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