chiark / gitweb /
b38dc09fae29ef2cb8d71c3742b3d57486e2700c
[sod] / doc / clang.tex
1 %%% -*-latex-*-
2 %%%
3 %%% C language utilities
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{C language utilities} \label{ch:clang}
27
28 %%%--------------------------------------------------------------------------
29 \section{C type representation} \label{sec:clang.c-types}
30
31 \subsection{Overview} \label{sec:clang.c-types.over}
32
33 The Sod translator represents C types in a fairly simple and direct way.
34 However, because it spends a fair amount of its time dealing with C types, it
35 provides a number of useful operations and macros.
36
37 The class hierarchy is shown in~\xref{fig:codegen.c-types.classes}.
38
39 \begin{figure} \centering
40   \parbox{10pt}{\begin{tabbing}
41     @|c-type| \\ \ind
42       @|qualifiable-c-type| \\ \ind
43         @|simple-c-type| \\ \ind
44           @|c-class-type| \- \\
45         @|tagged-c-type| \\ \ind
46           @|c-struct-type| \\
47           @|c-union-type| \\
48           @|c-enum-type| \- \\
49         @|c-pointer-type| \- \\
50       @|c-array-type| \\
51       @|c-function-type|
52   \end{tabbing}}
53   \caption{Classes representing C types}
54 \label{fig:codegen.c-types.classes}
55 \end{figure}
56
57 C type objects are immutable unless otherwise specified.
58
59 \subsubsection{Constructing C type objects}
60 There is a constructor function for each non-abstract class of C type object.
61 Note, however, that constructor functions need not generate a fresh type
62 object if a previously existing type object is suitable.  In this case, we
63 say that the objects are \emph{interned}.  Some constructor functions are
64 specified to return interned objects: programs may rely on receiving the same
65 (@|eq|) type object for similar (possibly merely @|equal|) arguments.  Where
66 not specified, clients may still not rely on receiving fresh objects.
67
68 A convenient S-expression notation is provided by the
69 \descref{c-type}[macro]{mac}.  Use of this macro is merely an abbreviation
70 for corresponding use of the various constructor functions, and therefore
71 interns type objects in the same manner.  The syntax accepted by the macro
72 can be extended in order to support new classes: see \descref{defctype}{mac},
73 \descref{c-type-alias}{mac} and \descref{define-c-type-syntax}{mac}.
74
75 The descriptions of each of the various classes include descriptions of the
76 initargs which may be passed to @|make-instance| when constructing a new
77 instance of the class.  However, the constructor functions and S-expression
78 syntax are strongly recommended over direct use of @|make-instance|.
79
80 \subsubsection{Printing}
81 There are two protocols for printing C types.  Unfortunately they have
82 similar names.
83 \begin{itemize}
84 \item The \descref{print-c-type}[function]{gf} prints a C type value using
85   the S-expression notation.  It is mainly useful for diagnostic purposes.
86 \item The \descref{pprint-c-type}[function]{gf} prints a C type as a
87   C-syntax declaration.
88 \end{itemize}
89 Neither generic function defines a default primary method; subclasses of
90 @|c-type| must define their own methods in order to print correctly.
91
92
93 \subsection{The C type root class} \label{sec:clang.c-types.root}
94
95 \begin{describe}{cls}{c-type ()}
96   The class @|c-type| marks the root of the built-in C type hierarchy.
97
98   Users may define subclasses of @|c-type|.  All non-abstract subclasses must
99   have a primary method defined on @|pprint-c-type|; unless instances of the
100   subclass are interned, a method on @|c-type-equal-p| is also required.
101
102   The class @|c-type| is abstract.
103 \end{describe}
104
105
106 \subsection{C type S-expression notation} \label{sec:clang.c-types.sexp}
107
108 The S-expression representation of a type is described syntactically as a
109 type specifier.  Type specifiers fit into two syntactic categories.
110 \begin{itemize}
111 \item A \emph{symbolic type specifier} consists of a symbol.  It has a
112   single, fixed meaning: if @<name> is a symbolic type specifier, then each
113   use of @<name> in a type specifier evaluates to the same (@|eq|) type
114   object, until the @<name> is redefined.
115 \item A \emph{type operator} is a symbol; the corresponding specifier is a
116   list whose @|car| is the operator.  The remaining items in the list are
117   arguments to the type operator.
118 \end{itemize}
119
120 \begin{describe}{mac}{c-type @<type-spec> @> @<c-type>}
121   Evaluates to a C type object, as described by the type specifier
122   @<type-spec>.
123 \end{describe}
124
125 \begin{describe}{mac}
126     {defctype \=@{ @<name> @! (@<name>^+) @} @<type-spec> \+ \\
127                 @[[ @|:export| @<export-flag> @]]^* \-
128        \nlret @<names>}
129   Defines a new symbolic type specifier @<name>; if a list of @<name>s is
130   given, then all are defined in the same way.  The type constructed by using
131   any of the @<name>s is as described by the type specifier @<type-spec>.
132
133   The resulting type object is constructed once, at the time that the macro
134   expansion is evaluated; the same (@|eq|) value is used each time any
135   @<name> is used in a type specifier.
136
137   A variable named @|c-type-@<name>|, for the first @<name> only, is defined
138   and initialized to contain the C type object so constructed.  Altering or
139   binding this name is discouraged.
140
141   If @<export-flag> is true, then the variable name, and all of the @<name>s,
142   are exported from the current package.
143 \end{describe}
144
145 \begin{describe}{mac}{c-type-alias @<original> @<alias>^* @> @<aliases>}
146   Defines each @<alias> as being a type operator identical in behaviour to
147   @<original>.  If @<original> is later redefined then the behaviour of the
148   @<alias>es changes too.
149 \end{describe}
150
151 \begin{describe}{mac}
152     {define-c-type-syntax @<name> @<lambda-list> \\ \ind
153       @[[ @<declaration>^* @! @<doc-string> @]] \\
154       @<form>^* \-
155      \nlret @<name>}
156   Defines the symbol @<name> as a new type operator.  When a list of the form
157   @|(@<name> @<argument>^*)| is used as a type specifier, the @<argument>s
158   are bound to fresh variables according to @<lambda-list> (a destructuring
159   lambda-list) and the @<form>s evaluated in order in the resulting lexical
160   environment as an implicit @|progn|.  The value should be a Lisp form which
161   will evaluate to the type specified by the arguments.
162
163   The @<form>s may call @|expand-c-type-spec| in order to recursively expand
164   type specifiers among its arguments.
165 \end{describe}
166
167 \begin{describe}{fun}{expand-c-type-spec @<type-spec> @> @<form>}
168   Returns the Lisp form that @|(c-type @<type-spec>)| would expand into.
169 \end{describe}
170
171 \begin{describe}{gf}
172     {print-c-type @<stream> @<type> \&optional @<colon> @<atsign>}
173   Print the C type object @<type> to @<stream> in S-expression form.  The
174   @<colon> and @<atsign> arguments may be interpreted in any way which seems
175   appropriate: they are provided so that @|print-c-type| may be called via
176   @|format|'s @|\char`\~/\dots/| command; they are not set when
177   @|print-c-type| is called by Sod functions.
178
179   There should be a method defined for every C type class; there is no
180   default method.
181 \end{describe}
182
183
184 \subsection{Comparing C types} \label{sec:clang.c-types.cmp}
185
186 It is necessary to compare C types for equality, for example when checking
187 argument lists for methods.  This is done by @|c-type-equal-p|.
188
189 \begin{describe}{gf}
190     {c-type-equal-p @<c-type>_1 @<c-type>_2 @> @<generalized-boolean>}
191   The generic function @|c-type-equal-p| compares two C types @<c-type>_1 and
192   @<c-type>_2 for equality; it returns true if the two types are equal and
193   false if they are not.
194
195   Two types are equal if they are structurally similar, where this property
196   is defined by methods for each individual class; see the descriptions of
197   the classes for the details.
198
199   The generic function @|c-type-equal-p| uses the @|and| method combination.
200
201   \begin{describe}{meth}{c-type-equal-p @<c-type>_1 @<c-type>_2}
202     A default primary method for @|c-type-equal-p| is defined.  It simply
203     returns @|nil|.  This way, methods can specialize on both arguments
204     without fear that a call will fail because no methods are applicable.
205   \end{describe}
206   \begin{describe}{ar-meth}{c-type-equal-p @<c-type>_1 @<c-type>_2}
207     A default around-method for @|c-type-equal-p| is defined.  It returns
208     true if @<c-type>_1 and @<c-type>_2 are @|eql|; otherwise it delegates to
209     the primary methods.  Since several common kinds of C types are interned,
210     this is a common case worth optimizing.
211   \end{describe}
212 \end{describe}
213
214
215 \subsection{Outputting C types} \label{sec:clang.c-types.output}
216
217 \begin{describe}{gf}{pprint-c-type @<c-type> @<stream> @<kernel>}
218   The generic function @|pprint-c-type| pretty-prints to @<stream> a C-syntax
219   declaration of an object or function of type @<c-type>.  The result is
220   written to @<stream>.
221
222   A C declaration has two parts: a sequence of \emph{declaration specifiers}
223   and a \emph{declarator}.  The declarator syntax involves parentheses and
224   operators, in order to reflect the operators applicable to the declared
225   variable.  For example, the name of a pointer variable is preceded by @`*';
226   the name of an array is followed by dimensions enclosed in @`['\dots @`]'.
227
228   The @<kernel> argument must be a function designator (though see the
229   standard around-method); it is invoked as
230   \begin{quote} \codeface
231     (funcall @<kernel> @<stream> @<priority> @<spacep>)
232   \end{quote}
233   It should write to @<stream> -- which may not be the same stream originally
234   passed into the generic function -- the `kernel' of the declarator, i.e.,
235   the part to which prefix and/or postfix operators are attached to form the
236   full declarator.
237
238   The methods on @|pprint-c-type| specialized for compound types work by
239   recursively calling @|pprint-c-type| on the subtype, passing down a closure
240   which prints the necessary additional declarator operators before calling
241   the original @<kernel> function.  The additional arguments @<priority> and
242   @<spacep> support this implementation technique.
243
244   The @<priority> argument describes the surrounding operator context.  It is
245   zero if no type operators are directly attached to the kernel (i.e., there
246   are no operators at all, or the kernel is enclosed in parentheses), one if
247   a prefix operator is directly attached, or two if a postfix operator is
248   directly attached.  If the @<kernel> function intends to provide its own
249   additional declarator operators, it should check the @<priority> in order
250   to determine whether parentheses are necessary.  See also the
251   \descref{maybe-in-parens}[macro]{mac}.
252
253   The @<spacep> argument indicates whether a space needs to be printed in
254   order to separate the declarator from the declaration specifiers.  A kernel
255   which contains an identifier should insert a space before the identifier
256   when @<spacep> is non-nil.  An `empty' kernel, as found in an abstract
257   declarator (one that specifies no name), looks more pleasing without a
258   trailing space.  See also the \descref{c-type-space}[function]{fun}.
259
260   Every concrete subclass of @|c-type| is expected to provide a primary
261   method on this function.  There is no default primary method.
262
263   \begin{describe}{ar-meth}{pprint-c-type @<c-type> @<stream> @<kernel>}
264     A default around method is defined on @|pprint-c-type| which `canonifies'
265     non-function @<kernel> arguments.  In particular:
266     \begin{itemize}
267     \item if @<kernel> is nil, then @|pprint-c-type| is called recursively
268       with a @<kernel> function that does nothing; and
269     \item if @<kernel> is any other kind of object, then @|pprint-c-type| is
270       called recursively with a @<kernel> function that prints the object as
271       if by @|princ|, preceded if necessary by space using @|c-type-space|.
272     \end{itemize}
273   \end{describe}
274 \end{describe}
275
276 \begin{describe}{fun}{c-type-space @<stream>}
277   Writes a space and other pretty-printing instructions to @<stream> in order
278   visually to separate a declarator from the preceding declaration
279   specifiers.  The precise details are subject to change.
280 \end{describe}
281
282 \begin{describe}{mac}
283     {maybe-in-parens (@<stream-var> @<guard-form>)
284       @<declaration>^*
285       @<form>^*}
286   The @<guard-form> is evaluated, and then the @<form>s are evaluated in
287   sequence within a pretty-printer logical block writing to the stream named
288   by the symbol @<stream-var>.  If the @<guard-form> evaluates to nil, then
289   the logical block has empty prefix and suffix strings; if it evaluates to a
290   non-nil value, then the logical block has prefix and suffix @`(' and @`)'
291   respectively.
292
293   Note that this may cause @<stream> to be bound to a different stream object
294   within the @<form>s.
295 \end{describe}
296
297
298 \subsection{Type qualifiers and qualifiable types}
299 \label{sec:clang.ctypes.qual}
300
301 \begin{describe}{cls}{qualifiable-c-type (c-type) \&key :qualifiers}
302   The class @|qualifiable-c-type| describes C types which can bear
303   `qualifiers' (\Cplusplus\ calls them `cv-qualifiers'): @|const|,
304   @|restrict| and @|volatile|.
305
306   The @<qualifiers> are a list of keyword symbols @|:const|, @|:restrict| and
307   @|:volatile|.  There is no built-in limitation to these particular
308   qualifiers; others keywords may be used, though this isn't recommended.
309
310   Two qualifiable types are equal only if they have \emph{matching
311   qualifiers}: i.e., every qualifier attached to one is also attached to the
312   other: order is not significant, and neither is multiplicity.
313
314   The class @|qualifiable-c-type| is abstract.
315 \end{describe}
316
317 \begin{describe}{gf}{c-type-qualifiers @<c-type> @> @<list>}
318   Returns the qualifiers of the @|qualifiable-c-type| instance @<c-type> as
319   an immutable list.
320 \end{describe}
321
322 \begin{describe}{fun}{qualify-type @<c-type> @<qualifiers> @> @<c-type>}
323   The argument @<c-type> must be an instance of @|qualifiable-c-type|,
324   currently bearing no qualifiers, and @<qualifiers> a list of qualifier
325   keywords.  The result is a C type object like @<c-type> except that it
326   bears the given @<qualifiers>.
327
328   The @<c-type> is not modified.  If @<c-type> is interned, then the returned
329   type will be interned.
330 \end{describe}
331
332 \begin{describe}{fun}{format-qualifiers @<qualifiers> @> @<string>}
333   Returns a string containing the qualifiers listed in @<qualifiers> in C
334   syntax, with a space after each.  In particular, if @<qualifiers> is
335   non-null then the final character of the returned string will be a space.
336 \end{describe}
337
338
339 \subsection{Leaf types} \label{sec:clang.c-types.leaf}
340
341 A \emph{leaf type} is a type which is not defined in terms of another type.
342 In Sod, the leaf types are
343 \begin{itemize}
344 \item \emph{simple types}, including builtin types like @|int| and @|char|,
345   as well as type names introduced by @|typename|, because Sod isn't
346   interested in what the type name means, merely that it names a type; and
347 \item \emph{tagged types}, i.e., enum, struct and union types which are named
348   by a keyword identifying the kind of type, and a \emph{tag}.
349 \end{itemize}
350
351 \begin{describe}{cls}{simple-c-type (qualifiable-c-type)
352     \&key :qualifiers :name}
353   The class of `simple types'; an instance denotes the type @<qualifiers>
354   @<name>.
355
356   A simple type object maintains a \emph{name}, which is a string whose
357   contents are the C name for the type.  The initarg @|:name| may be used to
358   provide this name when calling @|make-instance|.
359
360   Two simple type objects are equal if and only if they have @|string=| names
361   and matching qualifiers.
362
363   A number of symbolic type specifiers for builtin types are predefined as
364   shown in \xref{tab:codegen.c-types.simple}.  These are all defined as if by
365   @|define-simple-c-type|, so can be used to construct qualified types.
366 \end{describe}
367
368 \begin{table}
369   \begin{tabular}[C]{ll}                                           \hlx*{hv}
370     \thd{C type}        & \thd{Specifiers}                      \\ \hlx{vhv}
371     @|void|             & @|void|                               \\ \hlx{v}
372     @|_Bool|            & @|bool|                               \\ \hlx{v}
373     @|char|             & @|char|                               \\ \hlx{}
374     @|wchar_t|          & @|wchar-t|                            \\ \hlx{v}
375     @|signed char|      & @|signed-char|, @|schar|              \\ \hlx{}
376     @|unsigned char|    & @|unsigned-char|, @|uchar|            \\ \hlx{v}
377     @|short|            & @|short|, @|signed-short|, @|short-int|,
378                           @|signed-short-int| @|sshort|         \\ \hlx{}
379     @|unsigned short|   & @|unsigned-short|, @|unsigned-short-int|,
380                           @|ushort|                             \\ \hlx{v}
381     @|int|              & @|int|, @|signed|, @|signed-int|,
382                           @|sint|                               \\ \hlx{}
383     @|unsigned int|     & @|unsigned|, @|unsigned-int|, @|uint| \\ \hlx{v}
384     @|long|             & @|long|, @|signed-long|, @|long-int|,
385                           @|signed-long-int|, @|slong|          \\ \hlx{}
386     @|unsigned long|    & @|unsigned-long|, @|unsigned-long-int|,
387                           @|ulong|                              \\ \hlx{v}
388     @|long long|        & @|long-long|, @|signed-long-long|,
389                           @|long-long-int|,                     \\ \hlx{}
390                         & \qquad @|signed-long-long-int|,
391                           @|llong|, @|sllong|                   \\ \hlx{v}
392     @|unsigned long long|
393                         & @|unsigned-long-long|, @|unsigned-long-long-int|,
394                           @|ullong|                             \\ \hlx{v}
395     @|size_t|           & @|size-t|                             \\ \hlx{}
396     @|ptrdiff_t|        & @|ptrdiff-t|                          \\ \hlx{v}
397     @|float|            & @|float|                              \\ \hlx{}
398     @|double|           & @|double|                             \\ \hlx{}
399     @|long double|      & @|long-double|                        \\ \hlx{v}
400     @|float _Imaginary| & @|float-imaginary|                    \\ \hlx{}
401     @|double _Imaginary|& @|double-imaginary|                   \\ \hlx{}
402     @|long double _Imaginary|
403                         & @|long-double-imaginary|              \\ \hlx{v}
404     @|float _Complex|   & @|float-complex|                      \\ \hlx{}
405     @|double _Complex|  & @|double-complex|                     \\ \hlx{}
406     @|long double _Complex|
407                         & @|long-double-complex|                \\ \hlx{v}
408     @|va_list|          & @|va-list|                            \\ \hlx*{vh}
409   \end{tabular}
410   \caption{Builtin symbolic type specifiers for simple C types}
411   \label{tab:codegen.c-types.simple}
412 \end{table}
413
414 \begin{describe}{fun}
415     {make-simple-type @<name> \&optional @<qualifiers> @> @<c-type>}
416   Return the (unique interned) simple C type object for the C type whose name
417   is @<name> (a string) and which has the given @<qualifiers> (a list of
418   keywords).
419 \end{describe}
420
421 \begin{describe}{gf}{c-type-name @<c-type> @> @<string>}
422   Returns the name of a @|simple-c-type| instance @<c-type> as an immutable
423   string.
424 \end{describe}
425
426 \begin{describe}{mac}
427     {define-simple-c-type \=@{ @<name> @! (@<name>^+) @} @<string> \+ \\
428                             @[[ @|:export| @<export-flag> @]] \-
429       \nlret @<name>}
430   Define type specifiers for a new simple C type.  Each symbol @<name> is
431   defined as a symbolic type specifier for the (unique interned) simple C
432   type whose name is the value of @<string>.  Further, each @<name> is
433   defined to be a type operator: the type specifier @|(@<name>
434   @<qualifier>^*)| evaluates to the (unique interned) simple C type whose
435   name is @<string> and which has the @<qualifiers> (which are evaluated).
436
437   Furthermore, a variable @|c-type-@<name>| is defined, for the first @<name>
438   only, and initialized with the newly constructed C type object.
439
440   If @<export-flag> is true, then the @|c-type-@<name>| variable name, and
441   all of the @<name>s, are exported from the current package.
442 \end{describe}
443
444 \begin{describe}{cls}{tagged-c-type (qualifiable-c-type)
445     \&key :qualifiers :tag}
446   Provides common behaviour for C tagged types.  A @<tag> is a string
447   containing a C identifier.
448
449   Two tagged types are equal if and only if they have the same class, their
450   @<tag>s are @|string=|, and they have matching qualifiers.  (User-defined
451   subclasses may have additional methods on @|c-type-equal-p| which impose
452   further restrictions.)
453 \end{describe}
454 \begin{boxy}[Bug]
455   Sod maintains distinct namespaces for the three kinds of tagged types.  In
456   C, there is only one namespace for tags which is shared between enums,
457   structs and unions.
458 \end{boxy}
459
460 \begin{describe}{gf}{c-tagged-type-kind @<c-type> @> @<keyword>}
461   Returns a keyword classifying the tagged @<c-type>: one of @|:enum|,
462   @|:struct| or @|:union|.  User-defined subclasses of @|tagged-c-type|
463   should return their own classification symbols.  It is intended that
464   @|(string-downcase (c-tagged-type-kind @<c-type>))| be valid C
465   syntax.\footnote{%
466     Alas, C doesn't provide a syntactic category for these keywords;
467     \Cplusplus\ calls them a @<class-key>.} %
468   There is a method defined for each of the built-in tagged type classes
469   @|c-struct-type|, @|c-union-type| and @|c-enum-type|.
470 \end{describe}
471
472 \begin{describe}{gf}{kind-c-tagged-type @<keyword> @> @<symbol>}
473   This is not quite the inverse of @|c-tagged-type-kind|.  Given a keyword
474   naming a kind of tagged type, return the name of the corresponding C
475   type class as a symbol.
476 \end{describe}
477
478 \begin{describe}{cls}{c-enum-type (tagged-c-type) \&key :qualifiers :tag}
479   Represents a C enumerated type.  An instance denotes the C type @|enum|
480   @<tag>.  See the direct superclass @|tagged-c-type| for details.
481
482   The type specifier @|(enum @<tag> @<qualifier>^*)| returns the (unique
483   interned) enumerated type with the given @<tag> and @<qualifier>s (all
484   evaluated).
485 \end{describe}
486 \begin{describe}{fun}
487     {make-enum-type @<tag> \&optional @<qualifiers> @> @<c-enum-type>}
488   Return the (unique interned) C type object for the enumerated C type whose
489   tag is @<tag> (a string) and which has the given @<qualifiers> (a list of
490   keywords).
491 \end{describe}
492
493 \begin{describe}{cls}{c-struct-type (tagged-c-type) \&key :qualifiers :tag}
494   Represents a C structured type.  An instance denotes the C type @|struct|
495   @<tag>.  See the direct superclass @|tagged-c-type| for details.
496
497   The type specifier @|(struct @<tag> @<qualifier>^*)| returns the (unique
498   interned) structured type with the given @<tag> and @<qualifier>s (all
499   evaluated).
500 \end{describe}
501 \begin{describe}{fun}
502     {make-struct-type @<tag> \&optional @<qualifiers> @> @<c-struct-type>}
503   Return the (unique interned) C type object for the structured C type whose
504   tag is @<tag> (a string) and which has the given @<qualifiers> (a list of
505   keywords).
506 \end{describe}
507
508 \begin{describe}{cls}{c-union-type (tagged-c-type) \&key :qualifiers :tag}
509   Represents a C union type.  An instance denotes the C type @|union|
510   @<tag>.  See the direct superclass @|tagged-c-type|
511   for details.
512
513   The type specifier @|(union @<tag> @<qualifier>^*)| returns the (unique
514   interned) union type with the given @<tag> and @<qualifier>s (all
515   evaluated).
516 \end{describe}
517 \begin{describe}{fun}
518     {make-union-type @<tag> \&optional @<qualifiers> @> @<c-union-type>}
519   Return the (unique interned) C type object for the union C type whose tag
520   is @<tag> (a string) and which has the given @<qualifiers> (a list of
521   keywords).
522 \end{describe}
523
524
525 \subsection{Compound C types} \label{sec:code.c-types.compound}
526
527 Some C types are \emph{compound types}: they're defined in terms of existing
528 types.  The classes which represent compound types implement a common
529 protocol.
530
531 \begin{describe}{gf}{c-type-subtype @<c-type> @> @<subtype>}
532   Returns the underlying type of a compound type @<c-type>.  Precisely what
533   this means depends on the class of @<c-type>.
534 \end{describe}
535
536
537 \subsection{Pointer types} \label{sec:clang.c-types.pointer}
538
539 Pointers are compound types.  The subtype of a pointer type is the type it
540 points to.
541
542 \begin{describe}{cls}
543     {c-pointer-type (qualifiable-c-type) \&key :qualifiers :subtype}
544   Represents a C pointer type.  An instance denotes the C type @<subtype>
545   @|*|@<qualifiers>.
546
547   The @<subtype> may be any C type.  Two pointer types are equal if and only
548   if their subtypes are equal and they have matching qualifiers.
549
550   The type specifier @|(* @<type-spec> @<qualifier>^*)| returns a type
551   qualified pointer-to-@<subtype>, where @<subtype> is the type specified by
552   @<type-spec> and the @<qualifier>s are qualifier keywords (which are
553   evaluated).  The synonyms @|ptr| and @|pointer| may be used in place of the
554   star @`*'.
555
556   The symbol @|string| is a type specifier for the type pointer to
557   characters; the symbol @|const-string| is a type specifier for the type
558   pointer to constant characters.
559 \end{describe}
560
561 \begin{describe}{fun}
562     {make-pointer-type @<c-type> \&optional @<qualifiers>
563       @> @<c-pointer-type>}
564   Return an object describing the type qualified pointer to @<subtype>.
565   If @<subtype> is interned, then the returned pointer type object is
566   interned also.
567 \end{describe}
568
569
570 \subsection{Array types} \label{sec:clang.c-types.array}
571
572 Arrays implement the compound-type protocol.  The subtype of an array type is
573 the array element type.
574
575 \begin{describe}{cls}{c-array-type (c-type) \&key :subtype :dimensions}
576   Represents a multidimensional C array type.  The @<dimensions> are a list
577   of dimension specifiers $d_0$, $d_1$, \ldots, $d_{n-1}$; an instance then
578   denotes the C type @<subtype> @|[$d_0$][$d_1$]$\ldots$[$d_{n-1}$]|.  An
579   individual dimension specifier is either a string containing a C integral
580   constant expression, or nil which is equivalent to an empty string.  Only
581   the first (outermost) dimension $d_0$ should be empty.
582
583   C doesn't actually have multidimensional arrays as a primitive notion;
584   rather, it permits an array (with known extent) to be the element type of
585   an array, which achieves an equivalent effect.  C arrays are stored in
586   row-major order: i.e., if we write down the indices of the elements of an
587   array in order of ascending address, the rightmost index varies fastest;
588   hence, the type constructed is more accurately an array of $d_0$ arrays of
589   $d_1$ of \ldots\ arrays of $d_{n-1}$ elements of type @<subtype>.  We shall
590   continue to abuse terminology and refer to multidimensional arrays.
591
592   The type specifier @|([] @<type-spec> @<dimension>^*)| constructs a
593   multidimensional array with the given @<dimension>s whose elements have the
594   type specified by @<type-spec>.  If no dimensions are given then a
595   single-dimensional array with unspecified extent.  The synonyms @|array|
596   and @|vector| may be used in place of the brackets @`[]'.
597 \end{describe}
598
599 \begin{describe}{fun}
600     {make-array-type @<subtype> @<dimensions> @> @<c-array-type>}
601   Return an object describing the type of arrays with given @<dimensions> and
602   with element type @<subtype> (an instance of @|c-type|).  The @<dimensions>
603   argument is a list whose elements are strings or nil; see the description
604   of the class @|c-array-type| above for details.
605 \end{describe}
606
607 \begin{describe}{gf}{c-array-dimensions @<c-type> @> @<list>}
608   Returns the dimensions of @<c-type>, an array type, as an immutable list.
609 \end{describe}
610
611
612 \subsection{Function types} \label{sec:clang.c-types.fun}
613
614 Function types implement the compound-type protocol.  The subtype of a
615 function type is the type of the function's return value.
616
617 \begin{describe}{cls}{argument}
618   Represents an ordinary function argument.
619 \end{describe}
620
621 \begin{describe}{fun}{argumentp @<value> @> @<generalized-boolean>}
622   Decide whether @<value> is an @<argument> object: if so, return non-nil; if
623   not return nil.
624 \end{describe}
625
626 \begin{describe}{fun}{make-argument @<name> @<c-type> @> @<argument>}
627   Construct and a return a new @<argument> object.  The argument has type
628   @<c-type>, which must be a @|c-type| object, and is named @<name>.
629
630   The @<name> may be nil to indicate that the argument has no name: in this
631   case the argument will be formatted as an abstract declarator, which is not
632   suitable for function definitions.  If @<name> is not nil, then the
633   @<name>'s print representation, with @|*print-escape*| nil, is used as the
634   argument name.
635 \end{describe}
636
637 \begin{describe*}
638     {\dhead{fun}{argument-name @<argument> @> @<name>}
639      \dhead{fun}{argument-type @<argument> @> @<c-type>}}
640   Accessor functions for @|argument| objects.  They return the name (for
641   @|argument-name|) or type (for @|argument-type|) from the object, as passed
642   to @|make-argument|.
643 \end{describe*}
644
645 \begin{describe}{gf}
646     {commentify-argument-name @<name> @> @<commentified-name>}
647   Convert the argument name @<name> so that it's suitable to declare the
648   function in a header file.
649
650   Robust header files shouldn't include literal argument names in
651   declarations of functions or function types, since this restricts the
652   including file from defining such names as macros.  This generic function
653   is used to convert names into a safe form.
654
655   \begin{describe}{meth}{commentify-argument-name (@<name> null) @> nil}
656     Returns nil: if the argument name is already omitted, it's safe for use
657     in a header file.
658   \end{describe}
659   \begin{describe}{meth}{commentify-argument-name (@<name> t) @> @<string>}
660     Returns the print form of @<name> wrapped in a C comment, as
661     @`/*@<name>*/'.
662   \end{describe}
663 \end{describe}
664
665 \begin{describe}{fun}
666     {commentify-argument-names @<arguments> @> @<commentified-arguments>}
667   Convert the @<arguments> list so that it's suitable for use in a header
668   file.
669
670   The @<arguments> list should be a list whose items are @|argument| objects
671   or the keyword @|:ellipsis|.  The return value is a list constructed as
672   follows.  For each @|argument| object in the input list, there is a
673   corresponding @|argument| object in the returned list, with the same type,
674   and whose name is the result of @|commentify-argument-name| applied to the
675   input argument name; an @|:ellipsis| in the input list is passed through
676   unchanged.
677 \end{describe}
678
679 \begin{describe}{cls}{c-function-type (c-type) \&key :subtype :arguments}
680   Represents C function types.  An instance denotes the type of a C
681   function which accepts the @<arguments> and returns @<subtype>.
682
683   The @<arguments> are a possibly empty list.  All but the last element of
684   the list must be @|argument| objects; the final element may instead be the
685   keyword @|:ellipsis|, which denotes a variable argument list.
686
687   An @<arguments> list consisting of a single argument with type @|void| is
688   converted into an empty list.  On output as C code, an empty argument list
689   is written as @|void|.  It is not possible to represent a pre-ANSI C
690   function without prototypes.
691
692   Two function types are considered to be the same if their return types are
693   the same, and their argument lists consist of arguments with the same type,
694   in the same order, and either both or neither argument list ends with
695   @|:ellipsis|; argument names are not compared.
696
697   The type specifier
698   \begin{prog}
699     (fun @<return-type>
700          @{ (@<arg-name> @<arg-type>) @}^*
701          @[:ellipsis @! . @<form>@])
702   \end{prog}
703   constructs a function type.  The function has the subtype @<return-type>.
704   The remaining items in the type-specifier list are used to construct the
705   argument list.  The argument items are a possibly improper list, beginning
706   with zero or more \emph{explicit arguments}: two-item
707   @<arg-name>/@<arg-type> lists.  For each such list, an @|argument| object
708   is constructed with the given name (evaluated) and type.  Following the
709   explicit arguments, there may be
710   \begin{itemize}
711   \item nothing, in which case the function's argument list consists only of
712     the explicit arguments;
713   \item the keyword @|:ellipsis|, as the final item in the type-specifier
714     list, indicating a variable argument list may follow the explicit
715     arguments; or
716   \item a possibly-improper list tail, beginning with an atom either as a
717     list item or as the final list cdr, indicating that the entire list tail
718     is Lisp expression which is to be evaluated to compute the remaining
719     arguments.
720   \end{itemize}
721   A tail expression may return a list of @|argument| objects, optionally
722   followed by an @|:ellipsis|.
723
724   For example,
725   \begin{prog}
726     (c-type (fun \=(lisp (c-type-subtype other-func)) \+ \\
727                    ("first" int) . (c-function-arguments other-func))
728   \end{prog}
729   evaluates to a function type like @|other-func|, only with an additional
730   argument of type @|int| added to the front of its argument list.  This
731   could also have been written
732   \begin{prog}
733     (let (\=(args (c-function-arguments other-func)) \+ \\
734             (ret (c-type-subtype other-func))) \- \\ \ind
735       (c-type (fun \=(lisp ret) ("first" int) . args)
736   \end{prog}
737 \end{describe}
738
739 \begin{describe}{fun}
740     {make-function-type @<subtype> @<arguments> @> @<c-function-type>}
741   Construct and return a new function type, returning @<subtype> and
742   accepting the @<arguments>.
743 \end{describe}
744
745 \begin{describe}{gf}
746     {c-function-arguments @<c-function-type> @> @<arguments>}
747   Return the arguments list of the @<c-function-type>.
748 \end{describe}
749
750 \begin{describe}{fun}
751     {commentify-function-type @<c-function-type> @> @<commentified-c-type>}
752   Return a commentified version of the @<c-function-type>.
753
754   The returned type has the same subtype as the given type, and the argument
755   list of the returned type is the result of applying
756   @|commentify-argument-names| to the argument list of the given type.
757 \end{describe}
758
759
760 \subsection{Parsing C types} \label{sec:clang.c-types.parsing}
761
762 \begin{describe}{fun}
763     {parse-c-type @<scanner>
764       @> @<result> @<success-flag> @<consumed-flag>}
765 \end{describe}
766
767 \begin{describe}{fun}
768     {parse-declarator @<scanner> @<base-type> \&key :kernel :abstractp
769       \nlret @<result> @<success-flag> @<consumed-flag>}
770 \end{describe}
771
772
773 \subsection{Class types} \label{sec:clang.c-types.class}
774
775 \begin{describe}{cls}
776     {c-class-type (simple-c-type) \&key :class :tag :qualifiers :name}
777 \end{describe}
778
779 \begin{describe*}
780     {\dhead{gf}{c-type-class @<class-type> @> @<class>}
781      \dhead{gf}{setf (c-type-class @<class-type>) @<class>}}
782 \end{describe*}
783
784 \begin{describe}{fun}{find-class-type @<name> @> @<class-type-or-nil>}
785 \end{describe}
786
787 \begin{describe}{fun}
788     {make-class-type @<name> \&optional @<qualifiers> @> @<class-type>}
789 \end{describe}
790
791 \begin{describe}{fun}
792     {make-class-type @<name> \&optional @<qualifiers> @> @<class-type>}
793 \end{describe}
794
795 \begin{describe}{fun}{find-sod-class @<name> @> @<class>}
796 \end{describe}
797
798 \begin{describe}{fun}{record-sod-class @<class>}
799 \end{describe}
800
801 %%%--------------------------------------------------------------------------
802 \section{Generating C code} \label{sec:clang.codegen}
803
804 This section deals with Sod's facilities for constructing and manipulating C
805 expressions, declarations, instructions and definitions.
806
807
808 \subsection{Temporary names} \label{sec:clang.codegen.temporaries}
809
810 Many C-level objects, especially ones with external linkage or inclusion in a
811 header file, are assigned names which are simple strings, perhaps fixed ones,
812 perhaps constructed.  Other objects don't need meaningful names, and
813 suitably unique constructed names would be tedious and most likely rather
814 opaque.  Therefore Sod has an ability to construct \emph{temporary names}.
815
816 These aren't temporary in the sense that they name C objects which have
817 limited lifetimes at runtime.  Rather, the idea is that the names be
818 significant only to small pieces of Lisp code, which will soon forget about
819 them.
820
821 \subsubsection{The temporary name protocol}
822 Temporary names are represented by objects which implement a simple protocol.
823
824 \begin{describe}{gf}{format-temporary-name @<var> @<stream>}
825 \end{describe}
826
827 \begin{describe*}
828     {\dhead{gf}{var-in-use-p @<var> @> @<generalized-boolean>}
829      \dhead[setf var-in-use-p]
830        {gf}{setf (var-in-use-p @<var>) @<generalized-boolean>}}
831 \end{describe*}
832
833 \subsubsection{Temporary name objects}
834
835 \begin{describe}{cls}{temporary-name () \&key :tag}
836   A temporary name object.  This is the root of a small collection of
837   subclasses, but is also usable on its own.
838 \end{describe}
839
840 \begin{describe}{meth}
841     {commentify-argument-name (@<name> temporary-name) @> nil}
842 \end{describe}
843
844 \begin{table}
845   \begin{tabular}[C]{*2{>{\codeface}l}}                            \hlx*{hv}
846     \thd{\textbf{Class}} & \thd{\textbf{Name format}}           \\ \hlx{vhv}
847     temporary-name              & @<tag>                        \\
848     temporary-argument          & sod__a@<tag>                  \\
849     temporary-function          & sod__f@<tag>                  \\
850     temporary-variable          & sod__v@<tag>                  \\ \hlx*{vh}
851   \end{tabular}
852   \caption{Temporary name formats}
853   \label{tab:codegen.codegen.temps-format}
854 \end{table}
855
856 \begin{describe}{cls}{temporary-argument (temporary-name) \&key :tag}
857 \end{describe}
858
859 \begin{describe}{cls}{temporary-function (temporary-name) \&key :tag}
860 \end{describe}
861
862 \begin{describe}{fun}{temporary-function @> @<name>}
863 \end{describe}
864
865 \begin{describe}{cls}
866     {temporary-variable (temporary-name) \&key :tag :in-use-p}
867 \end{describe}
868
869 \subsubsection{Well-known `temporary' names}
870
871 \begin{table}
872   \begin{tabular}[C]{*2{>{\codeface}l}}                            \hlx*{hv}
873     \thd{\textbf{Variable}} & \thd{\textbf{Name format}}        \\ \hlx{vhv}
874     {}*sod-ap*                  & sod__ap                       \\
875     {}*sod-master-ap*           & sod__master_ap                \\
876     {}*null-pointer*            & NULL                          \\ \hlx*{vh}
877   \end{tabular}
878   \caption{Well-known temporary names}
879   \label{tab:codegen.codegen.well-known-temps}
880 \end{table}
881
882
883 \subsection{Instructions} \label{sec:clang.codegen.insts}
884
885 \begin{describe}{cls}{inst () \&key}
886 \end{describe}
887
888 \begin{describe}{gf}{inst-metric @<inst>}
889 \end{describe}
890
891 \begin{describe}{mac}
892     {definst @<code> (@<streamvar> \&key @<export>) (@<arg>^*) \\ \ind
893       @[[ @<declaration>^* @! @<doc-string> @]] \\
894       @<form>^* \-
895      \nlret @<code>}
896 \end{describe}
897
898 \begin{describe}{mac}
899     {format-compound-statement
900         (@<stream> @<child> \&optional @<morep>) \\ \ind
901       @<declaration>^* \\
902       @<form>^*}
903 \end{describe}
904
905 \begin{table}
906   \begin{tabular}[C]{ll>{\codeface}l}                              \hlx*{hv}
907     \thd{Class name} &
908     \thd{Arguments} &
909     \thd{Output format}                                         \\ \hlx{vhv}
910     @|var|      & @<name> @<type> @|\&optional| @<init>
911                                            & @<type> @<name> @[= @<init>@];
912                                                                 \\ \hlx{v}
913     @|set|      & @<var> @<expr>           & @<var> = @<expr>;  \\ \hlx{v}
914     @|update|   & @<var> @<op> @<expr>     & @<var> @<op>= @<expr>;
915                                                                 \\ \hlx{v}
916     @|return|   & @<expr>                  & return @[@<expr>@];
917                                                                 \\ \hlx{v}
918     @|break|    & ---                      & break;             \\ \hlx{v}
919     @|continue| & ---                      & continue;          \\ \hlx{v}
920     @|expr|     & @<expr>                  & @<expr>;           \\ \hlx{v}
921     @|call|     & @<func> @|\&rest| @<args>
922                                            & @<func>(@<arg>_1,
923                                                      $\ldots$,
924                                                      @<arg>_n)  \\ \hlx{vhv}
925     @|block|    & @<decls> @<body>         & \{ @[@<decls>@] @<body> \}
926                                                                 \\ \hlx{v}
927     @|if|       & @<cond> @<conseq> @|\&optional| @<alt>
928                                            & if (@<cond>) @<conseq>
929                                              @[else @<alt>@]    \\ \hlx{v}
930     @|while|    & @<cond> @<body>          & while (@<cond>) @<body>
931                                                                 \\ \hlx{v}
932     @|do-while| & @<body> @<cond>          & do @<body> while (@<cond>);
933                                                                 \\ \hlx{v}
934     @|function| & @<name> @<type> @<body>  &
935       \vtop{\hbox{\strut @<type>_0 @<name>(@<type>_1 @<arg>_1, $\ldots$,
936                                            @<type>_n @<arg>_n @[, \dots@])}
937             \hbox{\strut \quad @<body>}}                        \\ \hlx*{vh}
938   \end{tabular}
939   \caption{Instruction classes}
940   \label{tab:codegen.codegen.insts}
941 \end{table}
942
943
944 \subsection{Code generation} \label{sec:clang.codegen.codegen}
945
946 \begin{describe}{gf}{codegen-functions @<codegen> @> @<list>}
947 \end{describe}
948
949 \begin{describe}{gf}
950     {ensure-var @<codegen> @<name> @<type> \&optional @<init>}
951 \end{describe}
952
953 \begin{describe}{gf}{emit-inst @<codegen> @<inst>}
954 \end{describe}
955
956 \begin{describe}{gf}{emit-insts @<codegen> @<insts>}
957 \end{describe}
958
959 \begin{describe}{gf}{emit-decl @<codegen> @<decl>}
960 \end{describe}
961
962 \begin{describe}{gf}{emit-decls @<codegen> @<decls>}
963 \end{describe}
964
965 \begin{describe}{gf}{codegen-push @<codegen>}
966 \end{describe}
967
968 \begin{describe}{gf}{codegen-pop @<codegen> @> @<decls> @<insts>}
969 \end{describe}
970
971 \begin{describe}{gf}{codegen-pop-block @<codegen> @> @<block-inst>}
972 \end{describe}
973
974 \begin{describe}{gf}
975     {codegen-pop-function @<codegen> @<name> @<type> @> @<name>}
976 \end{describe}
977
978 \begin{describe}{gf}{codegen-add-function @<codegen> @<function>}
979 \end{describe}
980
981 \begin{describe}{fun}
982     {codegen-build-function @<codegen> @<name> @<type> @<vars> @<insts>
983       @> @<name>}
984 \end{describe}
985
986 \begin{describe}{gf}{temporary-var @<codegen> @<type> @> @<name>}
987 \end{describe}
988
989 \begin{describe}{mac}
990     {with-temporary-var (@<codegen> @<var> @<type>) \\ \ind
991       @<declaration>^* \\
992       @<form>^* \-
993      \nlret @<value>^*}
994 \end{describe}
995
996 \begin{describe}{fun}{deliver-expr @<codegen> @<target> @<expr>}
997 \end{describe}
998
999 \begin{describe}{fun}
1000     {deliver-call @<codegen> @<target> @<func> \&rest @<args>}
1001 \end{describe}
1002
1003 \begin{describe}{fun}{convert-stmts @<codegen> @<target> @<type> @<func>}
1004 \end{describe}
1005
1006 \begin{describe}{cls}{codegen () \&key :vars :insts (:temp-index 0)}
1007 \end{describe}
1008
1009 %%%--------------------------------------------------------------------------
1010 \section{Literal C code fragments} \label{sec:clang.fragment}
1011
1012 \begin{describe}{cls}{c-fragment () \&key :location :text}
1013 \end{describe}
1014
1015 \begin{describe}{gf}{c-fragment-text @<fragment> @> @<string>}
1016 \end{describe}
1017
1018 \begin{describe}{fun}
1019     {scan-c-fragment @<scanner> @<end-chars>
1020       @> @<result> @<success-flag> @<consumed-flag>}
1021 \end{describe}
1022
1023 \begin{describe}{fun}
1024     {parse-delimited-fragment @<scanner> @<begin> @<end> \&key :keep-end
1025       \nlret @<result> @<success-flag> @<consumed-flag>}
1026 \end{describe}
1027
1028 %%%----- That's all, folks --------------------------------------------------
1029
1030 %%% Local variables:
1031 %%% mode: LaTeX
1032 %%% TeX-master: "sod.tex"
1033 %%% TeX-PDF-mode: t
1034 %%% End: