chiark / gitweb /
Remove `SOD_CAR' from the public interface.
[sod] / doc / concepts.tex
1 %%% -*-latex-*-
2 %%%
3 %%% Conceptual background
4 %%%
5 %%% (c) 2015 Straylight/Edgeware
6 %%%
7
8 %%%----- Licensing notice ---------------------------------------------------
9 %%%
10 %%% This file is part of the Sensible Object Design, an object system for C.
11 %%%
12 %%% SOD is free software; you can redistribute it and/or modify
13 %%% it under the terms of the GNU General Public License as published by
14 %%% the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
15 %%% (at your option) any later version.
16 %%%
17 %%% SOD is distributed in the hope that it will be useful,
18 %%% but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
19 %%% MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
20 %%% GNU General Public License for more details.
21 %%%
22 %%% You should have received a copy of the GNU General Public License
23 %%% along with SOD; if not, write to the Free Software Foundation,
24 %%% Inc., 59 Temple Place - Suite 330, Boston, MA 02111-1307, USA.
25
26 \chapter{Concepts} \label{ch:concepts}
27
28 %%%--------------------------------------------------------------------------
29 \section{Operational model} \label{sec:concepts.model}
30
31 The Sod translator runs as a preprocessor, similar in nature to the
32 traditional Unix \man{lex}{1} and \man{yacc}{1} tools.  The translator reads
33 a \emph{module} file containing class definitions and other information, and
34 writes C~source and header files.  The source files contain function
35 definitions and static tables which are fed directly to a C~compiler; the
36 header files contain declarations for functions and data structures, and are
37 included by source files -- whether hand-written or generated by Sod -- which
38 makes use of the classes defined in the module.
39
40 Sod is not like \Cplusplus: it makes no attempt to `enhance' the C language
41 itself.  Sod module files describe classes, messages, methods, slots, and
42 other kinds of object-system things, and some of these descriptions need to
43 contain C code fragments, but this code is entirely uninterpreted by the Sod
44 translator.\footnote{%
45   As long as a code fragment broadly follows C's lexical rules, and properly
46   matches parentheses, brackets, and braces, the Sod translator will copy it
47   into its output unchanged.  It might, in fact, be some other kind of C-like
48   language, such as Objective~C or \Cplusplus.  Or maybe even
49   Objective~\Cplusplus, because if having an object system is good, then
50   having three must be really awesome.} %
51
52 The Sod translator is not a closed system.  It is written in Common Lisp, and
53 can load extension modules which add new input syntax, output formats, or
54 altered behaviour.  The interface for writing such extensions is described in
55 \xref{p:lisp}.  Extensions can change almost all details of the Sod object
56 system, so the material in this manual must be read with this in mind: this
57 manual describes the base system as provided in the distribution.
58
59 %%%--------------------------------------------------------------------------
60 \section{Modules} \label{sec:concepts.modules}
61
62 A \emph{module} is the top-level syntactic unit of input to the Sod
63 translator.  As described above, given an input module, the translator
64 generates C source and header files.
65
66 A module can \emph{import} other modules.  This makes the type names and
67 classes defined in those other modules available to class definitions in the
68 importing module.  Sod's module system is intentionally very simple.  There
69 are no private declarations or attempts to hide things.
70
71 As well as importing existing modules, a module can include a number of
72 different kinds of \emph{items}:
73 \begin{itemize}
74 \item \emph{class definitions} describe new classes, possibly in terms of
75   existing classes;
76 \item \emph{type name declarations} introduce new type names to Sod's
77   parser;\footnote{%
78     This is unfortunately necessary because C syntax, upon which Sod's input
79     language is based for obvious reasons, needs to treat type names
80     differently from other kinds of identifiers.} %
81   and
82 \item \emph{code fragments} contain literal C code to be dropped into an
83   appropriate place in an output file.
84 \end{itemize}
85 Each kind of item, and, indeed, a module as a whole, can have a collection of
86 \emph{properties} associated with it.  A property has a \emph{name} and a
87 \emph{value}.  Properties are an open-ended way of attaching additional
88 information to module items, so extensions can make use of them without
89 having to implement additional syntax.
90
91 %%%--------------------------------------------------------------------------
92 \section{Classes, instances, and slots} \label{sec:concepts.classes}
93
94 For the most part, Sod takes a fairly traditional view of what it means to be
95 an object system.
96
97 An \emph{object} maintains \emph{state} and exhibits \emph{behaviour}.  An
98 object's state is maintained in named \emph{slots}, each of which can store a
99 C value of an appropriate (scalar or aggregate) type.  An object's behaviour
100 is stimulated by sending it \emph{messages}.  A message has a name, and may
101 carry a number of arguments, which are C values; sending a message may result
102 in the state of receiving object (or other objects) being changed, and a C
103 value being returned to the sender.
104
105 Every object is a (direct) instance of some \emph{class}.  The class
106 determines which slots its instances have, which messages its instances can
107 be sent, and which methods are invoked when those messages are received.  The
108 Sod translator's main job is to read class definitions and convert them into
109 appropriate C declarations, tables, and functions.  An object cannot
110 (usually) change its direct class, and the direct class of an object is not
111 affected by, for example, the static type of a pointer to it.
112
113 \subsection{Superclasses and inheritance}
114 \label{sec:concepts.classes.inherit}
115
116 \subsubsection{Class relationships}
117 Each class has zero or more \emph{direct superclasses}.
118
119 A class with no direct superclasses is called a \emph{root class}.  The Sod
120 runtime library includes a root class named @|SodObject|; making new root
121 classes is somewhat tricky, and won't be discussed further here.
122
123 Classes can have more than one direct superclass, i.e., Sod supports
124 \emph{multiple inheritance}.  A Sod class definition for a class~$C$ lists
125 the direct superclasses of $C$ in a particular order.  This order is called
126 the \emph{local precedence order} of $C$, and the list which consists of $C$
127 follows by $C$'s direct superclasses in local precedence order is called the
128 $C$'s \emph{local precedence list}.
129
130 The multiple inheritance in Sod works similarly to multiple inheritance in
131 Lisp-like languages, such as Common Lisp, EuLisp, Dylan, and Python, which is
132 very different from how multiple inheritance works in \Cplusplus.\footnote{%
133   The latter can be summarized as `badly'.  By default in \Cplusplus, an
134   instance receives an additional copy of superclass's state for each path
135   through the class graph from the instance's direct class to that
136   superclass, though this behaviour can be overridden by declaring
137   superclasses to be @|virtual|.  Also, \Cplusplus\ offers only trivial
138   method combination (\xref{sec:concepts.methods}), leaving programmers to
139   deal with delegation manually and (usually) statically.} %
140
141 If $C$ is a class, then the \emph{superclasses} of $C$ are
142 \begin{itemize}
143 \item $C$ itself, and
144 \item the superclasses of each of $C$'s direct superclasses.
145 \end{itemize}
146 The \emph{proper superclasses} of a class $C$ are the superclasses of $C$
147 except for $C$ itself.  If a class $B$ is a (direct, proper) superclass of
148 $C$, then $C$ is a \emph{(direct, proper) subclass} of $B$.  If $C$ is a root
149 class then the only superclass of $C$ is $C$ itself, and $C$ has no proper
150 superclasses.
151
152 If an object is a direct instance of class~$C$ then the object is also an
153 (indirect) instance of every superclass of $C$.
154
155 If $C$ has a proper superclass $B$, then $B$ is not allowed to have $C$ has a
156 direct superclass.  In different terms, if we construct a graph, whose
157 vertices are classes, and draw an edge from each class to each of its direct
158 superclasses, then this graph must be acyclic.  In yet other terms, the `is a
159 superclass of' relation is a partial order on classes.
160
161 \subsubsection{The class precedence list}
162 This partial order is not quite sufficient for our purposes.  For each class
163 $C$, we shall need to extend it into a total order on $C$'s superclasses.
164 This calculation is called \emph{superclass linearization}, and the result is
165 a \emph{class precedence list}, which lists each of $C$'s superclasses
166 exactly once.  If a superclass $B$ precedes (resp.\ follows) some other
167 superclass $A$ in $C$'s class precedence list, then we say that $B$ is a more
168 (resp.\ less) \emph{specific} superclass of $C$ than $A$ is.
169
170 The superclass linearization algorithm isn't fixed, and extensions to the
171 translator can introduce new linearizations for special effects, but the
172 following properties are expected to hold.
173 \begin{itemize}
174 \item The first class in $C$'s class precedence list is $C$ itself; i.e.,
175   $C$ is always its own most specific superclass.
176 \item If $A$ and $B$ are both superclasses of $C$, and $A$ is a proper
177   superclass of $B$ then $A$ appears after $B$ in $C$'s class precedence
178   list, i.e., $B$ is a more specific superclass of $C$ than $A$ is.
179 \end{itemize}
180 The default linearization algorithm used in Sod is the \emph{C3} algorithm,
181 which has a number of good properties described in~\cite{FIXME:C3}.
182 It works as follows.
183 \begin{itemize}
184 \item A \emph{merge} of some number of input lists is a single list
185   containing each item that is in any of the input lists exactly once, and no
186   other items; if an item $x$ appears before an item $y$ in any input list,
187   then $x$ also appears before $y$ in the merge.  If a collection of lists
188   have no merge then they are said to be \emph{inconsistent}.
189 \item The class precedence list of a class $C$ is a merge of the local
190   precedence list of $C$ together with the class precedence lists of each of
191   $C$'s direct superclasses.
192 \item If there are no such merges, then the definition of $C$ is invalid.
193 \item Suppose that there are multiple candidate merges.  Consider the
194   earliest position in these candidate merges at which they disagree.  The
195   \emph{candidate classes} at this position are the classes appearing at this
196   position in the candidate merges.  Each candidate class must be a
197   superclass of exactly one of $C$'s direct superclasses, since otherwise the
198   candidates would be ordered by their common subclass's class precedence
199   list.  The class precedence list contains, at this position, that candidate
200   class whose subclass appears earliest in $C$'s local precedence order.
201 \end{itemize}
202
203 \subsubsection{Class links and chains}
204 The definition for a class $C$ may distinguish one of its proper superclasses
205 as being the \emph{link superclass} for class $C$.  Not every class need have
206 a link superclass, and the link superclass of a class $C$, if it exists, need
207 not be a direct superclass of $C$.
208
209 Superclass links must obey the following rule: if $C$ is a class, then there
210 must be no three superclasses $X$, $Y$ and~$Z$ of $C$ such that both $Z$ is
211 the link superclass of both $X$ and $Y$.  As a consequence of this rule, the
212 superclasses of $C$ can be partitioned into linear \emph{chains}, such that
213 superclasses $A$ and $B$ are in the same chain if and only if one can trace a
214 path from $A$ to $B$ by following superclass links, or \emph{vice versa}.
215
216 Since a class links only to one of its proper superclasses, the classes in a
217 chain are naturally ordered from most- to least-specific.  The least specific
218 class in a chain is called the \emph{chain head}; the most specific class is
219 the \emph{chain tail}.  Chains are often named after their chain head
220 classes.
221
222 \subsection{Names}
223 \label{sec:concepts.classes.names}
224
225 Classes have a number of other attributes:
226 \begin{itemize}
227 \item A \emph{name}, which is a C identifier.  Class names must be globally
228   unique.  The class name is used in the names of a number of associated
229   definitions, to be described later.
230 \item A \emph{nickname}, which is also a C identifier.  Unlike names,
231   nicknames are not required to be globally unique.  If $C$ is any class,
232   then all the superclasses of $C$ must have distinct nicknames.
233 \end{itemize}
234
235 \subsection{Slots} \label{sec:concepts.classes.slots}
236
237 Each class defines a number of \emph{slots}.  Much like a structure member, a
238 slot has a \emph{name}, which is a C identifier, and a \emph{type}.  Unlike
239 many other object systems, different superclasses of a class $C$ can define
240 slots with the same name without ambiguity, since slot references are always
241 qualified by the defining class's nickname.
242
243 \subsubsection{Slot initializers}
244 As well as defining slot names and types, a class can also associate an
245 \emph{initial value} with each slot defined by itself or one of its
246 subclasses.  A class $C$ provides an \emph{initialization function} (see
247 \xref{sec:concepts.classes.c}, and \xref{sec:structures.root.sodclass}) which
248 sets the slots of a \emph{direct} instance of the class to the correct
249 initial values.  If several of $C$'s superclasses define initializers for the
250 same slot then the initializer from the most specific such class is used.  If
251 none of $C$'s superclasses define an initializer for some slot then that slot
252 will not be initialized.
253
254 The initializer for a slot with scalar type may be any C expression.  The
255 initializer for a slot with aggregate type must contain only constant
256 expressions if the generated code is expected to be processed by a
257 implementation of C89.  Initializers will be evaluated once each time an
258 instance is initialized.
259
260 \subsection{C language integration} \label{sec:concepts.classes.c}
261
262 For each class~$C$, the Sod translator defines a C type, the \emph{class
263 type}, with the same name.  This is the usual type used when considering an
264 object as an instance of class~$C$.  No entire object will normally have a
265 class type,\footnote{%
266   In general, a class type only captures the structure of one of the
267   superclass chains of an instance.  A full instance layout contains multiple
268   chains.  See \xref{sec:structures.layout} for the full details.} %
269 so access to instances is almost always via pointers.
270
271 \subsubsection{Access to slots}
272 The class type for a class~$C$ is actually a structure.  It contains one
273 member for each class in $C$'s superclass chain, named with that class's
274 nickname.  Each of these members is also a structure, containing the
275 corresponding class's slots, one member per slot.  There's nothing special
276 about these slot members: C code can access them in the usual way.
277
278 For example, if @|MyClass| has the nickname @|mine|, and defines a slot @|x|
279 of type @|int|, then the simple function
280 \begin{prog}
281   int get_x(MyClass *m) \{ return (m->mine.x); \}
282 \end{prog}
283 will extract the value of @|x| from an instance of @|MyClass|.
284
285 All of this means that there's no such thing as `private' or `protected'
286 slots.  If you want to hide implementation details, the best approach is to
287 stash them in a dynamically allocated private structure, and leave a pointer
288 to it in a slot.  (This will also help preserve binary compatibility, because
289 the private structure can grow more members as needed.  See
290 \xref{sec:fixme.compatibility} for more details.
291
292 \subsubsection{Class objects}
293 In Sod's object system, classes are objects too.  Therefore classes are
294 themselves instances; the class of a class is called a \emph{metaclass}.  The
295 consequences of this are explored in \xref{sec:concepts.metaclasses}.  The
296 \emph{class object} has the same name as the class, suffixed with
297 `@|__class|'\footnote{%
298   This is not quite true.  @|$C$__class| is actually a macro.  See
299   \xref{sec:structures.layout.additional} for the gory details.} %
300 and its type is usually @|SodClass|; @|SodClass|'s nickname is @|cls|.
301
302 A class object's slots contain or point to useful information, tables and
303 functions for working with that class's instances.  (The @|SodClass| class
304 doesn't define any messages, so it doesn't have any methods.  In Sod, a class
305 slot containing a function pointer is not at all the same thing as a method.)
306
307 \subsubsection{Instance allocation, imprinting, and initialization}
308 It is in general not sufficient to declare (or @|malloc|) an object of the
309 appropriate class type and fill it in, since the class type only describes an
310 instance's layout from the point of view of a single superclass chain.  The
311 correct type to allocate, to store a direct instance of some class is a
312 structure whose tag is the class name suffixed with `@|__ilayout|'; e.g., the
313 correct layout structure for a direct instance of @|MyClass| would be
314 @|struct MyClass__ilayout|.
315
316 Instance layouts may be declared as objects with automatic storage duration
317 (colloquially, `allocated on the stack') or allocated dynamically, e.g.,
318 using @|malloc|.  Sod's runtime system doesn't retain addresses of instances,
319 so, for example, Sod doesn't make using a fancy allocator which sometimes
320 moves objects around in memory any more difficult than it needs to be.
321
322 Once storage for an instance has been allocated, it must be \emph{imprinted}
323 before it can be used.  Imprinting an instance stores some metadata about its
324 direct class in the instance structure, so that the rest of the program (and
325 Sod's runtime library) can tell what sort of object it is, and how to use
326 it.\footnote{%
327   Specifically, imprinting an instance's storage involves storing the
328   appropriate vtable pointers in the right places in it.} %
329 A class object's @|imprint| slot points to a function which will correctly
330 imprint storage for one of that class's instances.
331
332 Once an instance's storage has been imprinted, it is possible to send the
333 instance messages; however, the instance's slots are uninitialized at this
334 point, so most methods are unlikely to do much of any use.  So, usually, you
335 don't just want to imprint instance storage, but to \emph{initialize} an
336 instance.  Initialization includes imprinting, but also sets the new
337 instance's slots to their initial values, as defined by the class.  If
338 neither the class nor any of its superclasses defines an initializer for a
339 slot then it will not be initialized.
340
341 There is currently no facility for providing parameters to the instance
342 initialization process (e.g., for use by slot initializer expressions).
343 Instance initialization is a complicated matter and for now I want to
344 experiment with various approaches before committing to one.  My current
345 interim approach is to specify slot initializers where appropriate and send
346 class-specific messages for more complicated parametrized initialization.
347
348 Automatic-duration instances can be conveniently constructed and initialized
349 using the @|SOD_DECL| macro (page~\pageref{mac:SOD-DECL}).  No special
350 support is currently provided for dynamically allocated instances.  A simple
351 function using @|malloc| might work as follows.
352 \begin{prog}
353   void *new_instance(const SodClass *c) \\
354   \{ \\ \ind
355     void *p = malloc(c->cls.initsz); \\
356     if (!p) return (0); \\
357     c->cls.init(p); \\
358     return (p); \- \\
359   \}
360 \end{prog}
361
362 \subsubsection{Instance finalization and deallocation}
363 There is currently no provided assistance for finalization or deallocation.
364 It is the programmer's responsibility to decide and implement an appropriate
365 protocol.  Note that to free an instance allocated from the heap, one must
366 correctly find its base address: the @|SOD_INSTBASE| macro
367 (page~\pageref{mac:SOD-INSTBASE}) will do this for you.
368
369 The following simple mixin class is suggested.
370 \begin{prog}
371   [nick = disposable] \\*
372   class DisposableObject : SodObject \{ \\*[\jot] \ind
373     void release() \{ ; \} \\*
374     \quad /\=\+* Release resources held by the receiver. */ \-\- \\*[\jot]
375   \} \\[\bigskipamount]
376   code c : user \{ \\* \ind
377     /\=\+* Free object p's instance storage.  If p is a DisposableObject \\*
378        {}* then release its resources beforehand. \\*
379        {}*/ \- \\*
380     void free_instance(void *p) \\*
381     \{ \\* \ind
382       DisposableObject *d = SOD_CONVERT(DisposableObject, p); \\*
383       if (d) DisposableObject_release(d); \\*
384       free(d); \- \\*
385     \} \- \\*
386   \}
387 \end{prog}
388
389 \subsubsection{Conversions}
390 Suppose one has a value of type pointer to class type of some class~$C$, and
391 wants to convert it to a pointer to class type of some other class~$B$.
392 There are three main cases to distinguish.
393 \begin{itemize}
394 \item If $B$ is a superclass of~$C$, in the same chain, then the conversion
395   is an \emph{in-chain upcast}.  The conversion can be performed using the
396   appropriate generated upcast macro (see below), or by simply casting the
397   pointer, using C's usual cast operator (or the \Cplusplus\ @|static_cast<>|
398   operator).
399 \item If $B$ is a superclass of~$C$, in a different chain, then the
400   conversion is a \emph{cross-chain upcast}.  The conversion is more than a
401   simple type change: the pointer value must be adjusted.  If the direct
402   class of the instance in question is not known, the conversion will require
403   a lookup at runtime to find the appropriate offset by which to adjust the
404   pointer.  The conversion can be performed using the appropriate generated
405   upcast macro (see below); the general case is handled by the macro
406   @|SOD_XCHAIN| (page~\pageref{mac:SOD-XCHAIN}).
407 \item If $B$ is a subclass of~$C$ then the conversion is an \emph{upcast};
408   otherwise the conversion is a~\emph{cross-cast}.  In either case, the
409   conversion can fail: the object in question might not be an instance of~$B$
410   at all.  The macro @|SOD_CONVERT| (page~\pageref{mac:SOD-CONVERT}) and the
411   function @|sod_convert| (page~\pageref{fun:sod-convert}) perform general
412   conversions.  They return a null pointer if the conversion fails.
413 \end{itemize}
414 The Sod translator generates macros for performing both in-chain and
415 cross-chain upcasts.  For each class~$C$, and each proper superclass~$B$
416 of~$C$, a macro is defined: given an argument of type pointer to class type
417 of~$C$, it returns a pointer to the same instance, only with type pointer to
418 class type of~$B$, adjusted as necessary in the case of a cross-chain
419 conversion.  The macro is named by concatenating
420 \begin{itemize}
421 \item the name of class~$C$, in upper case,
422 \item the characters `@|__CONV_|', and
423 \item the nickname of class~$B$, in upper case;
424 \end{itemize}
425 e.g., if $C$ is named @|MyClass|, and $B$'s name is @|SuperClass| with
426 nickname @|super|, then the macro @|MYCLASS__CONV_SUPER| converts a
427 @|MyClass~*| to a @|SuperClass~*|.  See
428 \xref{sec:structures.layout.additional} for the formal description.
429
430 %%%--------------------------------------------------------------------------
431 \section{Messages and methods} \label{sec:concepts.methods}
432
433 Objects can be sent \emph{messages}.  A message has a \emph{name}, and
434 carries a number of \emph{arguments}.  When an object is sent a message, a
435 function, determined by the receiving object's class, is invoked, passing it
436 the receiver and the message arguments.  This function is called the
437 class's \emph{effective method} for the message.  The effective method can do
438 anything a C function can do, including reading or updating program state or
439 object slots, sending more messages, calling other functions, issuing system
440 calls, or performing I/O; if it finishes, it may return a value, which is
441 returned in turn to the message sender.
442
443 The set of messages an object can receive, characterized by their names,
444 argument types, and return type, is determined by the object's class.  Each
445 class can define new messages, which can be received by any instance of that
446 class.  The messages defined by a single class must have distinct names:
447 there is no `function overloading'.  As with slots
448 (\xref{sec:concepts.classes.slots}), messages defined by distinct classes are
449 always distinct, even if they have the same names: references to messages are
450 always qualified by the defining class's name or nickname.
451
452 Messages may take any number of arguments, of any non-array value type.
453 Since message sends are effectively function calls, arguments of array type
454 are implicitly converted to values of the corresponding pointer type.  While
455 message definitions may ascribe an array type to an argument, the formal
456 argument will have pointer type, as is usual for C functions.  A message may
457 accept a variable-length argument suffix, denoted @|\dots|.
458
459 A class definition may include \emph{direct methods} for messages defined by
460 it or any of its superclasses.
461
462 Like messages, direct methods define argument lists and return types, but
463 they may also have a \emph{body}, and a \emph{role}.
464
465 A direct method need not have the same argument list or return type as its
466 message.  The acceptable argument lists and return types for a method depend
467 on the message, in particular its method combination
468 (\xref{sec:concepts.methods.combination}), and the method's role.
469
470 A direct method body is a block of C code, and the Sod translator usually
471 defines, for each direct method, a function with external linkage, whose body
472 contains a copy of the direct method body.  Within the body of a direct
473 method defined for a class $C$, the variable @|me|, of type pointer to class
474 type of $C$, refers to the receiving object.
475
476 \subsection{Effective methods and method combinations}
477 \label{sec:concepts.methods.combination}
478
479 For each message a direct instance of a class might receive, there is a set
480 of \emph{applicable methods}, which are exactly the direct methods defined on
481 the object's class and its superclasses.  These direct methods are combined
482 together to form the \emph{effective method} for that particular class and
483 message.  Direct methods can be combined into an effective method in
484 different ways, according to the \emph{method combination} specified by the
485 message.  The method combination determines which direct method roles are
486 acceptable, and, for each role, the appropriate argument lists and return
487 types.
488
489 One direct method, $M$, is said to be more (resp.\ less) \emph{specific} than
490 another, $N$, with respect to a receiving class~$C$, if the class defining
491 $M$ is a more (resp.\ less) specific superclass of~$C$ than the class
492 defining $N$.
493
494 \subsection{The standard method combination}
495 \label{sec:concepts.methods.standard}
496
497 The default method combination is called the \emph{standard method
498 combination}; other method combinations are useful occasionally for special
499 effects.  The standard method combination accepts four direct method roles,
500 called @|primary| (the default), @|before|, @|after|, and @|around|.
501
502 All direct methods subject to the standard method combination must have
503 argument lists which \emph{match} the message's argument list:
504 \begin{itemize}
505 \item the method's arguments must have the same types as the message, though
506   the arguments may have different names; and
507 \item if the message accepts a variable-length argument suffix then the
508   direct method must instead have a final argument of type @|va_list|.
509 \end{itemize}
510 Primary and @|around| methods must have the same return type as the message;
511 @|before| and @|after| methods must return @|void| regardless of the
512 message's return type.
513
514 If there are no applicable primary methods then no effective method is
515 constructed: the vtables contain null pointers in place of pointers to method
516 entry functions.
517
518 The effective method for a message with standard method combination works as
519 follows.
520 \begin{enumerate}
521
522 \item If any applicable methods have the @|around| role, then the most
523   specific such method, with respect to the class of the receiving object, is
524   invoked.
525
526   Within the body of an @|around| method, the variable @|next_method| is
527   defined, having pointer-to-function type.  The method may call this
528   function, as described below, any number of times.
529
530   If there any remaining @|around| methods, then @|next_method| invokes the
531   next most specific such method, returning whichever value that method
532   returns; otherwise the behaviour of @|next_method| is to invoke the before
533   methods (if any), followed by the most specific primary method, followed by
534   the @|around| methods (if any), and to return whichever value was returned
535   by the most specific primary method.  That is, the behaviour of the least
536   specific @|around| method's @|next_method| function is exactly the
537   behaviour that the effective method would have if there were no @|around|
538   methods.
539
540   The value returned by the most specific @|around| method is the value
541   returned by the effective method.
542
543 \item If any applicable methods have the @|before| role, then they are all
544   invoked, starting with the most specific.
545
546 \item The most specific applicable primary method is invoked.
547
548   Within the body of a primary method, the variable @|next_method| is
549   defined, having pointer-to-function type.  If there are no remaining less
550   specific primary methods, then @|next_method| is a null pointer.
551   Otherwise, the method may call the @|next_method| function any number of
552   times.
553
554   The behaviour of the @|next_method| function, if it is not null, is to
555   invoke the next most specific applicable primary method, and to return
556   whichever value that method returns.
557
558   If there are no applicable @|around| methods, then the value returned by
559   the most specific primary method is the value returned by the effective
560   method; otherwise the value returned by the most specific primary method is
561   returned to the least specific @|around| method, which called it via its
562   own @|next_method| function.
563
564 \item If any applicable methods have the @|after| role, then they are all
565   invoked, starting with the \emph{least} specific.  (Hence, the most
566   specific @|after| method is invoked with the most `afterness'.)
567
568 \end{enumerate}
569
570 A typical use for @|around| methods is to allow a base class to set up the
571 dynamic environment appropriately for the primary methods of its subclasses,
572 e.g., by claiming a lock, and restore it afterwards.
573
574 The @|next_method| function provided to methods with the @|primary| and
575 @|around| roles accepts the same arguments, and returns the same type, as the
576 message, except that one or two additional arguments are inserted at the
577 front of the argument list.  The first additional argument is always the
578 receiving object, @|me|.  If the message accepts a variable argument suffix,
579 then the second addition argument is a @|va_list|; otherwise there is no
580 second additional argument; otherwise, In the former case, a variable
581 @|sod__master_ap| of type @|va_list| is defined, containing a separate copy
582 of the argument pointer (so the method body can process the variable argument
583 suffix itself, and still pass a fresh copy on to the next method).
584
585 A method with the @|primary| or @|around| role may use the convenience macro
586 @|CALL_NEXT_METHOD|, which takes no arguments itself, and simply calls
587 @|next_method| with appropriate arguments: the receiver @|me| pointer, the
588 argument pointer @|sod__master_ap| (if applicable), and the method's
589 arguments.  If the method body has overwritten its formal arguments, then
590 @|CALL_NEXT_METHOD| will pass along the updated values, rather than the
591 original ones.
592
593 \subsection{Aggregating method combinations}
594 \label{sec:concepts.methods.aggregating}
595
596 A number of other method combinations are provided.  They are called
597 `aggregating' method combinations because, instead of invoking just the most
598 specific primary method, as the standard method combination does, they invoke
599 the applicable primary methods in turn and aggregate the return values from
600 each.
601
602 The aggregating method combinations accept the same four roles as the
603 standard method combination, and @|around|, @|before|, and @|after| methods
604 work in the same way.
605
606 The aggregating method combinations provided are as follows.
607 \begin{description} \let\makelabel\code
608 \item[progn] The message must return @|void|.  The applicable primary methods
609   are simply invoked in turn, most specific first.
610 \item[sum] The message must return a numeric type.\footnote{%
611     The Sod translator does not check this, since it doesn't have enough
612     insight into @|typedef| names.} %
613   The applicable primary methods are invoked in turn, and their return values
614   added up.  The final result is the sum of the individual values.
615 \item[product] The message must return a numeric type.  The applicable
616   primary methods are invoked in turn, and their return values multiplied
617   together.  The final result is the product of the individual values.
618 \item[min] The message must return a scalar type.  The applicable primary
619   methods are invoked in turn.  The final result is the smallest of the
620   individual values.
621 \item[max] The message must return a scalar type.  The applicable primary
622   methods are invoked in turn.  The final result is the largest of the
623   individual values.
624 \item[and] The message must return a scalar type.  The applicable primary
625   methods are invoked in turn.  If any method returns zero then the final
626   result is zero and no further methods are invoked.  If all of the
627   applicable primary methods return nonzero, then the final result is the
628   result of the last primary method.
629 \item[or] The message must return a scalar type.  The applicable primary
630   methods are invoked in turn.  If any method returns nonzero then the final
631   result is that nonzero value and no further methods are invoked.  If all of
632   the applicable primary methods return zero, then the final result is zero.
633 \end{description}
634
635 There is also a @|custom| aggregating method combination, which is described
636 in \xref{sec:fixme.custom-aggregating-method-combination}.
637
638 %%%--------------------------------------------------------------------------
639 \section{Metaclasses} \label{sec:concepts.metaclasses}
640
641 %%%----- That's all, folks --------------------------------------------------
642
643 %%% Local variables:
644 %%% mode: LaTeX
645 %%% TeX-master: "sod.tex"
646 %%% TeX-PDF-mode: t
647 %%% End: