chiark / gitweb /
New feature: proper object lifecycle protocol; init and teardown fragments.
[sod] / src / classes.lisp
1 ;;; -*-lisp-*-
2 ;;;
3 ;;; Class definitions for main classes
4 ;;;
5 ;;; (c) 2009 Straylight/Edgeware
6 ;;;
7
8 ;;;----- Licensing notice ---------------------------------------------------
9 ;;;
10 ;;; This file is part of the Sensible Object Design, an object system for C.
11 ;;;
12 ;;; SOD is free software; you can redistribute it and/or modify
13 ;;; it under the terms of the GNU General Public License as published by
14 ;;; the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
15 ;;; (at your option) any later version.
16 ;;;
17 ;;; SOD is distributed in the hope that it will be useful,
18 ;;; but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
19 ;;; MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
20 ;;; GNU General Public License for more details.
21 ;;;
22 ;;; You should have received a copy of the GNU General Public License
23 ;;; along with SOD; if not, write to the Free Software Foundation,
24 ;;; Inc., 59 Temple Place - Suite 330, Boston, MA 02111-1307, USA.
25
26 (cl:in-package #:sod)
27
28 ;;; Note!  You'll notice that none of the classes defined here store property
29 ;;; sets persistently, even though there's a `:pset' keyword argument
30 ;;; accepted by many of the classes' initialization methods.  That's because
31 ;;; part of the pset protocol involves checking that there are no unused
32 ;;; properties, and this typically happens shortly after the appropriate
33 ;;; objects are constructed.  It would be tempting to stash the pset at
34 ;;; initialization time, and then pick some property from it out later -- but
35 ;;; that won't work in general because an error might have been signalled
36 ;;; about that property.  It wouldn't surprise me greatly to discover that
37 ;;; `most' code paths resulted in the property being looked up in time to
38 ;;; avoid the unused-property error, but a subtle change in circumstances
39 ;;; then causes a thing done on demand to be done later, leading to
40 ;;; irritating and misleading errors being reported to the user.  So please
41 ;;; don't do that.
42
43 ;;;--------------------------------------------------------------------------
44 ;;; Classes.
45
46 (export '(sod-class sod-class-name sod-class-nickname
47           sod-class-type sod-class-metaclass
48           sod-class-direct-superclasses sod-class-precedence-list
49           sod-class-chain-link sod-class-chain-head
50           sod-class-chain sod-class-chains
51           sod-class-slots sod-class-initfrags sod-class-tearfrags
52           sod-class-instance-initializers sod-class-class-initializers
53           sod-class-messages sod-class-methods
54           sod-class-state
55           sod-class-ilayout sod-class-vtables))
56 (defclass sod-class ()
57   ((name :initarg :name :type string :reader sod-class-name)
58    (location :initarg :location :initform (file-location nil)
59              :type file-location :reader file-location)
60    (nickname :initarg :nick :type string :reader sod-class-nickname)
61    (direct-superclasses :initarg :superclasses :type list
62                         :reader sod-class-direct-superclasses)
63    (chain-link :initarg :link :type (or sod-class null)
64                :reader sod-class-chain-link)
65    (metaclass :initarg :metaclass :type sod-class
66               :reader sod-class-metaclass)
67    (slots :initarg :slots :initform nil
68           :type list :accessor sod-class-slots)
69    (instance-initializers :initarg :instance-initializers :initform nil
70                           :type list
71                           :accessor sod-class-instance-initializers)
72    (class-initializers :initarg :class-initializers :initform nil
73                        :type list :accessor sod-class-class-initializers)
74    (initfrags :initarg :initfrags :initform nil
75               :type list :accessor sod-class-initfrags)
76    (tearfrags :initarg :tearfrags :initform nil
77               :type list :accessor sod-class-tearfrags)
78    (messages :initarg :messages :initform nil
79              :type list :accessor sod-class-messages)
80    (methods :initarg :methods :initform nil
81             :type list :accessor sod-class-methods)
82
83    (class-precedence-list :type list :reader sod-class-precedence-list)
84
85    (%type :type c-class-type :reader sod-class-type)
86
87    (chain-head :type sod-class :reader sod-class-chain-head)
88    (chain :type list :reader sod-class-chain)
89    (chains :type list :reader sod-class-chains)
90
91    (%ilayout :type ilayout :reader sod-class-ilayout)
92    (effective-methods :type list :reader sod-class-effective-methods)
93    (vtables :type list :reader sod-class-vtables)
94
95    (state :initform nil :type (member nil :finalized :broken)
96           :reader sod-class-state))
97   (:documentation
98    "Classes describe the layout and behaviour of objects.
99
100    The NAME, LOCATION, NICKNAME, DIRECT-SUPERCLASSES, CHAIN-LINK and
101    METACLASS slots are intended to be initialized when the class object is
102    constructed:
103
104      * The NAME is the identifier associated with the class in the user's
105        source file.  It is used verbatim in the generated C code as a type
106        name, and must be distinct from other file-scope names in any source
107        file which includes the class definition.  Furthermore, other names
108        are derived from the class name (most notably the class object
109        NAME__class), which have external linkage and must therefore be
110        distinct from all other identifiers in the program.  It is forbidden
111        for a class NAME to begin with an underscore or to contain two
112        consecutive underscores.
113
114      * The LOCATION identifies where in the source the class was defined.  It
115        gets used in error messages.
116
117      * The NICKNAME is a shorter identifier used to name the class in some
118        circumstances.  The uniqueness requirements on NICKNAME are less
119        strict, which allows them to be shorter: no class may have two classes
120        with the same nickname on its class precedence list.  Nicknames are
121        used (user-visibly) to distinguish slots and messages defined by
122        different classes, and (invisibly) in the derived names of direct
123        methods.  It is forbidden for a nickname to begin with an underscore,
124        or to contain two consecutive underscores.
125
126      * The DIRECT-SUPERCLASSES are a list of the class's direct superclasses,
127        in the order that they were declared in the source.  The class
128        precedence list is computed from the DIRECT-SUPERCLASSES lists of all
129        of the superclasses involved.
130
131      * The CHAIN-LINK is either NIL or one of the DIRECT-SUPERCLASSES.  Class
132        chains are a means for recovering most of the benefits of simple
133        hierarchy lost by the introduction of multiple inheritance.  A class's
134        superclasses (including itself) are partitioned into chains,
135        consisting of a class, its CHAIN-LINK superclass, that class's
136        CHAIN-LINK, and so on.  It is an error if two direct subclasses of any
137        class appear in the same chain (a global property which requires
138        global knowledge of an entire program's class hierarchy in order to
139        determine sensibly).  Slots of superclasses in the same chain can be
140        accessed efficiently; there is an indirection needed to access slots
141        of superclasses in other chains.  Furthermore, an indirection is
142        required to perform a cross-chain conversion (i.e., converting a
143        pointer to an instance of some class into a pointer to an instance of
144        one of its superclasses in a different chain), an operation which
145        occurs implicitly in effective methods in order to call direct methods
146        defined on cross-chain superclasses.
147
148      * The METACLASS is the class of the class object.  Classes are objects
149        in their own right, and therefore must be instances of some class;
150        this class is the metaclass.  Metaclasses can define additional slots
151        and methods to be provided by their instances; a class definition can
152        provide (C constant expression) initial values for the metaclass
153        instance.
154
155    The next few slots can't usually be set at object-construction time, since
156    the objects need to contain references to the class object itself.
157
158      * The SLOTS are a list of the slots defined by the class (instances of
159        `sod-slot').  (The class will also define all of the slots defined by
160        its superclasses.)
161
162      * The INSTANCE-INITIALIZERS and CLASS-INITIALIZERS are lists of
163        initializers for slots (see `sod-initializer' and subclasses),
164        providing initial values for instances of the class, and for the
165        class's class object itself, respectively.
166
167      * The MESSAGES are a list of the messages recognized by the class
168        (instances of `sod-message' and subclasses).  (Note that the message
169        need not have any methods defined on it.  The class will also
170        recognize all of the messages defined by its superclasses.)
171
172      * The METHODS are a list of (direct) methods defined on the class
173        (instances of `sod-method' and subclasses).  Each method provides
174        behaviour to be invoked by a particular message recognized by the
175        class.
176
177    Other slots are computed from these in order to describe the class's
178    layout and effective methods; this is done by `finalize-sod-class'.
179
180      * The CLASS-PRECEDENCE-LIST is a list of superclasses in a linear order.
181        It is computed by `compute-class-precedence-list', whose default
182        implementation ensures that the order of superclasses is such that (a)
183        subclasses appear before their superclasses; (b) the direct
184        superclasses of a given class appear in the order in which they were
185        declared by the programmer; and (c) classes always appear in the same
186        relative order in all class precedence lists in the same superclass
187        graph.
188
189      * The CHAIN-HEAD is the least-specific class in the class's chain.  If
190        there is no link class then the CHAIN-HEAD is the class itself.  This
191        slot, like the next two, is computed by the generic function
192        `compute-chains'.
193
194      * The CHAIN is the list of classes on the complete primary chain,
195        starting from this class and ending with the CHAIN-HEAD.
196
197      * The CHAINS are the complete collection of chains (most-to-least
198        specific) for the class and all of its superclasses.
199
200    Finally, slots concerning the instance and vtable layout of the class are
201    computed on demand (see `define-on-demand-slot').
202
203      * The ILAYOUT describes the layout for an instance of the class.  It's
204        quite complicated; see the documentation of the `ilayout' class for
205        detais.
206
207      * The EFFECTIVE-METHODS are a list of effective methods, specialized for
208        the class.
209
210      * The VTABLES are a list of descriptions of vtables for the class.  The
211        individual elements are `vtable' objects, which are even more
212        complicated than `ilayout' structures.  See the class documentation
213        for details."))
214
215 (defmethod print-object ((class sod-class) stream)
216   (maybe-print-unreadable-object (class stream :type t)
217     (princ (sod-class-name class) stream)))
218
219 ;;;--------------------------------------------------------------------------
220 ;;; Slots and initializers.
221
222 (export '(sod-slot sod-slot-name sod-slot-class sod-slot-type))
223 (defclass sod-slot ()
224   ((name :initarg :name :type string :reader sod-slot-name)
225    (location :initarg :location :initform (file-location nil)
226              :type file-location :reader file-location)
227    (%class :initarg :class :type sod-class :reader sod-slot-class)
228    (%type :initarg :type :type c-type :reader sod-slot-type))
229   (:documentation
230    "Slots are units of information storage in instances.
231
232    Each class defines a number of slots, which function similarly to (data)
233    members in structures.  An instance contains all of the slots defined in
234    its class and all of its superclasses.
235
236    A slot carries the following information.
237
238      * A NAME, which distinguishes it from other slots defined by the same
239        class.  Unlike most (all?) other object systems, slots defined in
240        different classes are in distinct namespaces.  There are no special
241        restrictions on slot names.
242
243      * A LOCATION, which states where in the user's source the slot was
244        defined.  This gets used in error messages.
245
246      * A CLASS, which states which class defined the slot.  The slot is
247        available in instances of this class and all of its descendents.
248
249      * A TYPE, which is the C type of the slot.  This must be an object type
250        (certainly not a function type, and it must be a complete type by the
251        time that the user header code has been scanned)."))
252
253 (defmethod print-object ((slot sod-slot) stream)
254   (maybe-print-unreadable-object (slot stream :type t)
255     (pprint-c-type (sod-slot-type slot) stream
256                    (format nil "~A.~A"
257                            (sod-class-nickname (sod-slot-class slot))
258                            (sod-slot-name slot)))))
259
260 (export '(sod-initializer sod-initializer-slot sod-initializer-class
261           sod-initializer-value))
262 (defclass sod-initializer ()
263   ((slot :initarg :slot :type sod-slot :reader sod-initializer-slot)
264    (location :initarg :location :initform (file-location nil)
265              :type file-location :reader file-location)
266    (%class :initarg :class :type sod-class :reader sod-initializer-class)
267    (value :initarg :value :type c-fragment :reader sod-initializer-value))
268   (:documentation
269    "Provides an initial value for a slot.
270
271    The slots of an initializer are as follows.
272
273      * The SLOT specifies which slot this initializer is meant to initialize.
274
275      * The LOCATION states the position in the user's source file where the
276        initializer was found.  This gets used in error messages.  (Depending
277        on the source layout style, this might differ from the location in the
278        VALUE C fragment.)
279
280      * The CLASS states which class defined this initializer.  For instance
281        slot initializers (`sod-instance-initializer'), this will be the same
282        as the SLOT's class, or be one of its descendants.  For class slot
283        initializers (`sod-class-initializer'), this will be an instance of
284        the SLOT's class, or an instance of one of its descendants.
285
286      * The VALUE gives the text of the initializer, as a C fragment.
287
288    Typically you'll see instances of subclasses of this class in the wild
289    rather than instances of this class directly.  See `sod-class-initializer'
290    and `sod-instance-initializer'."))
291
292 (defmethod print-object ((initializer sod-initializer) stream)
293   (with-slots (slot value) initializer
294     (if *print-escape*
295         (print-unreadable-object (initializer stream :type t)
296           (format stream "~A = ~A" slot value))
297         (format stream "~A" value))))
298
299 (export 'sod-class-initializer)
300 (defclass sod-class-initializer (sod-initializer)
301   ()
302   (:documentation
303    "Provides an initial value for a class slot.
304
305    A class slot initializer provides an initial value for a slot in the class
306    object (i.e., one of the slots defined by the class's metaclass).  Its
307    VALUE must have the syntax of an initializer, and its consituent
308    expressions must be constant expressions.
309
310    See `sod-initializer' for more details."))
311
312 (export 'sod-instance-initializer)
313 (defclass sod-instance-initializer (sod-initializer)
314   ()
315   (:documentation
316    "Provides an initial value for a slot in all instances.
317
318    An instance slot initializer provides an initial value for a slot in
319    instances of the class.  Its VALUE must have the syntax of an initializer.
320    Furthermore, if the slot has aggregate type, then you'd better be sure
321    that your compiler supports compound literals (6.5.2.5) because that's
322    what the initializer gets turned into.
323
324    See `sod-initializer' for more details."))
325
326 ;;;--------------------------------------------------------------------------
327 ;;; Messages and methods.
328
329 (export '(sod-message sod-message-name sod-message-class sod-message-type))
330 (defclass sod-message ()
331   ((name :initarg :name :type string :reader sod-message-name)
332    (location :initarg :location :initform (file-location nil)
333              :type file-location :reader file-location)
334    (%class :initarg :class :type sod-class :reader sod-message-class)
335    (%type :initarg :type :type c-function-type :reader sod-message-type))
336   (:documentation
337    "Messages are the means for stimulating an object to behave.
338
339    SOD is a single-dispatch object system, like Smalltalk, C++, Python and so
340    on, but unlike CLOS and Dylan.  Behaviour is invoked by `sending messages'
341    to objects.  A message carries a name (distinguishing it from other
342    messages recognized by the same class), and a number of arguments; the
343    object may return a value in response.  Sending a message therefore looks
344    very much like calling a function; indeed, each message bears the static
345    TYPE signature of a function.
346
347    An object reacts to being sent a message by executing an `effective
348    method', constructed from the direct methods defined on the recpient's
349    (run-time, not necessarily statically-declared) class and its superclasses
350    according to the message's `method combination'.
351
352    Much interesting work is done by subclasses of `sod-message', which (for
353    example) specify method combinations.
354
355    The slots are as follows.
356
357      * The NAME distinguishes the message from others defined by the same
358        class.  Unlike most (all?) other object systems, messages defined in
359        different classes are in distinct namespaces.  It is forbidden for a
360        message name to begin with an underscore, or to contain two
361        consecutive underscores.  (Final underscores are fine.)
362
363      * The LOCATION states where in the user's source the slot was defined.
364        It gets used in error messages.
365
366      * The CLASS states which class defined the message.
367
368      * The TYPE is a function type describing the message's arguments and
369        return type.
370
371    Subclasses can (and probably will) define additional slots."))
372
373 (defmethod print-object ((message sod-message) stream)
374   (maybe-print-unreadable-object (message stream :type t)
375     (pprint-c-type (sod-message-type message) stream
376                    (format nil "~A.~A"
377                            (sod-class-nickname (sod-message-class message))
378                            (sod-message-name message)))))
379
380 (export '(sod-method sod-method-message sod-method-class sod-method-type
381           sod-method-body))
382 (defclass sod-method ()
383   ((message :initarg :message :type sod-message :reader sod-method-message)
384    (location :initarg :location :initform (file-location nil)
385              :type file-location :reader file-location)
386    (%class :initarg :class :type sod-class :reader sod-method-class)
387    (%type :initarg :type :type c-function-type :reader sod-method-type)
388    (body :initarg :body :type (or c-fragment null) :reader sod-method-body))
389   (:documentation
390    "(Direct) methods are units of behaviour.
391
392    Methods are the unit of behaviour in SOD.  Classes define direct methods
393    for particular messages.
394
395    When a message is received by an instance, all of the methods defined for
396    that message on that instance's (run-time, not static) class and its
397    superclasses are `applicable'.  The applicable methods are gathered
398    together and invoked in some way; the details of this are left to the
399    `method combination', determined by the subclass of `sod-message'.
400
401    The slots are as follows.
402
403      * The MESSAGE describes which meessage invokes the method's behaviour.
404        The method is combined with other methods on the same message
405        according to the message's method combination, to form an `effective
406        method'.
407
408      * The LOCATION states where, in the user's source, the method was
409        defined.  This gets used in error messages.  (Depending on the user's
410        coding style, this location might be subtly different from the BODY's
411        location.)
412
413      * The CLASS specifies which class defined the method.  This will be
414        either the class of the message, or one of its descendents.
415
416      * The TYPE gives the type of the method, including its arguments.  This
417        will, in general, differ from the type of the message for several
418        reasons.
419
420          -- The method type must include names for all of the method's
421             parameters.  The message definition can omit the parameter
422             names (in the same way as a function declaration can).  Formally,
423             the message definition can contain abstract declarators, whereas
424             method definitions must not.
425
426          -- Method combinations may require different parameter or return
427             types.  For example, `before' and `after' methods don't
428             contribute to the message's return value, so they must be defined
429             as returning `void'.
430
431          -- Method combinations may permit methods whose parameter and/or
432             return types don't exactly match the corresponding types of the
433             message.  For example, one might have methods with covariant
434             return types and contravariant parameter types.  (This sounds
435             nice, but it doesn't actually seem like such a clever idea when
436             you consider that the co-/contravariance must hold among all the
437             applicable methods ordered according to the class precedence
438             list.  As a result, a user might have to work hard to build
439             subclasses whose CPLs match the restrictions implied by the
440             method types.)
441
442    Method objects are fairly passive in the SOD translator.  However,
443    subclasses of `sod-message' may (and probably will) construct instances of
444    subclasses of `sod-method' in order to carry the additional metadata they
445    need to keep track of."))
446
447 (defmethod print-object ((method sod-method) stream)
448   (maybe-print-unreadable-object (method stream :type t)
449     (format stream "~A ~@_~A"
450             (sod-method-message method)
451             (sod-method-class method))))
452
453 ;;;----- That's all, folks --------------------------------------------------