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