chiark / gitweb /
src/: Add commentary to the generated code.
[sod] / src / method-proto.lisp
1 ;;; -*-lisp-*-
2 ;;;
3 ;;; Method combination protocol
4 ;;;
5 ;;; (c) 2009 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 (cl:in-package #:sod)
27
28 ;;;--------------------------------------------------------------------------
29 ;;; Effective methods and entries.
30
31 (export '(effective-method effective-method-message effective-method-class))
32 (defclass effective-method ()
33   ((message :initarg :message :type sod-message
34             :reader effective-method-message)
35    (%class :initarg :class :type sod-class :reader effective-method-class))
36   (:documentation
37    "The behaviour invoked by sending a message to an instance of a class.
38
39    This class describes the behaviour when an instance of CLASS is sent
40    MESSAGE.
41
42    This is not a useful class by itself.  Message classes are expected to
43    define their own effective-method classes.
44
45    An effective method class must accept a `:direct-methods' initarg, which
46    will be a list of applicable methods sorted in most-to-least specific
47    order.  (Either that or you have to add an overriding method to
48    `compute-sod-effective-method'."))
49
50 (export 'sod-message-effective-method-class)
51 (defgeneric sod-message-effective-method-class (message)
52   (:documentation
53    "Return the effective method class for the given MESSAGE.
54
55    This function is invoked by `compute-sod-effective-method'."))
56
57 (export 'primary-method-class)
58 (defgeneric primary-method-class (message)
59   (:documentation
60    "Return the name of the primary direct method class for MESSAGE.
61
62    This protocol is used by `simple-message' subclasses."))
63
64 (export 'compute-sod-effective-method)
65 (defgeneric compute-sod-effective-method (message class)
66   (:documentation
67    "Return the effective method when a CLASS instance receives MESSAGE.
68
69    The default method constructs an instance of the message's chosen
70    `sod-message-effective-method-class', passing the MESSAGE, the CLASS and
71    the list of applicable methods as initargs to `make-instance'."))
72
73 (export 'compute-effective-methods)
74 (defgeneric compute-effective-methods (class)
75   (:documentation
76    "Return a list of all of the effective methods needed for CLASS.
77
78    The list needn't be in any particular order."))
79
80 (export '(method-entry method-entry-effective-method
81           method-entry-chain-head method-entry-chain-tail))
82 (defclass method-entry ()
83   ((%method :initarg :method :type effective-method
84             :reader method-entry-effective-method)
85    (chain-head :initarg :chain-head :type sod-class
86                :reader method-entry-chain-head)
87    (chain-tail :initarg :chain-tail :type sod-class
88                :reader method-entry-chain-tail)
89    (role :initarg :role :type (or keyword null) :reader method-entry-role))
90   (:documentation
91    "An entry point into an effective method.
92
93    Specifically, this is the entry point to the effective METHOD invoked via
94    the vtable for the chain headed by CHAIN-HEAD, and serving the given ROLE.
95    The CHAIN-TAIL is the most specific class on this chain; this is useful
96    because we can reuse the types of method entries from superclasses on
97    non-primary chains.
98
99    Each effective method may have several different method entries, because
100    an effective method can be called via vtables attached to different
101    chains, and such calls will pass instance pointers which point to
102    different `ichain' structures within the overall instance layout; it's the
103    job of the method entry to adjust the instance pointers correctly for the
104    rest of the effective method.
105
106    A vtable can contain more than one entry for the same message.  Such
107    entries are distinguished by their roles.  A message always has an entry
108    with the `nil role; in addition, a varargs message also has a `:valist'
109    role, which accepts a `va_list' argument in place of the variable argument
110    listNo other roles are currently defined, though they may be introduced by
111    extensions.
112
113    The boundaries between a method entry and the effective method
114    is (intentionally) somewhat fuzzy.  In extreme cases, the effective method
115    may not exist at all as a distinct entity in the output because its
116    content is duplicated in all of the method entry functions.  This is left
117    up to the effective method protocol."))
118
119 (export 'make-method-entries)
120 (defgeneric make-method-entries (effective-method chain-head chain-tail)
121   (:documentation
122    "Return a list of `method-entry' objects for an EFFECTIVE-METHOD called
123    via CHAIN-HEAD.
124
125    There is no default method for this function.  (Maybe when the
126    effective-method/method-entry output protocol has settled down I'll know
127    what a sensible default action would be.)"))
128
129 ;;;--------------------------------------------------------------------------
130 ;;; Protocol for messages and direct-methods.
131
132 (export 'sod-message-argument-tail)
133 (defgeneric sod-message-argument-tail (message)
134   (:documentation
135    "Return the argument tail for the message, with invented argument names.
136
137    No `me' argument is prepended; any `:ellipsis' is left as it is."))
138
139 (export 'sod-message-no-varargs-tail)
140 (defgeneric sod-message-no-varargs-tail (message)
141   (:documentation
142    "Return the argument tail for the message with `:ellipsis' substituted.
143
144    As with `sod-message-argument-tail', no `me' argument is prepended.
145    However, an `:ellipsis' is replaced by an argument of type `va_list',
146    named `sod__ap'."))
147
148 (export 'sod-method-function-type)
149 (defgeneric sod-method-function-type (method)
150   (:documentation
151    "Return the C function type for the direct method.
152
153    This is called during initialization of a direct method object, and the
154    result is cached.
155
156    A default method is provided (by `basic-direct-method') which simply
157    prepends an appropriate `me' argument to the user-provided argument list.
158    Fancy method classes may need to override this behaviour."))
159
160 (export 'sod-method-next-method-type)
161 (defgeneric sod-method-next-method-type (method)
162   (:documentation
163    "Return the C function type for the next-method trampoline.
164
165    This is called during initialization of a direct method object, and the
166    result is cached.  It should return a function type, not a pointer type.
167
168    A default method is provided (by `delegating-direct-method') which should
169    do the right job.  Very fancy subclasses might need to do something
170    different."))
171
172 (export 'sod-method-function-name)
173 (defgeneric sod-method-function-name (method)
174   (:documentation
175    "Return the C function name for the direct method."))
176
177 (export 'varargs-message-p)
178 (defun varargs-message-p (message)
179   "Answer whether the MESSAGE accepts a variable-length argument list.
180
181    We need to jump through some extra hoops in order to cope with varargs
182    messages, so this is useful to know."
183   (member :ellipsis (sod-message-argument-tail message)))
184
185 ;;;--------------------------------------------------------------------------
186 ;;; Protocol for effective methods and method entries.
187
188 (export 'method-entry-function-type)
189 (defgeneric method-entry-function-type (entry)
190   (:documentation
191    "Return the C function type for a method entry."))
192
193 (export 'method-entry-slot-name)
194 (defgeneric method-entry-slot-name (entry)
195   (:documentation
196    "Return the `vtmsgs' slot name for a method entry.
197
198    The default method indirects through `method-entry-slot-name-by-role'."))
199
200 (defgeneric method-entry-slot-name-by-role (entry role name)
201   (:documentation "Easier implementation for `method-entry-slot-name'.")
202   (:method ((entry method-entry) (role (eql nil)) name) name)
203   (:method ((entry method-entry) (role (eql :valist)) name)
204     (format nil "~A__v" name)))
205
206 (export 'effective-method-basic-argument-names)
207 (defgeneric effective-method-basic-argument-names (method)
208   (:documentation
209    "Return a list of argument names to be passed to direct methods.
210
211    The argument names are constructed from the message's arguments returned
212    by `sod-message-no-varargs-tail'.  The basic arguments are the ones
213    immediately derived from the programmer's explicitly stated arguments; the
214    `me' argument is not included, and neither are more exotic arguments added
215    as part of the method delegation protocol."))
216
217 ;;;--------------------------------------------------------------------------
218 ;;; Code generation.
219
220 ;;; Enhanced code-generator class.
221
222 (export '(method-codegen codegen-message codegen-class
223           codegen-method codegen-target))
224 (defclass method-codegen (codegen)
225   ((message :initarg :message :type sod-message :reader codegen-message)
226    (%class :initarg :class :type sod-class :reader codegen-class)
227    (%method :initarg :method :type effective-method :reader codegen-method)
228    (target :initarg :target :reader codegen-target))
229   (:documentation
230    "Augments CODEGEN with additional state regarding an effective method.
231
232    We store the effective method, and also its target class and owning
233    message, so that these values are readily available to the code-generating
234    functions."))
235
236 ;;; Protocol.
237
238 (export 'compute-effective-method-body)
239 (defgeneric compute-effective-method-body (method codegen target)
240   (:documentation
241    "Generates the body of an effective method.
242
243    Writes the function body to the code generator.  It can (obviously)
244    generate auxiliary functions if it needs to.
245
246    The arguments are as specified by the `sod-message-no-varargs-tail', with
247    an additional argument `sod__obj' of type pointer-to-ilayout.  The code
248    should deliver the result (if any) to the TARGET."))
249
250 (export 'simple-method-body)
251 (defgeneric simple-method-body (method codegen target)
252   (:documentation
253    "Generate the body of a simple effective method.
254
255    The function is invoked on an effective METHOD, with a CODEGEN to which it
256    should emit code delivering the method's value to TARGET."))
257
258 ;;; Additional instructions.
259
260 ;; HACK: use gensyms for the `class' and `expr' slots to avoid leaking the
261 ;; slot names, because `expr' is exported by our package, and `class' is
262 ;; actually from the `common-lisp' package.
263 (definst convert-to-ilayout (stream :export t)
264     (#1=#:class chain-head #2=#:expr)
265   (format stream "SOD_ILAYOUT(~@<~A, ~_~A, ~_~A~:>)"
266           #1# (sod-class-nickname chain-head) #2#))
267
268 ;;; Utilities.
269
270 (export 'invoke-method)
271 (defun invoke-method (codegen target arguments-tail direct-method)
272   "Emit code to invoke DIRECT-METHOD, passing it ARGUMENTS-TAIL.
273
274    The code is generated in the context of CODEGEN, which can be any instance
275    of the `codegen' class -- it needn't be an instance of `method-codegen'.
276    The DIRECT-METHOD is called with the given ARGUMENTS-TAIL (a list of
277    argument expressions), preceded by a `me' argument of type pointer-to-
278    CLASS where CLASS is the class on which the method was defined.
279
280    If the message accepts a variable-length argument list then a copy of the
281    prevailing argument pointer is provided in place of the `:ellipsis'."
282
283   (let* ((message (sod-method-message direct-method))
284          (class (sod-method-class direct-method))
285          (function (sod-method-function-name direct-method))
286          (arguments (cons (format nil "&sod__obj->~A.~A"
287                                   (sod-class-nickname
288                                    (sod-class-chain-head class))
289                                   (sod-class-nickname class))
290                           arguments-tail)))
291     (if (varargs-message-p message)
292         (convert-stmts codegen target
293                        (c-type-subtype (sod-method-type direct-method))
294                        (lambda (var)
295                          (ensure-var codegen *sod-tmp-ap* c-type-va-list)
296                          (deliver-call codegen :void "va_copy"
297                                        *sod-tmp-ap* *sod-ap*)
298                          (apply #'deliver-call codegen var
299                                 function arguments)
300                          (deliver-call codegen :void "va_end" *sod-tmp-ap*)))
301         (apply #'deliver-call codegen target function arguments))))
302
303 (export 'ensure-ilayout-var)
304 (defun ensure-ilayout-var (codegen super)
305   "Define a variable `sod__obj' pointing to the class's ilayout structure.
306
307    CODEGEN is a `method-codegen'.  The class in question is CODEGEN's class,
308    i.e., the target class for the effective method.  SUPER is one of the
309    class's superclasses; it is assumed that `me' is a pointer to a SUPER
310    (i.e., to SUPER's ichain within the ilayout)."
311
312   (let* ((class (codegen-class codegen))
313          (super-head (sod-class-chain-head super)))
314     (ensure-var codegen "sod__obj"
315                 (c-type (* (struct (ilayout-struct-tag class))))
316                 (make-convert-to-ilayout-inst class super-head "me"))))
317
318 (export 'make-trampoline)
319 (defun make-trampoline (codegen super body)
320   "Construct a trampoline function and return its name.
321
322    CODEGEN is a `method-codegen'.  SUPER is a superclass of the CODEGEN
323    class.  We construct a new trampoline function (with an unimaginative
324    name) suitable for being passed to a direct method defined on SUPER as its
325    `next_method'.  In particular, it will have a `me' argument whose type is
326    pointer-to-SUPER.
327
328    The code of the function is generated by BODY, which will be invoked with
329    a single argument which is the TARGET to which it should deliver its
330    result.
331
332    The return value is the name of the generated function."
333
334   (let* ((message (codegen-message codegen))
335          (message-type (sod-message-type message))
336          (message-class (sod-message-class message))
337          (method (codegen-method codegen))
338          (return-type (c-type-subtype message-type))
339          (raw-args (sod-message-argument-tail message))
340          (arguments (if (varargs-message-p message)
341                         (cons (make-argument *sod-ap* c-type-va-list)
342                               (butlast raw-args))
343                         raw-args)))
344     (codegen-push codegen)
345     (ensure-ilayout-var codegen super)
346     (funcall body (codegen-target codegen))
347     (codegen-pop-function codegen (temporary-function)
348                           (c-type (fun (lisp return-type)
349                                        ("me" (* (class super)))
350                                        . arguments))
351                           "Delegation-chain trampoline ~:_~
352                            for `~A.~A' ~:_on `~A'."
353                           (sod-class-nickname message-class)
354                           (sod-message-name message)
355                           (effective-method-class method))))
356
357 ;;;--------------------------------------------------------------------------
358 ;;; Method entry protocol.
359
360 (export 'effective-method-function-name)
361 (defgeneric effective-method-function-name (method)
362   (:documentation
363    "Returns the function name of an effective method."))
364
365 (export 'method-entry-function-name)
366 (defgeneric method-entry-function-name (method chain-head role)
367   (:documentation
368    "Returns the function name of a method entry.
369
370    The method entry is given as an effective method/chain-head/role triple,
371    rather than as a method entry object because we want the function name
372    before we've made the entry object."))
373
374 (export 'compute-method-entry-functions)
375 (defgeneric compute-method-entry-functions (method)
376   (:documentation
377    "Construct method entry functions.
378
379    Builds the effective method function (if there is one) and the necessary
380    method entries.  Returns a list of functions (i.e., `function-inst'
381    objects) which need to be defined in the generated source code."))
382
383 ;;;--------------------------------------------------------------------------
384 ;;; Invoking direct methods.
385
386 (export 'invoke-delegation-chain)
387 (defun invoke-delegation-chain (codegen target basic-tail chain kernel)
388   "Invoke a chain of delegating methods.
389
390    CODEGEN is a `method-codegen'.  BASIC-TAIL is a list of argument
391    expressions to provide to the methods.  The result of the delegation chain
392    will be delivered to TARGET.
393
394    The CHAIN is a list of method objects (it's intended to be used with
395    `delegating-direct-method' objects).  The behaviour is as follows.  The
396    first method in the chain is invoked with the necessary arguments (see
397    below) including a `next_method' pointer.  If KERNEL is nil and there are
398    no more methods in the chain then the `next_method' pointer will be null;
399    otherwise it will point to a `trampoline' function, whose behaviour is to
400    call the remaining methods on the chain as a delegation chain.  The method
401    may choose to call this function with its arguments.  It will finally
402    return a value, which will be delivered to the TARGET.
403
404    If the chain is empty, then the code generated by KERNEL (given a TARGET
405    argument) will be invoked.  It is an error if both CHAIN and KERNEL are
406    nil."
407
408   (let* ((message (codegen-message codegen))
409          (argument-tail (if (varargs-message-p message)
410                             (cons *sod-tmp-ap* basic-tail)
411                             basic-tail)))
412     (labels ((next-trampoline (method chain)
413                (if (or kernel chain)
414                    (make-trampoline codegen (sod-method-class method)
415                                     (lambda (target)
416                                       (invoke chain target)))
417                    *null-pointer*))
418              (invoke (chain target)
419                (if (null chain)
420                    (funcall kernel target)
421                    (let ((trampoline (next-trampoline (car chain)
422                                                       (cdr chain))))
423                      (invoke-method codegen target
424                                     (cons trampoline argument-tail)
425                                     (car chain))))))
426       (invoke chain target))))
427
428 ;;;----- That's all, folks --------------------------------------------------