chiark / gitweb /
doc/syntax.tex, src/sod-module.5: Typeset `<qualifier>s' properly.
[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
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16 %%%
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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 @|c-type| macro.  Use
69 of this macro is merely an abbreviation for corresponding use of the various
70 constructor functions, and therefore interns type objects in the same manner.
71 The syntax accepted by the macro can be extended in order to support new
72 classes: see @|defctype|, @|c-type-alias| and @|define-c-type-syntax|.
73
74 The descriptions of each of the various classes include descriptions of the
75 initargs which may be passed to @|make-instance| when constructing a new
76 instance of the class.  However, the constructor functions and S-expression
77 syntax are strongly recommended over direct use of @|make-instance|.
78
79 \subsubsection{Printing}
80 There are two protocols for printing C types.  Unfortunately they have
81 similar names.
82 \begin{itemize}
83 \item The @|print-c-type| function prints a C type value using the
84   S-expression notation.  It is mainly useful for diagnostic purposes.
85 \item The @|pprint-c-type| function prints a C type as a C-syntax
86   declaration.
87 \end{itemize}
88 Neither generic function defines a default primary method; subclasses of
89 @|c-type| must define their own methods in order to print correctly.
90
91
92 \subsection{The C type root class} \label{sec:clang.c-types.root}
93
94 \begin{describe}{cls}{c-type ()}
95   The class @|c-type| marks the root of the built-in C type hierarchy.
96
97   Users may define subclasses of @|c-type|.  All non-abstract subclasses must
98   have a primary method defined on @|pprint-c-type|; unless instances of the
99   subclass are interned, a method on @|c-type-equal-p| is also required.
100
101   The class @|c-type| is abstract.
102 \end{describe}
103
104
105 \subsection{C type S-expression notation} \label{sec:clang.c-types.sexp}
106
107 The S-expression representation of a type is described syntactically as a
108 type specifier.  Type specifiers fit into two syntactic categories.
109 \begin{itemize}
110 \item A \emph{symbolic type specifier} consists of a symbol.  It has a
111   single, fixed meaning: if @<name> is a symbolic type specifier, then each
112   use of @<name> in a type specifier evaluates to the same (@|eq|) type
113   object, until the @<name> is redefined.
114 \item A \emph{type operator} is a symbol; the corresponding specifier is a
115   list whose @|car| is the operator.  The remaining items in the list are
116   arguments to the type operator.
117 \end{itemize}
118
119 \begin{describe}{mac}{c-type @<type-spec> @> @<c-type>}
120   Evaluates to a C type object, as described by the type specifier
121   @<type-spec>.
122 \end{describe}
123
124 \begin{describe}{mac}
125     {defctype @{ @<name> @! (@<name> @<nickname>^*) @} @<type-spec>
126       @> @<names>}
127   Defines a new symbolic type specifier @<name>; if a list of @<name>s is
128   given, then all are defined in the same way.  The type constructed by using
129   any of the @<name>s is as described by the type specifier @<type-spec>.
130
131   The resulting type object is constructed once, at the time that the macro
132   expansion is evaluated; the same (@|eq|) value is used each time any
133   @<name> is used in a type specifier.
134 \end{describe}
135
136 \begin{describe}{mac}{c-type-alias @<original> @<alias>^* @> @<aliases>}
137   Defines each @<alias> as being a type operator identical in behaviour to
138   @<original>.  If @<original> is later redefined then the behaviour of the
139   @<alias>es changes too.
140 \end{describe}
141
142 \begin{describe}{mac}
143     {define-c-type-syntax @<name> @<lambda-list> \\ \ind
144       @[[ @<declaration>^* @! @<doc-string> @]] \\
145       @<form>^* \-
146      \nlret @<name>}
147   Defines the symbol @<name> as a new type operator.  When a list of the form
148   @|(@<name> @<argument>^*)| is used as a type specifier, the @<argument>s
149   are bound to fresh variables according to @<lambda-list> (a destructuring
150   lambda-list) and the @<form>s evaluated in order in the resulting lexical
151   environment as an implicit @|progn|.  The value should be a Lisp form which
152   will evaluate to the type specified by the arguments.
153
154   The @<form>s may call @|expand-c-type-spec| in order to recursively expand
155   type specifiers among its arguments.
156 \end{describe}
157
158 \begin{describe}{fun}{expand-c-type-spec @<type-spec> @> @<form>}
159   Returns the Lisp form that @|(c-type @<type-spec>)| would expand into.
160 \end{describe}
161
162 \begin{describe}{gf}
163     {print-c-type @<stream> @<type> \&optional @<colon> @<atsign>}
164   Print the C type object @<type> to @<stream> in S-expression form.  The
165   @<colon> and @<atsign> arguments may be interpreted in any way which seems
166   appropriate: they are provided so that @|print-c-type| may be called via
167   @|format|'s @|\char`\~/\dots/| command; they are not set when
168   @|print-c-type| is called by Sod functions.
169
170   There should be a method defined for every C type class; there is no
171   default method.
172 \end{describe}
173
174
175 \subsection{Comparing C types} \label{sec:clang.c-types.cmp}
176
177 It is necessary to compare C types for equality, for example when checking
178 argument lists for methods.  This is done by @|c-type-equal-p|.
179
180 \begin{describe}{gf}
181     {c-type-equal-p @<c-type>_1 @<c-type>_2 @> @<generalized-boolean>}
182   The generic function @|c-type-equal-p| compares two C types @<c-type>_1 and
183   @<c-type>_2 for equality; it returns true if the two types are equal and
184   false if they are not.
185
186   Two types are equal if they are structurally similar, where this property
187   is defined by methods for each individual class; see the descriptions of
188   the classes for the details.
189
190   The generic function @|c-type-equal-p| uses the @|and| method combination.
191
192   \begin{describe}{meth}{c-type-equal-p @<c-type>_1 @<c-type>_2}
193     A default primary method for @|c-type-equal-p| is defined.  It simply
194     returns @|nil|.  This way, methods can specialize on both arguments
195     without fear that a call will fail because no methods are applicable.
196   \end{describe}
197   \begin{describe}{ar-meth}{c-type-equal-p @<c-type>_1 @<c-type>_2}
198     A default around-method for @|c-type-equal-p| is defined.  It returns
199     true if @<c-type>_1 and @<c-type>_2 are @|eql|; otherwise it delegates to
200     the primary methods.  Since several common kinds of C types are interned,
201     this is a common case worth optimizing.
202   \end{describe}
203 \end{describe}
204
205
206 \subsection{Outputting C types} \label{sec:clang.c-types.output}
207
208 \begin{describe}{gf}{pprint-c-type @<c-type> @<stream> @<kernel>}
209   The generic function @|pprint-c-type| pretty-prints to @<stream> a C-syntax
210   declaration of an object or function of type @<c-type>.  The result is
211   written to @<stream>.
212
213   A C declaration has two parts: a sequence of \emph{declaration specifiers}
214   and a \emph{declarator}.  The declarator syntax involves parentheses and
215   operators, in order to reflect the operators applicable to the declared
216   variable.  For example, the name of a pointer variable is preceded by @`*';
217   the name of an array is followed by dimensions enclosed in @`['\dots @`]'.
218
219   The @<kernel> argument must be a function designator (though see the
220   standard around-method); it is invoked as
221   \begin{quote} \codeface
222     (funcall @<kernel> @<stream> @<priority> @<spacep>)
223   \end{quote}
224   It should write to @<stream> -- which may not be the same stream originally
225   passed into the generic function -- the `kernel' of the declarator, i.e.,
226   the part to which prefix and/or postfix operators are attached to form the
227   full declarator.
228
229   The methods on @|pprint-c-type| specialized for compound types work by
230   recursively calling @|pprint-c-type| on the subtype, passing down a closure
231   which prints the necessary additional declarator operators before calling
232   the original @<kernel> function.  The additional arguments @<priority> and
233   @<spacep> support this implementation technique.
234
235   The @<priority> argument describes the surrounding operator context.  It is
236   zero if no type operators are directly attached to the kernel (i.e., there
237   are no operators at all, or the kernel is enclosed in parentheses), one if
238   a prefix operator is directly attached, or two if a postfix operator is
239   directly attached.  If the @<kernel> function intends to provide its own
240   additional declarator operators, it should check the @<priority> in order
241   to determine whether parentheses are necessary.  See also the
242   @|maybe-in-parens| macro (page~\pageref{mac:maybe-in-parens}).
243
244   The @<spacep> argument indicates whether a space needs to be printed in
245   order to separate the declarator from the declaration specifiers.  A kernel
246   which contains an identifier should insert a space before the identifier
247   when @<spacep> is non-nil.  An `empty' kernel, as found in an abstract
248   declarator (one that specifies no name), looks more pleasing without a
249   trailing space.  See also the @|c-type-space| function
250   (page~\pageref{fun:c-type-space}).
251
252   Every concrete subclass of @|c-type| is expected to provide a primary
253   method on this function.  There is no default primary method.
254
255   \begin{describe}{ar-meth}{pprint-c-type @<c-type> @<stream> @<kernel>}
256     A default around method is defined on @|pprint-c-type| which `canonifies'
257     non-function @<kernel> arguments.  In particular:
258     \begin{itemize}
259     \item if @<kernel> is nil, then @|pprint-c-type| is called recursively
260       with a @<kernel> function that does nothing; and
261     \item if @<kernel> is any other kind of object, then @|pprint-c-type| is
262       called recursively with a @<kernel> function that prints the object as
263       if by @|princ|, preceded if necessary by space using @|c-type-space|.
264     \end{itemize}
265   \end{describe}
266 \end{describe}
267
268 \begin{describe}{fun}{c-type-space @<stream>}
269   Writes a space and other pretty-printing instructions to @<stream> in order
270   visually to separate a declarator from the preceding declaration
271   specifiers.  The precise details are subject to change.
272 \end{describe}
273
274 \begin{describe}{mac}
275     {maybe-in-parens (@<stream-var> @<guard-form>)
276       @<declaration>^*
277       @<form>^*}
278   The @<guard-form> is evaluated, and then the @<form>s are evaluated in
279   sequence within a pretty-printer logical block writing to the stream named
280   by the symbol @<stream-var>.  If the @<guard-form> evaluates to nil, then
281   the logical block has empty prefix and suffix strings; if it evaluates to a
282   non-nil value, then the logical block has prefix and suffix @`(' and @`)'
283   respectively.
284
285   Note that this may cause @<stream> to be bound to a different stream object
286   within the @<form>s.
287 \end{describe}
288
289
290 \subsection{Type qualifiers and qualifiable types}
291 \label{sec:clang.ctypes.qual}
292
293 \begin{describe}{cls}{qualifiable-c-type (c-type) \&key :qualifiers}
294   The class @|qualifiable-c-type| describes C types which can bear
295   `qualifiers' (\Cplusplus\ calls them `cv-qualifiers'): @|const|,
296   @|restrict| and @|volatile|.
297
298   The @<qualifiers> are a list of keyword symbols @|:const|, @|:restrict| and
299   @|:volatile|.  There is no built-in limitation to these particular
300   qualifiers; others keywords may be used, though this isn't recommended.
301
302   Two qualifiable types are equal only if they have \emph{matching
303   qualifiers}: i.e., every qualifier attached to one is also attached to the
304   other: order is not significant, and neither is multiplicity.
305
306   The class @|qualifiable-c-type| is abstract.
307 \end{describe}
308
309 \begin{describe}{gf}{c-type-qualifiers @<c-type> @> @<list>}
310   Returns the qualifiers of the @|qualifiable-c-type| instance @<c-type> as
311   an immutable list.
312 \end{describe}
313
314 \begin{describe}{fun}{qualify-type @<c-type> @<qualifiers> @> @<c-type>}
315   The argument @<c-type> must be an instance of @|qualifiable-c-type|,
316   currently bearing no qualifiers, and @<qualifiers> a list of qualifier
317   keywords.  The result is a C type object like @<c-type> except that it
318   bears the given @<qualifiers>.
319
320   The @<c-type> is not modified.  If @<c-type> is interned, then the returned
321   type will be interned.
322 \end{describe}
323
324 \begin{describe}{fun}{format-qualifiers @<qualifiers> @> @<string>}
325   Returns a string containing the qualifiers listed in @<qualifiers> in C
326   syntax, with a space after each.  In particular, if @<qualifiers> is
327   non-null then the final character of the returned string will be a space.
328 \end{describe}
329
330
331 \subsection{Leaf types} \label{sec:clang.c-types.leaf}
332
333 A \emph{leaf type} is a type which is not defined in terms of another type.
334 In Sod, the leaf types are
335 \begin{itemize}
336 \item \emph{simple types}, including builtin types like @|int| and @|char|,
337   as well as type names introduced by @|typename|, because Sod isn't
338   interested in what the type name means, merely that it names a type; and
339 \item \emph{tagged types}, i.e., enum, struct and union types which are named
340   by a keyword identifying the kind of type, and a \emph{tag}.
341 \end{itemize}
342
343 \begin{describe}{cls}{simple-c-type (qualifiable-c-type)
344     \&key :qualifiers :name}
345   The class of `simple types'; an instance denotes the type @<qualifiers>
346   @<name>.
347
348   A simple type object maintains a \emph{name}, which is a string whose
349   contents are the C name for the type.  The initarg @|:name| may be used to
350   provide this name when calling @|make-instance|.
351
352   Two simple type objects are equal if and only if they have @|string=| names
353   and matching qualifiers.
354
355   A number of symbolic type specifiers for builtin types are predefined as
356   shown in \xref{tab:codegen.c-types.simple}.  These are all defined as if by
357   @|define-simple-c-type|, so can be used to construct qualified types.
358 \end{describe}
359
360 \begin{table}
361   \begin{tabular}[C]{ll}                                           \hlx*{hv}
362     \thd{C type}        & \thd{Specifiers}                      \\ \hlx{vhv}
363     @|void|             & @|void|                               \\ \hlx{v}
364     @|_Bool|            & @|bool|                               \\ \hlx{v}
365     @|char|             & @|char|                               \\ \hlx{}
366     @|wchar_t|          & @|wchar-t|                            \\ \hlx{v}
367     @|signed char|      & @|signed-char|, @|schar|              \\ \hlx{}
368     @|unsigned char|    & @|unsigned-char|, @|uchar|            \\ \hlx{v}
369     @|short|            & @|short|, @|signed-short|, @|short-int|,
370                           @|signed-short-int| @|sshort|         \\ \hlx{}
371     @|unsigned short|   & @|unsigned-short|, @|unsigned-short-int|,
372                           @|ushort|                             \\ \hlx{v}
373     @|int|              & @|int|, @|signed|, @|signed-int|,
374                           @|sint|                               \\ \hlx{}
375     @|unsigned int|     & @|unsigned|, @|unsigned-int|, @|uint| \\ \hlx{v}
376     @|long|             & @|long|, @|signed-long|, @|long-int|,
377                           @|signed-long-int|, @|slong|          \\ \hlx{}
378     @|unsigned long|    & @|unsigned-long|, @|unsigned-long-int|,
379                           @|ulong|                              \\ \hlx{v}
380     @|long long|        & @|long-long|, @|signed-long-long|,
381                           @|long-long-int|,                     \\ \hlx{}
382                         & \qquad @|signed-long-long-int|,
383                           @|llong|, @|sllong|                   \\ \hlx{v}
384     @|unsigned long long|
385                         & @|unsigned-long-long|, @|unsigned-long-long-int|,
386                           @|ullong|                             \\ \hlx{v}
387     @|size_t|           & @|size-t|                             \\ \hlx{}
388     @|ptrdiff_t|        & @|ptrdiff-t|                          \\ \hlx{v}
389     @|float|            & @|float|                              \\ \hlx{}
390     @|double|           & @|double|                             \\ \hlx{}
391     @|long double|      & @|long-double|                        \\ \hlx{v}
392     @|float _Imaginary| & @|float-imaginary|                    \\ \hlx{}
393     @|double _Imaginary|& @|double-imaginary|                   \\ \hlx{}
394     @|long double _Imaginary|
395                         & @|long-double-imaginary|              \\ \hlx{v}
396     @|float _Complex|   & @|float-complex|                      \\ \hlx{}
397     @|double _Complex|  & @|double-complex|                     \\ \hlx{}
398     @|long double _Complex|
399                         & @|long-double-complex|                \\ \hlx{v}
400     @|va_list|          & @|va-list|                            \\ \hlx*{vh}
401   \end{tabular}
402   \caption{Builtin symbolic type specifiers for simple C types}
403   \label{tab:codegen.c-types.simple}
404 \end{table}
405
406 \begin{describe}{fun}
407     {make-simple-type @<name> \&optional @<qualifiers> @> @<c-type>}
408   Return the (unique interned) simple C type object for the C type whose name
409   is @<name> (a string) and which has the given @<qualifiers> (a list of
410   keywords).
411 \end{describe}
412
413 \begin{describe}{gf}{c-type-name @<c-type> @> @<string>}
414   Returns the name of a @|simple-c-type| instance @<c-type> as an immutable
415   string.
416 \end{describe}
417
418 \begin{describe}{mac}
419     {define-simple-c-type @{ @<name> @! (@<name>^*) @} @<string> @> @<name>}
420   Define type specifiers for a new simple C type.  Each symbol @<name> is
421   defined as a symbolic type specifier for the (unique interned) simple C
422   type whose name is the value of @<string>.  Further, each @<name> is
423   defined to be a type operator: the type specifier @|(@<name>
424   @<qualifier>^*)| evaluates to the (unique interned) simple C type whose
425   name is @<string> and which has the @<qualifiers> (which are evaluated).
426 \end{describe}
427
428 \begin{describe}{cls}{tagged-c-type (qualifiable-c-type)
429     \&key :qualifiers :tag}
430   Provides common behaviour for C tagged types.  A @<tag> is a string
431   containing a C identifier.
432
433   Two tagged types are equal if and only if they have the same class, their
434   @<tag>s are @|string=|, and they have matching qualifiers.  (User-defined
435   subclasses may have additional methods on @|c-type-equal-p| which impose
436   further restrictions.)
437 \end{describe}
438 \begin{boxy}[Bug]
439   Sod maintains distinct namespaces for the three kinds of tagged types.  In
440   C, there is only one namespace for tags which is shared between enums,
441   structs and unions.
442 \end{boxy}
443
444 \begin{describe}{gf}{c-tagged-type-kind @<c-type> @> @<keyword>}
445   Returns a keyword classifying the tagged @<c-type>: one of @|:enum|,
446   @|:struct| or @|:union|.  User-defined subclasses of @|tagged-c-type|
447   should return their own classification symbols.  It is intended that
448   @|(string-downcase (c-tagged-type-kind @<c-type>))| be valid C
449   syntax.\footnote{%
450     Alas, C doesn't provide a syntactic category for these keywords;
451     \Cplusplus\ calls them a @<class-key>.} %
452   There is a method defined for each of the built-in tagged type classes
453   @|c-struct-type|, @|c-union-type| and @|c-enum-type|.
454 \end{describe}
455
456 \begin{describe}{gf}{kind-c-tagged-type @<keyword> @> @<symbol>}
457   This is not quite the inverse of @|c-tagged-type-kind|.  Given a keyword
458   naming a kind of tagged type, return the name of the corresponding C
459   type class as a symbol.
460 \end{describe}
461
462 \begin{describe}{cls}{c-enum-type (tagged-c-type) \&key :qualifiers :tag}
463   Represents a C enumerated type.  An instance denotes the C type @|enum|
464   @<tag>.  See the direct superclass @|tagged-c-type| for details.
465
466   The type specifier @|(enum @<tag> @<qualifier>^*)| returns the (unique
467   interned) enumerated type with the given @<tag> and @<qualifier>s (all
468   evaluated).
469 \end{describe}
470 \begin{describe}{fun}
471     {make-enum-type @<tag> \&optional @<qualifiers> @> @<c-enum-type>}
472   Return the (unique interned) C type object for the enumerated C type whose
473   tag is @<tag> (a string) and which has the given @<qualifiers> (a list of
474   keywords).
475 \end{describe}
476
477 \begin{describe}{cls}{c-struct-type (tagged-c-type) \&key :qualifiers :tag}
478   Represents a C structured type.  An instance denotes the C type @|struct|
479   @<tag>.  See the direct superclass @|tagged-c-type| for details.
480
481   The type specifier @|(struct @<tag> @<qualifier>^*)| returns the (unique
482   interned) structured type with the given @<tag> and @<qualifier>s (all
483   evaluated).
484 \end{describe}
485 \begin{describe}{fun}
486     {make-struct-type @<tag> \&optional @<qualifiers> @> @<c-struct-type>}
487   Return the (unique interned) C type object for the structured C type whose
488   tag is @<tag> (a string) and which has the given @<qualifiers> (a list of
489   keywords).
490 \end{describe}
491
492 \begin{describe}{cls}{c-union-type (tagged-c-type) \&key :qualifiers :tag}
493   Represents a C union type.  An instance denotes the C type @|union|
494   @<tag>.  See the direct superclass @|tagged-c-type|
495   for details.
496
497   The type specifier @|(union @<tag> @<qualifier>^*)| returns the (unique
498   interned) union type with the given @<tag> and @<qualifier>s (all
499   evaluated).
500 \end{describe}
501 \begin{describe}{fun}
502     {make-union-type @<tag> \&optional @<qualifiers> @> @<c-union-type>}
503   Return the (unique interned) C type object for the union C type whose tag
504   is @<tag> (a string) and which has the given @<qualifiers> (a list of
505   keywords).
506 \end{describe}
507
508
509 \subsection{Compound C types} \label{sec:code.c-types.compound}
510
511 Some C types are \emph{compound types}: they're defined in terms of existing
512 types.  The classes which represent compound types implement a common
513 protocol.
514
515 \begin{describe}{gf}{c-type-subtype @<c-type> @> @<subtype>}
516   Returns the underlying type of a compound type @<c-type>.  Precisely what
517   this means depends on the class of @<c-type>.
518 \end{describe}
519
520
521 \subsection{Pointer types} \label{sec:clang.c-types.pointer}
522
523 Pointers compound types.  The subtype of a pointer type is the type it points
524 to.
525
526 \begin{describe}{cls}
527     {c-pointer-type (qualifiable-c-type) \&key :qualifiers :subtype}
528   Represents a C pointer type.  An instance denotes the C type @<subtype>
529   @|*|@<qualifiers>.
530
531   The @<subtype> may be any C type.  Two pointer types are equal if and only
532   if their subtypes are equal and they have matching qualifiers.
533
534   The type specifier @|(* @<type-spec> @<qualifier>^*)| returns a type
535   qualified pointer-to-@<subtype>, where @<subtype> is the type specified by
536   @<type-spec> and the @<qualifier>s are qualifier keywords (which are
537   evaluated).  The synonyms @|ptr| and @|pointer| may be used in place of the
538   star @`*'.
539
540   The symbol @|string| is a type specifier for the type pointer to
541   characters; the symbol @|const-string| is a type specifier for the type
542   pointer to constant characters.
543 \end{describe}
544
545 \begin{describe}{fun}
546     {make-pointer-type @<c-type> \&optional @<qualifiers>
547       @> @<c-pointer-type>}
548   Return an object describing the type qualified pointer to @<subtype>.
549   If @<subtype> is interned, then the returned pointer type object is
550   interned also.
551 \end{describe}
552
553
554 \subsection{Array types} \label{sec:clang.c-types.array}
555
556 Arrays implement the compound-type protocol.  The subtype of an array type is
557 the array element type.
558
559 \begin{describe}{cls}{c-array-type (c-type) \&key :subtype :dimensions}
560   Represents a multidimensional C array type.  The @<dimensions> are a list
561   of dimension specifiers $d_0$, $d_1$, \ldots, $d_{n-1}$; an instance then
562   denotes the C type @<subtype> @|[$d_0$][$d_1$]$\ldots$[$d_{n-1}$]|.  An
563   individual dimension specifier is either a string containing a C integral
564   constant expression, or nil which is equivalent to an empty string.  Only
565   the first (outermost) dimension $d_0$ should be empty.
566
567   C doesn't actually have multidimensional arrays as a primitive notion;
568   rather, it permits an array (with known extent) to be the element type of
569   an array, which achieves an equivalent effect.  C arrays are stored in
570   row-major order: i.e., if we write down the indices of the elements of an
571   array in order of ascending address, the rightmost index varies fastest;
572   hence, the type constructed is more accurately an array of $d_0$ arrays of
573   $d_1$ of \ldots\ arrays of $d_{n-1}$ elements of type @<subtype>.  We shall
574   continue to abuse terminology and refer to multidimensional arrays.
575
576   The type specifier @|([] @<type-spec> @<dimension>^*)| constructs a
577   multidimensional array with the given @<dimension>s whose elements have the
578   type specified by @<type-spec>.  If no dimensions are given then a
579   single-dimensional array with unspecified extent.  The synonyms @|array|
580   and @|vector| may be used in place of the brackets @`[]'.
581 \end{describe}
582
583 \begin{describe}{fun}
584     {make-array-type @<subtype> @<dimensions> @> @<c-array-type>}
585   Return an object describing the type of arrays with given @<dimensions> and
586   with element type @<subtype> (an instance of @|c-type|).  The @<dimensions>
587   argument is a list whose elements are strings or nil; see the description
588   of the class @|c-array-type| above for details.
589 \end{describe}
590
591 \begin{describe}{gf}{c-array-dimensions @<c-type> @> @<list>}
592   Returns the dimensions of @<c-type>, an array type, as an immutable list.
593 \end{describe}
594
595
596 \subsection{Function types} \label{sec:clang.c-types.fun}
597
598 Function types implement the compound-type protocol.  The subtype of a
599 function type is the type of the function's return value.
600
601 \begin{describe}{cls}{argument}
602   Represents an ordinary function argument.
603 \end{describe}
604
605 \begin{describe}{fun}{argumentp @<value> @> @<generalized-boolean>}
606   Decide whether @<value> is an @<argument> object: if so, return non-nil; if
607   not return nil.
608 \end{describe}
609
610 \begin{describe}{fun}{make-argument @<name> @<c-type> @> @<argument>}
611   Construct and a return a new @<argument> object.  The argument has type
612   @<c-type>, which must be a @|c-type| object, and is named @<name>.
613
614   The @<name> may be nil to indicate that the argument has no name: in this
615   case the argument will be formatted as an abstract declarator, which is not
616   suitable for function definitions.  If @<name> is not nil, then the
617   @<name>'s print representation, with @|*print-escape*| nil, is used as the
618   argument name.
619 \end{describe}
620
621 \begin{describe*}
622     {\dhead{fun}{argument-name @<argument> @> @<name>}
623      \dhead{fun}{argument-type @<argument> @> @<c-type>}}
624   Accessor functions for @|argument| objects.  They return the name (for
625   @|argument-name|) or type (for @|argument-type|) from the object, as passed
626   to @|make-argument|.
627 \end{describe*}
628
629 \begin{describe}{gf}
630     {commentify-argument-name @<name> @> @<commentified-name>}
631   Convert the argument name @<name> so that it's suitable to declare the
632   function in a header file.
633
634   Robust header files shouldn't include literal argument names in
635   declarations of functions or function types, since this restricts the
636   including file from defining such names as macros.  This generic function
637   is used to convert names into a safe form.
638
639   \begin{describe}{meth}{commentify-argument-name (@<name> null) @> nil}
640     Returns nil: if the argument name is already omitted, it's safe for use
641     in a header file.
642   \end{describe}
643   \begin{describe}{meth}{commentify-argument-name (@<name> t) @> @<string>}
644     Returns the print form of @<name> wrapped in a C comment, as
645     @`/*@<name>*/'.
646   \end{describe}
647 \end{describe}
648
649 \begin{describe}{fun}
650     {commentify-argument-names @<arguments> @> @<commentified-arguments>}
651   Convert the @<arguments> list so that it's suitable for use in a header
652   file.
653
654   The @<arguments> list should be a list whose items are @|argument| objects
655   or the keyword @|:ellipsis|.  The return value is a list constructed as
656   follows.  For each @|argument| object in the input list, there is a
657   corresponding @|argument| object in the returned list, with the same type,
658   and whose name is the result of @|commentify-argument-name| applied to the
659   input argument name; an @|:ellipsis| in the input list is passed through
660   unchanged.
661 \end{describe}
662
663 \begin{describe}{cls}{c-function-type (c-type) \&key :subtype :arguments}
664   Represents C function types.  An instance denotes the type of a C
665   function which accepts the @<arguments> and returns @<subtype>.
666
667   The @<arguments> are a possibly empty list.  All but the last element of
668   the list must be @|argument| objects; the final element may instead be the
669   keyword @|:ellipsis|, which denotes a variable argument list.
670
671   An @<arguments> list consisting of a single argument with type @|void| is
672   converted into an empty list.  On output as C code, an empty argument list
673   is written as @|void|.  It is not possible to represent a pre-ANSI C
674   function without prototypes.
675
676   Two function types are considered to be the same if their return types are
677   the same, and their argument lists consist of arguments with the same type,
678   in the same order, and either both or neither argument list ends with
679   @|:ellipsis|; argument names are not compared.
680
681   The type specifier @|(fun @<return-type> @{ (@<arg-name> @<arg-type>) @}^*
682   @[:ellipsis @! . @<form> @])| constructs a function type.  The function has
683   the subtype @<return-type>.  The remaining items in the type-specifier list
684   are used to construct the argument list.  The argument items are a possibly
685   improper list, beginning with zero or more \emph{explicit arguments}:
686   two-item @<arg-name>/@<arg-type> lists.  For each such list, an @|argument|
687   object is constructed with the given name (evaluated) and type.  Following
688   the explicit arguments, there may be
689   \begin{itemize}
690   \item nothing, in which case the function's argument list consists only of
691     the explicit arguments;
692   \item the keyword @|:ellipsis|, as the final item in the type-specifier
693     list, indicating a variable argument list may follow the explicit
694     arguments; or
695   \item a possibly-improper list tail, beginning with an atom either as a
696     list item or as the final list cdr, indicating that the entire list tail
697     is Lisp expression which is to be evaluated to compute the remaining
698     arguments.
699   \end{itemize}
700   A tail expression may return a list of @|argument| objects, optionally
701   followed by an @|:ellipsis|.
702
703   For example,
704   \begin{prog}
705     (c-type (fun \=(lisp (c-type-subtype other-func)) \+ \\
706                    ("first" int) . (c-function-arguments other-func))
707   \end{prog}
708   evaluates to a function type like @|other-func|, only with an additional
709   argument of type @|int| added to the front of its argument list.  This
710   could also have been written
711   \begin{prog}
712     (let (\=(args (c-function-arguments other-func)) \+ \\
713             (ret (c-type-subtype other-func))) \- \\ \ind
714       (c-type (fun \=(lisp ret) ("first" int) . args)
715   \end{prog}
716 \end{describe}
717
718 \begin{describe}{fun}
719     {make-function-type @<subtype> @<arguments> @> @<c-function-type>}
720   Construct and return a new function type, returning @<subtype> and
721   accepting the @<arguments>.
722 \end{describe}
723
724 \begin{describe}{gf}
725     {c-function-arguments @<c-function-type> @> @<arguments>}
726   Return the arguments list of the @<c-function-type>.
727 \end{describe}
728
729 \begin{describe}{fun}
730     {commentify-function-type @<c-function-type> @> @<commentified-c-type>}
731   Return a commentified version of the @<c-function-type>.
732
733   The returned type has the same subtype as the given type, and the argument
734   list of the returned type is the result of applying
735   @|commentify-argument-names| to the argument list of the given type.
736 \end{describe}
737
738
739 \subsection{Parsing C types} \label{sec:clang.c-types.parsing}
740
741 \begin{describe}{fun}
742     {parse-c-type @<scanner>
743       @> @<result> @<success-flag> @<consumed-flag>}
744 \end{describe}
745
746 \begin{describe}{fun}
747     {parse-declarator @<scanner> @<base-type> \&key :kernel :abstractp
748       \nlret @<result> @<success-flag> @<consumed-flag>}
749 \end{describe}
750
751
752 \subsection{Class types} \label{sec:clang.c-types.class}
753
754 \begin{describe}{cls}
755     {c-class-type (simple-c-type) \&key :class :tag :qualifiers :name}
756 \end{describe}
757
758 \begin{describe*}
759     {\dhead{gf}{c-type-class @<class-type> @> @<class>}
760      \dhead{gf}{setf (c-type-class @<class-type>) @<class>}}
761 \end{describe*}
762
763 \begin{describe}{fun}{find-class-type @<name> @> @<class-type-or-nil>}
764 \end{describe}
765
766 \begin{describe}{fun}
767     {make-class-type @<name> \&optional @<qualifiers> @> @<class-type>}
768 \end{describe}
769
770 \begin{describe}{fun}
771     {make-class-type @<name> \&optional @<qualifiers> @> @<class-type>}
772 \end{describe}
773
774 \begin{describe}{fun}{find-sod-class @<name> @> @<class>}
775 \end{describe}
776
777 \begin{describe}{fun}{record-sod-class @<class>}
778 \end{describe}
779
780 %%%--------------------------------------------------------------------------
781 \section{Generating C code} \label{sec:clang.codegen}
782
783 This section deals with Sod's facilities for constructing and manipulating C
784 expressions, declarations, instructions and definitions.
785
786
787 \subsection{Temporary names} \label{sec:clang.codegen.temporaries}
788
789 Many C-level objects, especially ones with external linkage or inclusion in a
790 header file, are assigned names which are simple strings, perhaps fixed ones,
791 perhaps constructed.  Other objects don't need meaningful names, and
792 suitably unique constructed names would be tedious and most likely rather
793 opaque.  Therefore Sod has an ability to construct \emph{temporary names}.
794
795 These aren't temporary in the sense that they name C objects which have
796 limited lifetimes at runtime.  Rather, the idea is that the names be
797 significant only to small pieces of Lisp code, which will soon forget about
798 them.
799
800 \subsubsection{The temporary name protocol}
801 Temporary names are represented by objects which implement a simple protocol.
802
803 \begin{describe}{gf}{format-temporary-name @<var> @<stream>}
804 \end{describe}
805
806 \begin{describe*}
807     {\dhead{gf}{var-in-use-p @<var> @> @<generalized-boolean>}
808      \dhead[setf var-in-use-p]
809        {gf}{setf (var-in-use-p @<var>) @<generalized-boolean>}}
810 \end{describe*}
811
812 \subsubsection{Temporary name objects}
813
814 \begin{describe}{cls}{temporary-name () \&key :tag}
815   A temporary name object.  This is the root of a small collection of
816   subclasses, but is also usable on its own.
817 \end{describe}
818
819 \begin{describe}{meth}
820     {commentify-argument-name (@<name> temporary-name) @> nil}
821 \end{describe}
822
823 \begin{table}
824   \begin{tabular}[C]{*2{>{\codeface}l}}                            \hlx*{hv}
825     \thd{\textbf{Class}} & \thd{\textbf{Name format}}           \\ \hlx{vhv}
826     temporary-name              & @<tag>                        \\
827     temporary-argument          & sod__a@<tag>                  \\
828     temporary-function          & sod__f@<tag>                  \\
829     temporary-variable          & sod__v@<tag>                  \\ \hlx*{vh}
830   \end{tabular}
831   \caption{Temporary name formats}
832   \label{tab:codegen.codegen.temps-format}
833 \end{table}
834
835 \begin{describe}{cls}{temporary-argument (temporary-name) \&key :tag}
836 \end{describe}
837
838 \begin{describe}{cls}{temporary-function (temporary-name) \&key :tag}
839 \end{describe}
840
841 \begin{describe}{fun}{temporary-function @> @<name>}
842 \end{describe}
843
844 \begin{describe}{cls}
845     {temporary-variable (temporary-name) \&key :tag :in-use-p}
846 \end{describe}
847
848 \subsubsection{Well-known `temporary' names}
849
850 \begin{table}
851   \begin{tabular}[C]{*2{>{\codeface}l}}                            \hlx*{hv}
852     \thd{\textbf{Variable}} & \thd{\textbf{Name format}}        \\ \hlx{vhv}
853     {}*sod-ap*                  & sod__ap                       \\
854     {}*sod-master-ap*           & sod__master_ap                \\
855     {}*sod-tmp-ap*              & sod__tmp_ap                   \\ \hlx*{vh}
856   \end{tabular}
857   \caption{Well-known temporary names}
858   \label{tab:codegen.codegen.well-known-temps}
859 \end{table}
860
861
862 \subsection{Instructions} \label{sec:clang.codegen.insts}
863
864 \begin{describe}{cls}{inst () \&key}
865 \end{describe}
866
867 \begin{describe}{gf}{inst-metric @<inst>}
868 \end{describe}
869
870 \begin{describe}{mac}
871     {definst @<code> (@<streamvar> \&key @<export>) (@<arg>^*) \\ \ind
872       @[[ @<declaration>^* @! @<doc-string> @]] \\
873       @<form>^* \-
874      \nlret @<code>}
875 \end{describe}
876
877 \begin{describe}{mac}
878     {format-compound-statement
879         (@<stream> @<child> \&optional @<morep>) \\ \ind
880       @<declaration>^* \\
881       @<form>^*}
882 \end{describe}
883
884 \begin{table}
885   \begin{tabular}[C]{ll>{\codeface}l}                              \hlx*{hv}
886     \thd{Class name} &
887     \thd{Arguments} &
888     \thd{Output format}                                         \\ \hlx{vhv}
889     @|var|      & @<name> @<type> @<init>  & @<type> @<name> @[= @<init>@];
890                                                                 \\ \hlx{v}
891     @|set|      & @<var> @<expr>           & @<var> = @<expr>;  \\ \hlx{v}
892     @|update|   & @<var> @<op> @<expr>     & @<var> @<op>= @<expr>;
893                                                                 \\ \hlx{v}
894     @|return|   & @<expr>                  & return @[@<expr>@];
895                                                                 \\ \hlx{v}
896     @|break|    & ---                      & break;             \\ \hlx{v}
897     @|continue| & ---                      & continue;          \\ \hlx{v}
898     @|expr|     & @<expr>                  & @<expr>;           \\ \hlx{v}
899     @|call|     & @<func> @<args>          & @<func>(@<arg>_1,
900                                                      $\ldots$,
901                                                      @<arg>_n)  \\ \hlx{v}
902     @|va-start| & @<ap> @<arg>             & va_start(@<ap>, @<arg>);
903                                                                 \\ \hlx{v}
904     @|va-copy|  & @<to> @<from>            & va_copy(@<to>, @<from>);
905                                                                 \\ \hlx{v}
906     @|va-end|   & @<ap>                    & va_end(@<ap>);     \\ \hlx{vhv}
907     @|block|    & @<decls> @<body>         & \{ @[@<decls>@] @<body> \}
908                                                                 \\ \hlx{v}
909     @|if|       & @<cond> @<conseq> @<alt> & if (@<cond>) @<conseq>
910                                              @[else @<alt>@]    \\ \hlx{v}
911     @|while|    & @<cond> @<body>          & while (@<cond>) @<body>
912                                                                 \\ \hlx{v}
913     @|do-while| & @<body> @<cond>          & do @<body> while (@<cond>);
914                                                                 \\ \hlx{v}
915     @|function| & @<name> @<type> @<body>  &
916       @<type>_0 @<name>(@<type>_1 @<arg>_1, $\ldots$,
917                              @<type>_n @<arg>_n @[, \dots@])
918         @<body>                                                 \\ \hlx*{vh}
919   \end{tabular}
920   \caption{Instruction classes}
921   \label{tab:codegen.codegen.insts}
922 \end{table}
923
924
925 \subsection{Code generation} \label{sec:clang.codegen.codegen}
926
927 \begin{describe}{gf}{codegen-functions @<codegen> @> @<list>}
928 \end{describe}
929
930 \begin{describe}{gf}
931     {ensure-var @<codegen> @<name> @<type> \&optional @<init>}
932 \end{describe}
933
934 \begin{describe}{gf}{emit-inst @<codegen> @<inst>}
935 \end{describe}
936
937 \begin{describe}{gf}{emit-insts @<codegen> @<insts>}
938 \end{describe}
939
940 \begin{describe}{gf}{emit-decl @<codegen> @<decl>}
941 \end{describe}
942
943 \begin{describe}{gf}{emit-declss @<codegen> @<decls>}
944 \end{describe}
945
946 \begin{describe}{gf}{codegen-push @<codegen>}
947 \end{describe}
948
949 \begin{describe}{gf}{codegen-pop @<codegen> @> @<decls> @<insts>}
950 \end{describe}
951
952 \begin{describe}{gf}{codegen-pop-block @<codegen> @> @<block-inst>}
953 \end{describe}
954
955 \begin{describe}{gf}
956     {codegen-pop-function @<codegen> @<name> @<type> @> @<name>}
957 \end{describe}
958
959 \begin{describe}{gf}{codegen-add-function @<codegen> @<function>}
960 \end{describe}
961
962 \begin{describe}{fun}
963     {codegen-build-function @<codegen> @<name> @<type> @<vars> @<insts>
964       @> @<name>}
965 \end{describe}
966
967 \begin{describe}{gf}{temporary-var @<codegen> @<type> @> @<name>}
968 \end{describe}
969
970 \begin{describe}{mac}
971     {with-temporary-var (@<codegen> @<var> @<type>) \\ \ind
972       @<declaration>^* \\
973       @<form>^* \-
974      \nlret @<value>^*}
975 \end{describe}
976
977 \begin{describe}{fun}{deliver-expr @<codegen> @<target> @<expr>}
978 \end{describe}
979
980 \begin{describe}{fun}{convert-stmts @<codegen> @<target> @<type> @<func>}
981 \end{describe}
982
983 \begin{describe}{cls}{codegen () \&key :vars :insts (:temp-index 0)}
984 \end{describe}
985
986 %%%--------------------------------------------------------------------------
987 \section{Literal C code fragments} \label{sec:clang.fragment}
988
989 \begin{describe}{cls}{c-fragment () \&key :location :text}
990 \end{describe}
991
992 \begin{describe}{gf}{c-fragment-text @<fragment> @> @<string>}
993 \end{describe}
994
995 \begin{describe}{fun}
996     {scan-c-fragment @<scanner> @<end-chars>
997       @> @<result> @<success-flag> @<consumed-flag>}
998 \end{describe}
999
1000 \begin{describe}{fun}
1001     {parse-delimited-fragment @<scanner> @<begin> @<end> \&key :keep-end
1002       \nlret @<result> @<success-flag> @<consumed-flag>}
1003 \end{describe}
1004
1005 %%%----- That's all, folks --------------------------------------------------
1006
1007 %%% Local variables:
1008 %%% mode: LaTeX
1009 %%% TeX-master: "sod.tex"
1010 %%% TeX-PDF-mode: t
1011 %%% End: