If the
+containing functions are inlined then the checks will run, so compiling
+with <code>-O1</code> might be enough to enable them.  Alternatively
+<code>-D_GLIBCXX_EXTERN_TEMPLATE=0</code> will suppress the declarations
+of the explicit instantiations and cause the functions to be instantiated
+with the debug-mode checks included, but this is unsupported and not
+guaranteed to work.  For full debug-mode support you can use the
+<code>__gnu_debug::basic_string</code> debugging container directly,
+which always works correctly.
+</para>
+
+</sect1>
+
+<sect1 id="manual.ext.debug_mode.using" xreflabel="Using">
+  <title>Using</title>
+  <para>
+  </para>
+<sect2 id="debug_mode.using.mode" xreflabel="Using Mode">
+  <title>Using the Debug Mode</title>
+
+<para>To use the libstdc++ debug mode, compile your application with the
+  compiler flag <code>-D_GLIBCXX_DEBUG</code>. Note that this flag
+  changes the sizes and behavior of standard class templates such
+  as <code>std::vector</code>, and therefore you can only link code
+  compiled with debug mode and code compiled without debug mode if no
+  instantiation of a container is passed between the two translation
+  units.</para>
+
+<para>By default, error messages are formatted to fit on lines of about
+  78 characters.  The environment variable
+  <code>GLIBCXX_DEBUG_MESSAGE_LENGTH</code> can be used to request a
+  different length.</para>
+
+</sect2>
+
+<sect2 id="debug_mode.using.specific" xreflabel="Using Specific">
+  <title>Using a Specific Debug Container</title>
+<para>When it is not feasible to recompile your entire application, or
+  only specific containers need checking, debugging containers are
+  available as GNU extensions. These debugging containers are
+  functionally equivalent to the standard drop-in containers used in
+  debug mode, but they are available in a separate namespace as GNU
+  extensions and may be used in programs compiled with either release
+  mode or with debug mode. The
+  following table provides the names and headers of the debugging
+  containers:
+</para>
+
+<table frame='all'>
+<title>Debugging Containers</title>
+<tgroup cols='6' align='left' colsep='1' rowsep='1'>
+<colspec colname='c1'></colspec>
+<colspec colname='c2'></colspec>
+<colspec colname='c3'></colspec>
+<colspec colname='c4'></colspec>
+
+<thead>
+  <row>
+    <entry>Container</entry>
+    <entry>Header</entry>
+    <entry>Debug container</entry>
+    <entry>Debug header</entry>
+  </row>
+</thead>
+<tbody>
+  <row>
+    <entry><classname>std::bitset</classname></entry>
+    <entry><filename class="headerfile">bitset</filename></entry>
+    <entry><classname>__gnu_debug::bitset</classname></entry>
+    <entry><filename class="headerfile">bitset</filename></entry>
+  </row>
+  <row>
+    <entry><classname>std::deque</classname></entry>
+    <entry><filename class="headerfile">deque</filename></entry>
+    <entry><classname>__gnu_debug::deque</classname></entry>
+    <entry><filename class="headerfile">deque</filename></entry>
+  </row>
+  <row>
+    <entry><classname>std::list</classname></entry>
+    <entry><filename class="headerfile">list</filename></entry>
+    <entry><classname>__gnu_debug::list</classname></entry>
+    <entry><filename class="headerfile">list</filename></entry>
+  </row>
+  <row>
+    <entry><classname>std::map</classname></entry>
+    <entry><filename class="headerfile">map</filename></entry>
+    <entry><classname>__gnu_debug::map</classname></entry>
+    <entry><filename class="headerfile">map</filename></entry>
+  </row>
+  <row>
+    <entry><classname>std::multimap</classname></entry>
+    <entry><filename class="headerfile">map</filename></entry>
+    <entry><classname>__gnu_debug::multimap</classname></entry>
+    <entry><filename class="headerfile">map</filename></entry>
+  </row>
+  <row>
+    <entry><classname>std::multiset</classname></entry>
+    <entry><filename class="headerfile">set</filename></entry>
+    <entry><classname>__gnu_debug::multiset</classname></entry>
+    <entry><filename class="headerfile">set</filename></entry>
+  </row>
+  <row>
+    <entry><classname>std::set</classname></entry>
+    <entry><filename class="headerfile">set</filename></entry>
+    <entry><classname>__gnu_debug::set</classname></entry>
+    <entry><filename class="headerfile">set</filename></entry>
+  </row>
+  <row>
+    <entry><classname>std::string</classname></entry>
+    <entry><filename class="headerfile">string</filename></entry>
+    <entry><classname>__gnu_debug::string</classname></entry>
+    <entry><filename class="headerfile">string</filename></entry>
+  </row>
+  <row>
+    <entry><classname>std::wstring</classname></entry>
+    <entry><filename class="headerfile">string</filename></entry>
+    <entry><classname>__gnu_debug::wstring</classname></entry>
+    <entry><filename class="headerfile">string</filename></entry>
+  </row>
+  <row>
+    <entry><classname>std::basic_string</classname></entry>
+    <entry><filename class="headerfile">string</filename></entry>
+    <entry><classname>__gnu_debug::basic_string</classname></entry>
+    <entry><filename class="headerfile">string</filename></entry>
+  </row>
+  <row>
+    <entry><classname>std::vector</classname></entry>
+    <entry><filename class="headerfile">vector</filename></entry>
+    <entry><classname>__gnu_debug::vector</classname></entry>
+    <entry><filename class="headerfile">vector</filename></entry>
+  </row>
+</tbody>
+</tgroup>
+</table>
+
+<para>In addition, when compiling in C++0x mode, these additional
+containers have additional debug capability.
+</para>
+
+<table frame='all'>
+<title>Debugging Containers C++0x</title>
+<tgroup cols='6' align='left' colsep='1' rowsep='1'>
+<colspec colname='c1'></colspec>
+<colspec colname='c2'></colspec>
+<colspec colname='c3'></colspec>
+<colspec colname='c4'></colspec>
+
+<thead>
+  <row>
+    <entry>Container</entry>
+    <entry>Header</entry>
+    <entry>Debug container</entry>
+    <entry>Debug header</entry>
+  </row>
+</thead>
+<tbody>
+    <row>
+    <entry><classname>std::unordered_map</classname></entry>
+    <entry><filename class="headerfile">unordered_map</filename></entry>
+    <entry><classname>__gnu_debug::unordered_map</classname></entry>
+    <entry><filename class="headerfile">unordered_map</filename></entry>
+  </row>
+  <row>
+    <entry><classname>std::unordered_multimap</classname></entry>
+    <entry><filename class="headerfile">unordered_map</filename></entry>
+    <entry><classname>__gnu_debug::unordered_multimap</classname></entry>
+    <entry><filename class="headerfile">unordered_map</filename></entry>
+  </row>
+  <row>
+    <entry><classname>std::unordered_set</classname></entry>
+    <entry><filename class="headerfile">unordered_set</filename></entry>
+    <entry><classname>__gnu_debug::unordered_set</classname></entry>
+    <entry><filename class="headerfile">unordered_set</filename></entry>
+  </row>
+  <row>
+    <entry><classname>std::unordered_multiset</classname></entry>
+    <entry><filename class="headerfile">unordered_set</filename></entry>
+    <entry><classname>__gnu_debug::unordered_multiset</classname></entry>
+    <entry><filename class="headerfile">unordered_set</filename></entry>
+  </row>
+</tbody>
+</tgroup>
+</table>
+</sect2>
+</sect1>
+
+<sect1 id="manual.ext.debug_mode.design" xreflabel="Design">
+  <title>Design</title>
+  <para>
+  </para>
+  <sect2 id="manual.ext.debug_mode.design.goals" xreflabel="Goals">
+    <title>Goals</title>
+    <para>
+    </para>
+<para> The libstdc++ debug mode replaces unsafe (but efficient) standard
+  containers and iterators with semantically equivalent safe standard
+  containers and iterators to aid in debugging user programs. The
+  following goals directed the design of the libstdc++ debug mode:</para>
+
+  <itemizedlist>
+
+    <listitem><para><emphasis>Correctness</emphasis>: the libstdc++ debug mode must not change
+    the semantics of the standard library for all cases specified in
+    the ANSI/ISO C++ standard. The essence of this constraint is that
+    any valid C++ program should behave in the same manner regardless
+    of whether it is compiled with debug mode or release mode. In
+    particular, entities that are defined in namespace std in release
+    mode should remain defined in namespace std in debug mode, so that
+    legal specializations of namespace std entities will remain
+    valid. A program that is not valid C++ (e.g., invokes undefined
+    behavior) is not required to behave similarly, although the debug
+    mode will abort with a diagnostic when it detects undefined
+    behavior.</para></listitem>
+
+    <listitem><para><emphasis>Performance</emphasis>: the additional of the libstdc++ debug mode
+    must not affect the performance of the library when it is compiled
+    in release mode. Performance of the libstdc++ debug mode is
+    secondary (and, in fact, will be worse than the release
+    mode).</para></listitem>
+
+    <listitem><para><emphasis>Usability</emphasis>: the libstdc++ debug mode should be easy to
+    use. It should be easily incorporated into the user's development
+    environment (e.g., by requiring only a single new compiler switch)
+    and should produce reasonable diagnostics when it detects a
+    problem with the user program. Usability also involves detection
+    of errors when using the debug mode incorrectly, e.g., by linking
+    a release-compiled object against a debug-compiled object if in
+    fact the resulting program will not run correctly.</para></listitem>
+
+    <listitem><para><emphasis>Minimize recompilation</emphasis>: While it is expected that
+    users recompile at least part of their program to use debug
+    mode, the amount of recompilation affects the
+    detect-compile-debug turnaround time. This indirectly affects the
+    usefulness of the debug mode, because debugging some applications
+    may require rebuilding a large amount of code, which may not be
+    feasible when the suspect code may be very localized. There are
+    several levels of conformance to this requirement, each with its
+    own usability and implementation characteristics. In general, the
+    higher-numbered conformance levels are more usable (i.e., require
+    less recompilation) but are more complicated to implement than
+    the lower-numbered conformance levels. 
+      <orderedlist>
+       <listitem><para><emphasis>Full recompilation</emphasis>: The user must recompile his or
+       her entire application and all C++ libraries it depends on,
+       including the C++ standard library that ships with the
+       compiler. This must be done even if only a small part of the
+       program can use debugging features.</para></listitem>
+
+       <listitem><para><emphasis>Full user recompilation</emphasis>: The user must recompile
+       his or her entire application and all C++ libraries it depends
+       on, but not the C++ standard library itself. This must be done
+       even if only a small part of the program can use debugging
+       features. This can be achieved given a full recompilation
+       system by compiling two versions of the standard library when
+       the compiler is installed and linking against the appropriate
+       one, e.g., a multilibs approach.</para></listitem>
+
+       <listitem><para><emphasis>Partial recompilation</emphasis>: The user must recompile the
+       parts of his or her application and the C++ libraries it
+       depends on that will use the debugging facilities
+       directly. This means that any code that uses the debuggable
+       standard containers would need to be recompiled, but code
+       that does not use them (but may, for instance, use IOStreams)
+       would not have to be recompiled.</para></listitem>
+
+       <listitem><para><emphasis>Per-use recompilation</emphasis>: The user must recompile the
+       parts of his or her application and the C++ libraries it
+       depends on where debugging should occur, and any other code
+       that interacts with those containers. This means that a set of
+       translation units that accesses a particular standard
+       container instance may either be compiled in release mode (no
+       checking) or debug mode (full checking), but must all be
+       compiled in the same way; a translation unit that does not see
+       that standard container instance need not be recompiled. This
+       also means that a translation unit <emphasis>A</emphasis> that contains a
+       particular instantiation
+       (say, <code>std::vector&lt;int&gt;</code>) compiled in release
+       mode can be linked against a translation unit <emphasis>B</emphasis> that
+       contains the same instantiation compiled in debug mode (a
+       feature not present with partial recompilation). While this
+       behavior is technically a violation of the One Definition
+       Rule, this ability tends to be very important in
+       practice. The libstdc++ debug mode supports this level of
+       recompilation. </para></listitem>
+
+       <listitem><para><emphasis>Per-unit recompilation</emphasis>: The user must only
+       recompile the translation units where checking should occur,
+       regardless of where debuggable standard containers are
+       used. This has also been dubbed "<code>-g</code> mode",
+       because the <code>-g</code> compiler switch works in this way,
+       emitting debugging information at a per--translation-unit
+       granularity. We believe that this level of recompilation is in
+       fact not possible if we intend to supply safe iterators, leave
+       the program semantics unchanged, and not regress in
+       performance under release mode because we cannot associate
+       extra information with an iterator (to form a safe iterator)
+       without either reserving that space in release mode
+       (performance regression) or allocating extra memory associated
+       with each iterator with <code>new</code> (changes the program
+       semantics).</para></listitem>
+      </orderedlist>
+    </para></listitem>
+  </itemizedlist>
+  </sect2>
+
+  <sect2 id="manual.ext.debug_mode.design.methods" xreflabel="Methods">
+    <title>Methods</title>
+    <para>
+    </para>
+<para>This section provides an overall view of the design of the
+  libstdc++ debug mode and details the relationship between design
+  decisions and the stated design goals.</para>
+
+  <sect3 id="debug_mode.design.methods.wrappers" xreflabel="Method Wrapper">
+    <title>The Wrapper Model</title>
+<para>The libstdc++ debug mode uses a wrapper model where the debugging
+  versions of library components (e.g., iterators and containers) form
+  a layer on top of the release versions of the library
+  components. The debugging components first verify that the operation
+  is correct (aborting with a diagnostic if an error is found) and
+  will then forward to the underlying release-mode container that will
+  perform the actual work. This design decision ensures that we cannot
+  regress release-mode performance (because the release-mode
+  containers are left untouched) and partially enables <ulink url="#mixing">mixing debug and release code</ulink> at link time,
+  although that will not be discussed at this time.</para>
+
+<para>Two types of wrappers are used in the implementation of the debug
+  mode: container wrappers and iterator wrappers. The two types of
+  wrappers interact to maintain relationships between iterators and
+  their associated containers, which are necessary to detect certain
+  types of standard library usage errors such as dereferencing
+  past-the-end iterators or inserting into a container using an
+  iterator from a different container.</para>
+
+  <sect4 id="debug_mode.design.methods.safe_iter" xreflabel="Method Safe Iter">
+    <title>Safe Iterators</title>
+<para>Iterator wrappers provide a debugging layer over any iterator that
+  is attached to a particular container, and will manage the
+  information detailing the iterator's state (singular,
+  dereferenceable, etc.) and tracking the container to which the
+  iterator is attached. Because iterators have a well-defined, common
+  interface the iterator wrapper is implemented with the iterator
+  adaptor class template <code>__gnu_debug::_Safe_iterator</code>,
+  which takes two template parameters:</para>
+
+<itemizedlist>
+  <listitem><para><code>Iterator</code>: The underlying iterator type, which must
+    be either the <code>iterator</code> or <code>const_iterator</code>
+    typedef from the sequence type this iterator can reference.</para></listitem>
+  
+  <listitem><para><code>Sequence</code>: The type of sequence that this iterator
+  references. This sequence must be a safe sequence (discussed below)
+  whose <code>iterator</code> or <code>const_iterator</code> typedef
+  is the type of the safe iterator.</para></listitem>
+</itemizedlist>
+  </sect4>
+
+  <sect4 id="debug_mode.design.methods.safe_seq" xreflabel="Method Safe Seq">
+    <title>Safe Sequences (Containers)</title>
+
+<para>Container wrappers provide a debugging layer over a particular
+  container type. Because containers vary greatly in the member
+  functions they support and the semantics of those member functions
+  (especially in the area of iterator invalidation), container
+  wrappers are tailored to the container they reference, e.g., the
+  debugging version of <code>std::list</code> duplicates the entire
+  interface of <code>std::list</code>, adding additional semantic
+  checks and then forwarding operations to the
+  real <code>std::list</code> (a public base class of the debugging
+  version) as appropriate. However, all safe containers inherit from
+  the class template <code>__gnu_debug::_Safe_sequence</code>,
+  instantiated with the type of the safe container itself (an instance
+  of the curiously recurring template pattern).</para>
+
+<para>The iterators of a container wrapper will be 
+  <ulink url="#safe_iterator">safe iterators</ulink> that reference sequences
+  of this type and wrap the iterators provided by the release-mode
+  base class. The debugging container will use only the safe
+  iterators within its own interface (therefore requiring the user to
+  use safe iterators, although this does not change correct user
+  code) and will communicate with the release-mode base class with
+  only the underlying, unsafe, release-mode iterators that the base
+  class exports.</para>
+
+<para> The debugging version of <code>std::list</code> will have the
+  following basic structure:</para>
+
+<programlisting>
+template&lt;typename _Tp, typename _Allocator = allocator&lt;_Tp&gt;
+  class debug-list :
+    public release-list&lt;_Tp, _Allocator&gt;,
+    public __gnu_debug::_Safe_sequence&lt;debug-list&lt;_Tp, _Allocator&gt; &gt;
+  {
+    typedef release-list&lt;_Tp, _Allocator&gt; _Base;
+    typedef debug-list&lt;_Tp, _Allocator&gt;   _Self;
+
+  public:
+    typedef __gnu_debug::_Safe_iterator&lt;typename _Base::iterator, _Self&gt;       iterator;
+    typedef __gnu_debug::_Safe_iterator&lt;typename _Base::const_iterator, _Self&gt; const_iterator;
+
+    // duplicate std::list interface with debugging semantics
+  };
+</programlisting>
+  </sect4>
+  </sect3>
+
+  <sect3 id="debug_mode.design.methods.precond" xreflabel="Precondition check">
+    <title>Precondition Checking</title>
+<para>The debug mode operates primarily by checking the preconditions of
+  all standard library operations that it supports. Preconditions that
+  are always checked (regardless of whether or not we are in debug
+  mode) are checked via the <code>__check_xxx</code> macros defined
+  and documented in the source
+  file <code>include/debug/debug.h</code>. Preconditions that may or
+  may not be checked, depending on the debug-mode
+  macro <code>_GLIBCXX_DEBUG</code>, are checked via
+  the <code>__requires_xxx</code> macros defined and documented in the
+  same source file. Preconditions are validated using any additional
+  information available at run-time, e.g., the containers that are
+  associated with a particular iterator, the position of the iterator
+  within those containers, the distance between two iterators that may
+  form a valid range, etc. In the absence of suitable information,
+  e.g., an input iterator that is not a safe iterator, these
+  precondition checks will silently succeed.</para>
+
+<para>The majority of precondition checks use the aforementioned macros,
+  which have the secondary benefit of having prewritten debug
+  messages that use information about the current status of the
+  objects involved (e.g., whether an iterator is singular or what
+  sequence it is attached to) along with some static information
+  (e.g., the names of the function parameters corresponding to the
+  objects involved). When not using these macros, the debug mode uses
+  either the debug-mode assertion
+  macro <code>_GLIBCXX_DEBUG_ASSERT</code> , its pedantic
+  cousin <code>_GLIBCXX_DEBUG_PEDASSERT</code>, or the assertion
+  check macro that supports more advance formulation of error
+  messages, <code>_GLIBCXX_DEBUG_VERIFY</code>. These macros are
+  documented more thoroughly in the debug mode source code.</para>
+  </sect3>
+
+  <sect3 id="debug_mode.design.methods.coexistence" xreflabel="Coexistence">
+    <title>Release- and debug-mode coexistence</title>
+<para>The libstdc++ debug mode is the first debug mode we know of that
+  is able to provide the "Per-use recompilation" (4) guarantee, that
+  allows release-compiled and debug-compiled code to be linked and
+  executed together without causing unpredictable behavior. This
+  guarantee minimizes the recompilation that users are required to
+  perform, shortening the detect-compile-debug bug hunting cycle
+  and making the debug mode easier to incorporate into development
+  environments by minimizing dependencies.</para>
+
+<para>Achieving link- and run-time coexistence is not a trivial
+  implementation task. To achieve this goal we required a small
+  extension to the GNU C++ compiler (described in the GCC Manual for
+  C++ Extensions, see <ulink url="http://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/Strong-Using.html">strong
+  using</ulink>), and a complex organization of debug- and
+  release-modes. The end result is that we have achieved per-use
+  recompilation but have had to give up some checking of the
+  <code>std::basic_string</code> class template (namely, safe
+  iterators).
+</para>
+
+ <sect4 id="methods.coexistence.compile" xreflabel="Compile">
+   <title>Compile-time coexistence of release- and debug-mode components</title>
+
+<para>Both the release-mode components and the debug-mode
+  components need to exist within a single translation unit so that
+  the debug versions can wrap the release versions. However, only one
+  of these components should be user-visible at any particular
+  time with the standard name, e.g., <code>std::list</code>. </para>
+
+<para>In release mode, we define only the release-mode version of the
+  component with its standard name and do not include the debugging
+  component at all. The release mode version is defined within the
+  namespace <code>std</code>. Minus the namespace associations, this
+  method leaves the behavior of release mode completely unchanged from
+  its behavior prior to the introduction of the libstdc++ debug
+  mode. Here's an example of what this ends up looking like, in
+  C++.</para>
+
+<programlisting>
+namespace std
+{
+  template&lt;typename _Tp, typename _Alloc = allocator&lt;_Tp&gt; &gt;
+    class list
+    {
+      // ...
+     };
+} // namespace std
+</programlisting>
+  
+<para>In debug mode we include the release-mode container (which is now
+defined in in the namespace <code>__norm</code>) and also the
+debug-mode container. The debug-mode container is defined within the
+namespace <code>__debug</code>, which is associated with namespace
+<code>std</code> via the GNU namespace association extension.  This
+method allows the debug and release versions of the same component to
+coexist at compile-time and link-time without causing an unreasonable
+maintenance burden, while minimizing confusion. Again, this boils down
+to C++ code as follows:</para>
+
+<programlisting>
+namespace std
+{
+  namespace __norm
+  {
+    template&lt;typename _Tp, typename _Alloc = allocator&lt;_Tp&gt; &gt;
+      class list
+      {
+        // ...
+      };
+  } // namespace __gnu_norm
+
+  namespace __debug
+  {
+    template&lt;typename _Tp, typename _Alloc = allocator&lt;_Tp&gt; &gt;
+      class list
+      : public __norm::list&lt;_Tp, _Alloc&gt;,
+        public __gnu_debug::_Safe_sequence&lt;list&lt;_Tp, _Alloc&gt; &gt;
+      {
+        // ...
+      };
+  } // namespace __norm
+
+  using namespace __debug __attribute__ ((strong));
+}
+</programlisting>
+ </sect4>
+
+ <sect4 id="methods.coexistence.link" xreflabel="Link">
+   <title>Link- and run-time coexistence of release- and
+    debug-mode components</title>
+
+<para>Because each component has a distinct and separate release and
+debug implementation, there are are no issues with link-time
+coexistence: the separate namespaces result in different mangled
+names, and thus unique linkage.</para>
+
+<para>However, components that are defined and used within the C++
+standard library itself face additional constraints. For instance,
+some of the member functions of <code> std::moneypunct</code> return
+<code>std::basic_string</code>. Normally, this is not a problem, but
+with a mixed mode standard library that could be using either
+debug-mode or release-mode <code> basic_string</code> objects, things
+get more complicated.  As the return value of a function is not
+encoded into the mangled name, there is no way to specify a
+release-mode or a debug-mode string. In practice, this results in
+runtime errors. A simplified example of this problem is as follows.
+</para>
+
+<para> Take this translation unit, compiled in debug-mode: </para>
+<programlisting>
+// -D_GLIBCXX_DEBUG
+#include &lt;string&gt;
+
+std::string test02();
+std::string test01()
+{
+  return test02();
+}
+int main()
+{
+  test01();
+  return 0;
+}
+</programlisting>
+
+<para> ... and linked to this translation unit, compiled in release mode:</para>
+
+<programlisting>
+#include &lt;string&gt;
+std::string
+test02()
+{
+  return std::string("toast");
+}
+</programlisting>
+
+<para> For this reason we cannot easily provide safe iterators for
+  the <code>std::basic_string</code> class template, as it is present
+  throughout the C++ standard library. For instance, locale facets
+  define typedefs that include <code>basic_string</code>: in a mixed
+  debug/release program, should that typedef be based on the
+  debug-mode <code>basic_string</code> or the
+  release-mode <code>basic_string</code>? While the answer could be
+  "both", and the difference hidden via renaming a la the
+  debug/release containers, we must note two things about locale
+  facets:</para>
+
+<orderedlist>
+  <listitem><para>They exist as shared state: one can create a facet in one
+  translation unit and access the facet via the same type name in a
+  different translation unit. This means that we cannot have two
+  different versions of locale facets, because the types would not be
+  the same across debug/release-mode translation unit barriers.</para></listitem>
+
+  <listitem><para>They have virtual functions returning strings: these functions
+  mangle in the same way regardless of the mangling of their return
+  types (see above), and their precise signatures can be relied upon
+  by users because they may be overridden in derived classes.</para></listitem>
+</orderedlist>
+
+<para>With the design of libstdc++ debug mode, we cannot effectively hide
+  the differences between debug and release-mode strings from the
+  user. Failure to hide the differences may result in unpredictable
+  behavior, and for this reason we have opted to only
+  perform <code>basic_string</code> changes that do not require ABI
+  changes. The effect on users is expected to be minimal, as there are
+  simple alternatives (e.g., <code>__gnu_debug::basic_string</code>),
+  and the usability benefit we gain from the ability to mix debug- and
+  release-compiled translation units is enormous.</para>
+ </sect4>
+
+ <sect4 id="methods.coexistence.alt" xreflabel="Alternatives">
+<title>Alternatives for Coexistence</title>
+
+<para>The coexistence scheme above was chosen over many alternatives,
+  including language-only solutions and solutions that also required
+  extensions to the C++ front end. The following is a partial list of
+  solutions, with justifications for our rejection of each.</para>
+
+<itemizedlist>
+  <listitem><para><emphasis>Completely separate debug/release libraries</emphasis>: This is by
+  far the simplest implementation option, where we do not allow any
+  coexistence of debug- and release-compiled translation units in a
+  program. This solution has an extreme negative affect on usability,
+  because it is quite likely that some libraries an application
+  depends on cannot be recompiled easily. This would not meet
+  our <emphasis>usability</emphasis> or <emphasis>minimize recompilation</emphasis> criteria
+  well.</para></listitem>
+
+  <listitem><para><emphasis>Add a <code>Debug</code> boolean template parameter</emphasis>:
+  Partial specialization could be used to select the debug
+  implementation when <code>Debug == true</code>, and the state
+  of <code>_GLIBCXX_DEBUG</code> could decide whether the
+  default <code>Debug</code> argument is <code>true</code>
+  or <code>false</code>. This option would break conformance with the
+  C++ standard in both debug <emphasis>and</emphasis> release modes. This would
+  not meet our <emphasis>correctness</emphasis> criteria. </para></listitem>
+
+  <listitem><para><emphasis>Packaging a debug flag in the allocators</emphasis>: We could
+    reuse the <code>Allocator</code> template parameter of containers
+    by adding a sentinel wrapper <code>debug&lt;&gt;</code> that
+    signals the user's intention to use debugging, and pick up
+    the <code>debug&lt;&gt;</code> allocator wrapper in a partial
+    specialization. However, this has two drawbacks: first, there is a
+    conformance issue because the default allocator would not be the
+    standard-specified <code>std::allocator&lt;T&gt;</code>. Secondly
+    (and more importantly), users that specify allocators instead of
+    implicitly using the default allocator would not get debugging
+    containers. Thus this solution fails the <emphasis>correctness</emphasis>
+    criteria.</para></listitem>
+
+  <listitem><para><emphasis>Define debug containers in another namespace, and employ
+      a <code>using</code> declaration (or directive)</emphasis>: This is an
+      enticing option, because it would eliminate the need for
+      the <code>link_name</code> extension by aliasing the
+      templates. However, there is no true template aliasing mechanism
+      is C++, because both <code>using</code> directives and using
+      declarations disallow specialization. This method fails
+      the <emphasis>correctness</emphasis> criteria.</para></listitem>
+
+  <listitem><para><emphasis> Use implementation-specific properties of anonymous
+    namespaces. </emphasis>
+    See <ulink url="http://gcc.gnu.org/ml/libstdc++/2003-08/msg00004.html"> this post
+    </ulink>
+    This method fails the <emphasis>correctness</emphasis> criteria.</para></listitem>
+
+  <listitem><para><emphasis>Extension: allow reopening on namespaces</emphasis>: This would
+    allow the debug mode to effectively alias the
+    namespace <code>std</code> to an internal namespace, such
+    as <code>__gnu_std_debug</code>, so that it is completely
+    separate from the release-mode <code>std</code> namespace. While
+    this will solve some renaming problems and ensure that
+    debug- and release-compiled code cannot be mixed unsafely, it ensures that
+    debug- and release-compiled code cannot be mixed at all. For
+    instance, the program would have two <code>std::cout</code>
+    objects! This solution would fails the <emphasis>minimize
+    recompilation</emphasis> requirement, because we would only be able to
+    support option (1) or (2).</para></listitem>
+
+  <listitem><para><emphasis>Extension: use link name</emphasis>: This option involves
+    complicated re-naming between debug-mode and release-mode
+    components at compile time, and then a g++ extension called <emphasis>
+    link name </emphasis> to recover the original names at link time. There
+    are two drawbacks to this approach. One, it's very verbose,
+    relying on macro renaming at compile time and several levels of
+    include ordering. Two, ODR issues remained with container member
+    functions taking no arguments in mixed-mode settings resulting in
+    equivalent link names, <code> vector::push_back() </code> being
+    one example. 
+    See <ulink url="http://gcc.gnu.org/ml/libstdc++/2003-08/msg00177.html">link
+    name</ulink> </para></listitem>
+</itemizedlist>
+
+<para>Other options may exist for implementing the debug mode, many of
+  which have probably been considered and others that may still be
+  lurking. This list may be expanded over time to include other
+  options that we could have implemented, but in all cases the full
+  ramifications of the approach (as measured against the design goals
+  for a libstdc++ debug mode) should be considered first. The DejaGNU
+  testsuite includes some testcases that check for known problems with
+  some solutions (e.g., the <code>using</code> declaration solution
+  that breaks user specialization), and additional testcases will be
+  added as we are able to identify other typical problem cases. These
+  test cases will serve as a benchmark by which we can compare debug
+  mode implementations.</para>
+ </sect4>
+  </sect3>
+  </sect2>  
+
+  <sect2 id="manual.ext.debug_mode.design.other" xreflabel="Other">
+    <title>Other Implementations</title>
+    <para>
+    </para>
+<para> There are several existing implementations of debug modes for C++
+  standard library implementations, although none of them directly
+  supports debugging for programs using libstdc++. The existing
+  implementations include:</para>
+<itemizedlist>
+  <listitem><para><ulink url="http://www.mathcs.sjsu.edu/faculty/horstman/safestl.html">SafeSTL</ulink>:
+  SafeSTL was the original debugging version of the Standard Template
+  Library (STL), implemented by Cay S. Horstmann on top of the
+  Hewlett-Packard STL. Though it inspired much work in this area, it
+  has not been kept up-to-date for use with modern compilers or C++
+  standard library implementations.</para></listitem>
+
+  <listitem><para><ulink url="http://www.stlport.org/">STLport</ulink>: STLport is a free
+  implementation of the C++ standard library derived from the <ulink url="http://www.sgi.com/tech/stl/">SGI implementation</ulink>, and
+  ported to many other platforms. It includes a debug mode that uses a
+  wrapper model (that in some way inspired the libstdc++ debug mode
+  design), although at the time of this writing the debug mode is
+  somewhat incomplete and meets only the "Full user recompilation" (2)
+  recompilation guarantee by requiring the user to link against a
+  different library in debug mode vs. release mode.</para></listitem>
+
+  <listitem><para><ulink url="http://www.metrowerks.com/mw/default.htm">Metrowerks
+  CodeWarrior</ulink>: The C++ standard library that ships with Metrowerks
+  CodeWarrior includes a debug mode. It is a full debug-mode
+  implementation (including debugging for CodeWarrior extensions) and
+  is easy to use, although it meets only the "Full recompilation" (1)
+  recompilation guarantee.</para></listitem>
+</itemizedlist>
+
+  </sect2>  
+</sect1>
+
+</chapter>