chiark / gitweb /
lib/keyword.c (kw_parseempty): Use correct variable scanning `kwval' list.
[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-atomic-type|                                        \\
50         @|c-pointer-type|                                     \-\\
51       @|c-array-type|                                           \\
52       @|c-function-type|                                        \\ \ind
53         @|c-keyword-function-type|                            \-
54   \end{tabbing}}
55   \caption{Classes representing C types}
56   \label{fig:codegen.c-types.classes}
57 \end{figure}
58
59 C type objects are immutable unless otherwise specified.
60
61 \subsubsection{Constructing C type objects}
62 There is a constructor function for each non-abstract class of C type object.
63 Note, however, that constructor functions need not generate a fresh type
64 object if a previously existing type object is suitable.  In this case, we
65 say that the objects are \emph{interned}.  Some constructor functions are
66 specified to return interned objects: programs may rely on receiving the same
67 (@|eq|) type object for similar (possibly merely @|equal|) arguments.  Where
68 not specified, clients may still not rely on receiving fresh objects.
69
70 A convenient S-expression notation is provided by the
71 \descref{mac}{c-type}[macro].  Use of this macro is merely an abbreviation
72 for corresponding use of the various constructor functions, and therefore
73 interns type objects in the same manner.  The syntax accepted by the macro
74 can be extended in order to support new classes: see \descref{mac}{defctype},
75 \descref{mac}{c-type-alias} and \descref{mac}{define-c-type-syntax}.
76
77 The descriptions of each of the various classes include descriptions of the
78 initargs which may be passed to @|make-instance| when constructing a new
79 instance of the class.  However, the constructor functions and S-expression
80 syntax are strongly recommended over direct use of @|make-instance|.
81
82 \subsubsection{Printing}
83 There are two protocols for printing C types.  Unfortunately they have
84 similar names.
85 \begin{itemize}
86 \item The \descref{gf}{print-c-type}[function] prints a C type value using
87   the S-expression notation.  It is mainly useful for diagnostic purposes.
88 \item The \descref{gf}{pprint-c-type}[function] prints a C type as a
89   C-syntax declaration.
90 \end{itemize}
91 Neither generic function defines a default primary method; subclasses of
92 @|c-type| must define their own methods in order to print correctly.
93
94 \begin{describe}{fun}{c-name-case @<name> @> @<string>}
95 \end{describe}
96
97
98 \subsection{The C type root class} \label{sec:clang.c-types.root}
99
100 \begin{describe}{cls}{c-type ()}
101   The class @|c-type| marks the root of the built-in C type hierarchy.
102
103   Users may define subclasses of @|c-type|.  All non-abstract subclasses must
104   have a primary method defined on @|pprint-c-type|; unless instances of the
105   subclass are interned, a method on @|c-type-equal-p| is also required.
106
107   The class @|c-type| is abstract.
108 \end{describe}
109
110
111 \subsection{C type S-expression notation} \label{sec:clang.c-types.sexp}
112
113 The S-expression representation of a type is described syntactically as a
114 type specifier.  Type specifiers fit into two syntactic categories.
115 \begin{itemize}
116 \item A \emph{symbolic type specifier} consists of a symbol.  It has a
117   single, fixed meaning: if @<name> is a symbolic type specifier, then each
118   use of @<name> in a type specifier evaluates to the same (@|eq|) type
119   object, until the @<name> is redefined.
120 \item A \emph{type operator} is a symbol; the corresponding specifier is a
121   list whose @|car| is the operator.  The remaining items in the list are
122   arguments to the type operator.
123 \end{itemize}
124
125 \begin{describe}{mac}{c-type @<type-spec> @> @<c-type>}
126   Evaluates to a C type object, as described by the type specifier
127   @<type-spec>.
128 \end{describe}
129
130 \begin{describe}{mac}
131     {defctype \=@{ @<name> @! (@<name>^+) @} @<type-spec>     \+\\
132                 @[[ @|:export| @<export-flag> @]]^*
133        \-\nlret @<names>}
134   Defines a new symbolic type specifier @<name>; if a list of @<name>s is
135   given, then all are defined in the same way.  The type constructed by using
136   any of the @<name>s is as described by the type specifier @<type-spec>.
137
138   The resulting type object is constructed once, at the time that the macro
139   expansion is evaluated; the same (@|eq|) value is used each time any
140   @<name> is used in a type specifier.
141
142   A variable named @|c-type-@<name>|, for the first @<name> only, is defined
143   and initialized to contain the C type object so constructed.  Altering or
144   binding this name is discouraged.
145
146   If @<export-flag> is true, then the variable name, and all of the @<name>s,
147   are exported from the current package.
148 \end{describe}
149
150 \begin{describe}{mac}{c-type-alias @<original> @<alias>^* @> @<aliases>}
151   Defines each @<alias> as being a type operator identical in behaviour to
152   @<original>.  If @<original> is later redefined then the behaviour of the
153   @<alias>es changes too.
154 \end{describe}
155
156 \begin{describe}{mac}
157     {define-c-type-syntax @<name> @<lambda-list>                \\ \ind
158       @[[ @<declaration>^* @! @<doc-string> @]]                 \\
159       @<form>^*
160      \-\nlret @<name>}
161   Defines the symbol @<name> as a new type operator.  When a list of the form
162   @|(@<name> @<argument>^*)| is used as a type specifier, the @<argument>s
163   are bound to fresh variables according to @<lambda-list> (a destructuring
164   lambda-list) and the @<form>s evaluated in order in the resulting lexical
165   environment as an implicit @|progn|.  The value should be a Lisp form which
166   will evaluate to the type specified by the arguments.
167
168   The @<form>s may call @|expand-c-type-spec| in order to recursively expand
169   type specifiers among its arguments.
170 \end{describe}
171
172 \begin{describe}{gf}{expand-c-type-spec @<type-spec> @> @<form>}
173   Returns the Lisp form that @|(c-type @<type-spec>)| would expand into.
174
175   If @<type-spec> is a list, then \descref{gf}{expand-c-type-form} is
176   invoked.
177 \end{describe}
178
179 \begin{describe}{gf}{expand-c-type-form @<head> @<tail> @> @<form>}
180   Returns the Lisp form that @|(c-type (@<head> . @<tail>))| would expand
181   into.
182 \end{describe}
183
184 \begin{describe}{cty}{lisp @<form>^*}
185   Evaluates the @<form>s as an implicit @|progn|, and returns the value(s) of
186   the final @<form> as a C type.
187 \end{describe}
188
189 \begin{describe}{gf}
190     {print-c-type @<stream> @<type> \&optional @<colon> @<atsign>}
191   Print the C type object @<type> to @<stream> in S-expression form.  The
192   @<colon> and @<atsign> arguments may be interpreted in any way which seems
193   appropriate: they are provided so that @|print-c-type| may be called via
194   @|format|'s @|\char`\~/\dots/| command; they are not set when
195   @|print-c-type| is called by Sod functions.
196
197   There should be a method defined for every C type class; there is no
198   default method.
199 \end{describe}
200
201 \begin{describe*}
202     {\dhead{sym}{c-type}
203      \dhead{meth}{symbol,(eql 'c-type)}
204                  {documentation (@<symbol> symbol)
205                                 (@<doc-type> (eql 'c-type))}
206      \dhead{meth}{symbol,(eql 'c-type)}
207                  {setf \=(documentation (@<symbol> symbol)
208                                         (@<doc-type> (eql 'c-type))) \\
209                        \>@<string>}}
210 \end{describe*}
211
212 \begin{describe*}
213     {\dhead{sym}{c-type-form}
214      \dhead{meth}{symbol,(eql 'c-type-form)}
215                  {documentation (@<symbol> symbol)
216                                 (@<doc-type> (eql 'c-type-form))}
217      \dhead{meth}{symbol,(eql 'c-type-form)}
218                  {setf \=(documentation (@<symbol> symbol)
219                                         (@<doc-type> (eql 'c-type-form))) \\
220                        \>@<string>}}
221 \end{describe*}
222
223
224 \subsection{Comparing C types} \label{sec:clang.c-types.cmp}
225
226 It is necessary to compare C types for equality, for example when checking
227 argument lists for methods.  This is done by @|c-type-equal-p|.
228
229 \begin{describe}{gf}
230     {c-type-equal-p @<c-type>_1 @<c-type>_2 @> @<generalized-boolean>}
231   The generic function @|c-type-equal-p| compares two C types @<c-type>_1 and
232   @<c-type>_2 for equality; it returns true if the two types are equal and
233   false if they are not.
234
235   Two types are equal if they are structurally similar, where this property
236   is defined by methods for each individual class; see the descriptions of
237   the classes for the details.
238
239   The generic function @|c-type-equal-p| uses the @|and| method combination.
240
241   \begin{describe}{meth}{t,t}{c-type-equal-p @<c-type>_1 @<c-type>_2}
242     A default primary method for @|c-type-equal-p| is defined.  It simply
243     returns @|nil|.  This way, methods can specialize on both arguments
244     without fear that a call will fail because no methods are applicable.
245   \end{describe}
246   \begin{describe}{ar-meth}{}{c-type-equal-p @<c-type>_1 @<c-type>_2}
247     A default around-method for @|c-type-equal-p| is defined.  It returns
248     true if @<c-type>_1 and @<c-type>_2 are @|eql|; otherwise it delegates to
249     the primary methods.  Since several common kinds of C types are interned,
250     this is a common case worth optimizing.
251   \end{describe}
252 \end{describe}
253
254
255 \subsection{Outputting C types} \label{sec:clang.c-types.output}
256
257 \begin{describe}{gf}{pprint-c-type @<c-type> @<stream> @<kernel>}
258   The generic function @|pprint-c-type| pretty-prints to @<stream> a C-syntax
259   declaration of an object or function of type @<c-type>.  The result is
260   written to @<stream>.
261
262   A C declaration has two parts: a sequence of \emph{declaration specifiers}
263   and a \emph{declarator}.  The declarator syntax involves parentheses and
264   operators, in order to reflect the operators applicable to the declared
265   variable.  For example, the name of a pointer variable is preceded by @`*';
266   the name of an array is followed by dimensions enclosed in @`['\dots @`]'.
267
268   The @<kernel> argument must be a function designator (though see the
269   standard around-method); it is invoked as
270   \begin{quote} \codeface
271     (funcall @<kernel> @<stream> @<priority> @<spacep>)
272   \end{quote}
273   It should write to @<stream> -- which may not be the same stream originally
274   passed into the generic function -- the `kernel' of the declarator, i.e.,
275   the part to which prefix and/or postfix operators are attached to form the
276   full declarator.
277
278   The methods on @|pprint-c-type| specialized for compound types work by
279   recursively calling @|pprint-c-type| on the subtype, passing down a closure
280   which prints the necessary additional declarator operators before calling
281   the original @<kernel> function.  The additional arguments @<priority> and
282   @<spacep> support this implementation technique.
283
284   The @<priority> argument describes the surrounding operator context.  It is
285   zero if no type operators are directly attached to the kernel (i.e., there
286   are no operators at all, or the kernel is enclosed in parentheses), one if
287   a prefix operator is directly attached, or two if a postfix operator is
288   directly attached.  If the @<kernel> function intends to provide its own
289   additional declarator operators, it should check the @<priority> in order
290   to determine whether parentheses are necessary.  See also the
291   \descref{mac}{maybe-in-parens}[macro].
292
293   The @<spacep> argument indicates whether a space needs to be printed in
294   order to separate the declarator from the declaration specifiers.  A kernel
295   which contains an identifier should insert a space before the identifier
296   when @<spacep> is non-nil.  An `empty' kernel, as found in an abstract
297   declarator (one that specifies no name), looks more pleasing without a
298   trailing space.  See also the \descref{fun}{c-type-space}[function].
299
300   Every concrete subclass of @|c-type| is expected to provide a primary
301   method on this function.  There is no default primary method.
302
303   \begin{describe}{ar-meth}{}{pprint-c-type @<c-type> @<stream> @<kernel>}
304     A default around method is defined on @|pprint-c-type| which `canonifies'
305     non-function @<kernel> arguments.  In particular:
306     \begin{itemize}
307     \item if @<kernel> is nil, then @|pprint-c-type| is called recursively
308       with a @<kernel> function that does nothing; and
309     \item if @<kernel> is any other kind of object, then @|pprint-c-type| is
310       called recursively with a @<kernel> function that prints the object as
311       if by @|princ|, preceded if necessary by space using @|c-type-space|.
312     \end{itemize}
313   \end{describe}
314 \end{describe}
315
316 \begin{describe}{fun}{c-type-space @<stream>}
317   Writes a space and other pretty-printing instructions to @<stream> in order
318   visually to separate a declarator from the preceding declaration
319   specifiers.  The precise details are subject to change.
320 \end{describe}
321
322 \begin{describe}{mac}
323     {maybe-in-parens (@<stream-var> @<guard-form>)
324       @<declaration>^*
325       @<form>^*}
326   The @<guard-form> is evaluated, and then the @<form>s are evaluated in
327   sequence within a pretty-printer logical block writing to the stream named
328   by the symbol @<stream-var>.  If the @<guard-form> evaluates to nil, then
329   the logical block has empty prefix and suffix strings; if it evaluates to a
330   non-nil value, then the logical block has prefix and suffix @`(' and @`)'
331   respectively.
332
333   Note that this may cause @<stream> to be bound to a different stream object
334   within the @<form>s.
335 \end{describe}
336
337
338 \subsection{Type qualifiers and qualifiable types}
339 \label{sec:clang.ctypes.qual}
340
341 Qualifiers -- @|const|, @|volatile|, and so on -- are represented as lists of
342 keywords attached to types.  Not all C types can carry qualifiers: notably,
343 function and array types cannot be qualified.
344
345 For the most part, the C qualifier keywords correspond to like-named Lisp
346 keywords, only the Lisp keyword names are in uppercase.  The correspondence
347 is shown in \xref{tab:clang.ctypes.qual}.
348
349 \begin{table}
350   \begin{tabular}[C]{*2{>{\codeface}l}l}                           \hlx*{hv}
351     \thd{C name}        & \thd{Lisp name}                       \\ \hlx{vhv}
352     _Atomic             & :atomic                               \\
353     const               & :const                                \\
354     restrict            & :restrict                             \\
355     volatile            & :volatile                             \\ \hlx*{vh}
356   \end{tabular}
357   \caption{C and Lisp qualifier names} \label{tab:clang.ctypes.qual}
358 \end{table}
359
360 The default behaviour, on output, is to convert keywords to lowercase and
361 hope for the best: special cases can be dealt with by adding appropriate
362 methods to \descref{gf}{c-qualifier-keyword}.
363
364 \begin{describe}{cls}{qualifiable-c-type (c-type) \&key :qualifiers}
365   The class @|qualifiable-c-type| describes C types which can bear
366   `qualifiers' (\Cplusplus\ calls them `cv-qualifiers'): @|const|,
367   @|restrict| and @|volatile|.
368
369   The @<qualifiers> are a list of keyword symbols @|:const|, @|:restrict| and
370   @|:volatile|.  There is no built-in limitation to these particular
371   qualifiers; others keywords may be used, though this isn't recommended.
372
373   Two qualifiable types are equal only if they have \emph{matching
374   qualifiers}: i.e., every qualifier attached to one is also attached to the
375   other: order is not significant, and neither is multiplicity.
376
377   The class @|qualifiable-c-type| is abstract.
378 \end{describe}
379
380 \begin{describe}{fun}
381     {canonify-qualifiers @<qualifiers> @> @<canonfied-qualifiers>}
382 \end{describe}
383
384 \begin{describe}{gf}{c-type-qualifiers @<c-type> @> @<list>}
385   Returns the qualifiers of the @|qualifiable-c-type| instance @<c-type> as
386   an immutable list.
387 \end{describe}
388
389 \begin{describe}{fun}{qualify-c-type @<c-type> @<qualifiers> @> @<c-type>}
390   The argument @<c-type> must be an instance of @|qualifiable-c-type|,
391   currently bearing no qualifiers, and @<qualifiers> a list of qualifier
392   keywords.  The result is a C type object like @<c-type> except that it
393   bears the given @<qualifiers>.
394
395   The @<c-type> is not modified.  If @<c-type> is interned, then the returned
396   type will be interned.
397 \end{describe}
398
399 \begin{describe}{fun}{format-qualifiers @<qualifiers> @> @<string>}
400   Returns a string containing the qualifiers listed in @<qualifiers> in C
401   syntax, with a space after each.  In particular, if @<qualifiers> is
402   non-null then the final character of the returned string will be a space.
403 \end{describe}
404
405 \begin{describe}{gf}{c-qualifier-keyword @<qualifier> @> @<string>}
406   Return, as a string, the C keyword corresponding to the Lisp @<qualifier>.
407
408   There is a standard method, which deals with many qualifiers.  Additional
409   methods exist for qualifier keywords which need special handling, such as
410   @|:atomic|; they are not listed here explicitly.
411
412   \begin{describe}{meth}{keyword}
413       {c-qualifier-keyword @<keyword> @> @<string>}
414     Returns the @<keyword>'s print-name, in lower case.  This is sufficient
415     for the standard qualifiers @|:const|, @|:restrict|, and @|:volatile|.
416   \end{describe}
417 \end{describe}
418
419 \begin{describe}{fun}{c-type-qualifier-keywords @<c-type> @> @<list>}
420   Return the @<c-type>'s qualifiers, as a list of C keyword names.
421 \end{describe}
422
423
424 \subsection{Storage specifiers} \label{sec:clang.ctypes.specs}
425
426 Some declaration specifiers, mostly to do with how to store the specific
427 object in question, are determinedly `top level', and, unlike qualifiers,
428 don't stay attached to the base type when acted on by declarator operators.
429 Sod calls these `storage specifiers', though no such category exists in the C
430 standard.  They have their own protocol, which is similar in many ways to
431 that of C types.
432
433 Every Lisp keyword is potentially a storage specifier, which simply maps to
434 its lower-case print name in C; but other storage specifiers may be more
435 complicated objects.
436
437 \begin{describe*}
438     {\dhead{cls}{c-storage-specifiers-type (c-type)
439                                            \&key :subtype :specifiers}
440      \dhead{cty}{specs @<subtype> @<specifier>^*}}
441   A type which carries storage specifiers.  The @<subtype> is the actual
442   type, and may be any C type; the @<specifiers> are a list of
443   storage-specifier objects.
444
445   The type specifier @|specs| wraps the @<subtype> in a
446   @|c-storage-specifiers-type|, carrying the @<specifier>s, which are a list
447   of storage specifiers in S-expression notation.
448 \end{describe*}
449
450 \begin{describe}{fun}{c-type-specifiers @<type> @> @<list>}
451   Returns the list of type specifiers attached to the @<type> object, which
452   must be a @|c-storage-specifiers-type|.
453 \end{describe}
454
455 \begin{describe}{mac}
456     {define-c-storage-specifier-syntax @<name> @<lambda-list> \\ \ind
457       @[[ @<declaration>^* @! @<doc-string> @]] \\
458       @<form>^* \-
459      \nlret @<name>}
460
461   Defines the symbol @<name> as a new storage-specifier operator.  When a
462   list of the form @|(@<name> @<argument>^*)| is used as a storage specifier,
463   the @<argument>s are bound to fresh variables according to the
464   @<lambda-list> (a destructuring lambda-list) and the @<form>s evaluated in
465   order in the resulting lexical environment as an implicit @<progn>.  The
466   value should be a Lisp form which will evaluate to the storage-specifier
467   object described by the arguments.
468
469   The @<form>s may call @|expand-c-storage-specifier| in order to recursively
470   expand storage specifiers among its arguments.
471 \end{describe}
472
473 \begin{describe}{gf}{expand-c-storage-specifier @<spec> @> @<form>}
474   Returns the Lisp form that @<spec> expands to within @|(c-type (specs
475   @<subtype> @<spec>))|.
476
477   If @<spec> is a list, then \descref{gf}{expand-c-storage-specifier-form} is
478   invoked.
479 \end{describe}
480
481 \begin{describe}{gf}{expand-c-storage-specifier-form @<spec> @> @<form>}
482   Returns the Lisp form that @|(@<head> . @<tail>)| expands to within
483   @|(c-type (specs @<subtype> (@<head> . @<tail>)))|.
484 \end{describe}
485
486 \begin{describe}{cstg}{lisp @<form>^*}
487   Evaluates the @<form>s as an implicit @|progn|, and returns the value(s) of
488   the final @<form> as a storage-specifier.
489 \end{describe}
490
491 \begin{describe}{gf}{pprint-c-storage-specifier @<spec> @<stream>}
492   Prints the storage-specifier @<spec> to @<stream>, in C syntax.
493 \end{describe}
494
495 \begin{describe}{gf}
496     {print-c-storage-specifier @<stream> @<spec>
497                                \&optional @<colon> @<atsign>}
498 \end{describe}
499
500 \begin{describe}{fun}{wrap-c-type @<func> @<base-type> @> @<c-type>}
501   Apply @<func> to the underlying C type of @<base-type> to create a new
502   `wrapped' type, and attach the storage specifiers of @<base-type> to the
503   wrapped type.
504
505   If @<base-type> is \emph{not} a @|c-storage-specifiers-type|, then return
506   @|(funcall @<func> @<base-type>)|.  Otherwise, return a new
507   @|c-storage-specifiers-type|, with the same specifiers, but whose subtype
508   is the result of applying @<func> to the subtype of the original
509   @<base-type>.
510 \end{describe}
511
512 \begin{describe*}
513     {\dhead{cls}{alignas-storage-specifier () \&key :alignment}
514      \dhead{cstg}{alignas @<alignment>}}
515   The class of \mbox{@|_Alignas|} storage specifiers; an instance denotes the
516   specifier \mbox{@|_Alignas(@<alignment>)|}.  The @<alignment> parameter may
517   be any printable object, but is usually a string or C fragment.
518
519   The storage specifier form @|alignas| returns a storage specifier
520   \mbox{@|_Alignas(@<alignment>)|}, where @<alignment> is evaluated.
521 \end{describe*}
522
523
524 \subsection{Leaf types} \label{sec:clang.c-types.leaf}
525
526 A \emph{leaf type} is a type which is not defined in terms of another type.
527 In Sod, the leaf types are
528 \begin{itemize}
529 \item \emph{simple types}, including builtin types like @|int| and @|char|,
530   as well as type names introduced by @|typename|, because Sod isn't
531   interested in what the type name means, merely that it names a type; and
532 \item \emph{tagged types}, i.e., enum, struct and union types which are named
533   by a keyword identifying the kind of type, and a \emph{tag}.
534 \end{itemize}
535
536 \begin{describe}{cls}{simple-c-type (qualifiable-c-type)
537     \&key :qualifiers :name}
538   The class of `simple types'; an instance denotes the type @<qualifiers>
539   @<name>.
540
541   A simple type object maintains a \emph{name}, which is a string whose
542   contents are the C name for the type.  The initarg @|:name| may be used to
543   provide this name when calling @|make-instance|.
544
545   Two simple type objects are equal if and only if they have @|string=| names
546   and matching qualifiers.
547
548   \def\x#1{\desclabel{cty}{#1}}
549   \def\y#1{\desclabel{const}{c-type-#1}\x{#1}}
550   \y{bool} \y{wchar-t}
551   \y{int} \x{signed} \y{unsigned} \y{signed-char}
552   \crossproduct\y{{{}{unsigned-}}{{char}{short}{long}{long-long}}}
553   \crossproduct\x{{{}{signed-}{unsigned-}}{{short}{long}{long-long}}{{-int}}}
554   \crossproduct\x{{{signed-}{unsigned-}}{{int}}}
555   \crossproduct\x{{{signed-}}{{short}{int}{long}{long-long}}}
556   \crossproduct\x{{{s}{u}}{{char}{short}{int}{long}{llong}}} \x{llong}
557   \y{size-t} \y{ptrdiff-t} \y{float}
558   \y{double} \y{long-double} \y{float-imaginary} \y{double-imaginary}
559   \y{long-double-imaginary} \y{float-complex} \y{double-complex}
560   \y{long-double-complex} \y{va-list} \y{void}
561   \crossproduct\y{{{int}{uint}}{{}{-least}{-fast}}{{8}{16}{32}{64}}{{-t}}}
562   \crossproduct\y{{{int}{uint}}{{ptr}{max}}{{-t}}}
563
564   A number of symbolic type specifiers for builtin types are predefined as
565   shown in \xref{tab:codegen.c-types.simple}.  These are all defined as if by
566   @|define-simple-c-type|, so can be used to construct qualified types.
567 \end{describe}
568
569 \begin{table}
570   \begin{tabular}[C]{ll}                                           \hlx*{hv}
571     \thd{C type}        & \thd{Specifiers}                      \\ \hlx{vhv}
572     @|void|             & @|void|                               \\ \hlx{v}
573     @|_Bool|            & @|bool|                               \\ \hlx{v}
574     @|char|             & @|char|                               \\ \hlx{}
575     @|wchar_t|          & @|wchar-t|                            \\ \hlx{v}
576     @|signed char|      & @|signed-char|, @|schar|              \\ \hlx{}
577     @|unsigned char|    & @|unsigned-char|, @|uchar|            \\ \hlx{v}
578     @|short|            & @|short|, @|signed-short|, @|short-int|,
579                           @|signed-short-int| @|sshort|         \\ \hlx{}
580     @|unsigned short|   & @|unsigned-short|, @|unsigned-short-int|,
581                           @|ushort|                             \\ \hlx{v}
582     @|int|              & @|int|, @|signed|, @|signed-int|,
583                           @|sint|                               \\ \hlx{}
584     @|unsigned int|     & @|unsigned|, @|unsigned-int|, @|uint| \\ \hlx{v}
585     @|long|             & @|long|, @|signed-long|, @|long-int|,
586                           @|signed-long-int|, @|slong|          \\ \hlx{}
587     @|unsigned long|    & @|unsigned-long|, @|unsigned-long-int|,
588                           @|ulong|                              \\ \hlx{v}
589     @|long long|        & @|long-long|, @|signed-long-long|,
590                           @|long-long-int|,                     \\ \hlx{}
591                         & \qquad @|signed-long-long-int|,
592                           @|llong|, @|sllong|                   \\ \hlx{v}
593     @|unsigned long long|
594                         & @|unsigned-long-long|, @|unsigned-long-long-int|,
595                           @|ullong|                             \\ \hlx{v}
596     @|size_t|           & @|size-t|                             \\ \hlx{}
597     @|ptrdiff_t|        & @|ptrdiff-t|                          \\ \hlx{v}
598     @|int$n$_t|         & @|int$n$-t|
599                           (for $n \in \{ @|8|, @|16|, @|32|, @|64| \}$)
600                                                                 \\ \hlx{}
601     @|uint$n$_t|        & @|uint$n$-t|                          \\ \hlx{}
602     @|int_least$n$_t|   & @|int_least$n$-t|                     \\ \hlx{}
603     @|uint_least$n$_t|  & @|uint_least$n$-t|                    \\ \hlx{}
604     @|int_fast$n$_t|    & @|int_fast$n$-t|                      \\ \hlx{}
605     @|uint_fast$n$_t|   & @|uint_fast$n$-t|                     \\ \hlx{v}
606     @|intptr_t|         & @|intptr-t|                           \\ \hlx{}
607     @|uintptr_t|        & @|uintptr-t|                          \\ \hlx{}
608     @|intmax_t|         & @|intmax-t|                           \\ \hlx{}
609     @|uintmax_t|        & @|uintmax-t|                          \\ \hlx{v}
610     @|float|            & @|float|                              \\ \hlx{}
611     @|double|           & @|double|                             \\ \hlx{}
612     @|long double|      & @|long-double|                        \\ \hlx{v}
613     @|float _Imaginary| & @|float-imaginary|                    \\ \hlx{}
614     @|double _Imaginary|& @|double-imaginary|                   \\ \hlx{}
615     @|long double _Imaginary|
616                         & @|long-double-imaginary|              \\ \hlx{v}
617     @|float _Complex|   & @|float-complex|                      \\ \hlx{}
618     @|double _Complex|  & @|double-complex|                     \\ \hlx{}
619     @|long double _Complex|
620                         & @|long-double-complex|                \\ \hlx{v}
621     @|va_list|          & @|va-list|                            \\ \hlx*{vh}
622   \end{tabular}
623   \caption{Builtin symbolic type specifiers for simple C types}
624   \label{tab:codegen.c-types.simple}
625 \end{table}
626
627 \begin{describe}{fun}
628     {make-simple-type @<name> \&optional @<qualifiers> @> @<c-type>}
629   Return the (unique interned) simple C type object for the C type whose name
630   is @<name> (a string) and which has the given @<qualifiers> (a list of
631   keywords).
632 \end{describe}
633
634 \begin{describe}{gf}{c-type-name @<c-type> @> @<string>}
635   Returns the name of a @|simple-c-type| instance @<c-type> as an immutable
636   string.
637 \end{describe}
638
639 \begin{describe}{mac}
640     {define-simple-c-type
641        \=@{ @<name> @! (@<name>^+) @}
642          @{ @<string> @! (@<string>^*) @}                     \+\\
643          @[[ @|:export| @<export-flag> @]]
644       \-\nlret @<name>}
645   Define type specifiers for a new simple C type.  Each symbol @<name> is
646   defined as a symbolic type specifier for the (unique interned) simple C
647   type whose name is the value of (the first) @<string>.  Further, each
648   @<name> is defined to be a type operator: the type specifier @|(@<name>
649   @<qualifier>^*)| evaluates to the (unique interned) simple C type whose
650   name is (the first) @<string> and which has the @<qualifiers> (which are
651   evaluated).
652
653   Each of the @<string>s is associated with the resulting type for retrieval
654   by \descref{fun}{find-simple-c-type}.  Furthermore, a variable
655   @|c-type-@<name>| is defined, for the first @<name> only, and initialized
656   with the newly constructed C type object.
657
658   If @<export-flag> is true, then the @|c-type-@<name>| variable name, and
659   all of the @<name>s, are exported from the current package.
660 \end{describe}
661
662 \begin{describe}{fun}
663     {find-simple-c-type @<string> @> @{ @<simple-c-type> @! @|nil| @}}
664   If @<string> is the name of a simple C type, as established by the
665   \descref{mac}{define-simple-c-type}[macro], then return the corresponding
666   @|simple-c-type| object; otherwise, return @|nil|.
667 \end{describe}
668
669 \begin{describe}{cls}{tagged-c-type (qualifiable-c-type)
670     \&key :qualifiers :tag}
671   Provides common behaviour for C tagged types.  A @<tag> is a string
672   containing a C identifier.
673
674   Two tagged types are equal if and only if they have the same class, their
675   @<tag>s are @|string=|, and they have matching qualifiers.  (User-defined
676   subclasses may have additional methods on @|c-type-equal-p| which impose
677   further restrictions.)
678 \end{describe}
679 \begin{boxy}[Bug]
680   Sod maintains distinct namespaces for the three kinds of tagged types.  In
681   C, there is only one namespace for tags which is shared between enums,
682   structs and unions.
683 \end{boxy}
684
685 \begin{describe}{gf}{c-type-tag @<c-type> @> @<keyword>}
686 \end{describe}
687
688 \begin{describe}{fun}
689     {make-c-tagged-type @<kind> @<tag> \&optional @<qualifiers>
690       @> @<tagged-type>}
691 \end{describe}
692
693 \begin{describe}{gf}{c-tagged-type-kind @<c-type> @> @<keyword>}
694   Returns a keyword classifying the tagged @<c-type>: one of @|:enum|,
695   @|:struct| or @|:union|.  User-defined subclasses of @|tagged-c-type|
696   should return their own classification symbols.  It is intended that
697   @|(string-downcase (c-tagged-type-kind @<c-type>))| be valid C
698   syntax.\footnote{%
699     Alas, C doesn't provide a syntactic category for these keywords;
700     \Cplusplus\ calls them a @<class-key>.} %
701   There is a method defined for each of the built-in tagged type classes
702   @|c-struct-type|, @|c-union-type| and @|c-enum-type|.
703 \end{describe}
704
705 \begin{describe}{gf}{kind-c-tagged-type @<keyword> @> @<symbol>}
706   This is not quite the inverse of @|c-tagged-type-kind|.  Given a keyword
707   naming a kind of tagged type, return the name of the corresponding C
708   type class as a symbol.
709 \end{describe}
710
711 \begin{describe*}
712     {\dhead{cls}{c-enum-type (tagged-c-type) \&key :qualifiers :tag}
713      \dhead{cty}{enum @<tag> @<qualifier>^*}}
714   Represents a C enumerated type.  An instance denotes the C type @|enum|
715   @<tag>.  See the direct superclass @|tagged-c-type| for details.
716
717   The type specifier @|enum| returns the (unique interned) enumerated type
718   with the given @<tag> and @<qualifier>s (all evaluated).
719 \end{describe*}
720
721 \begin{describe}{fun}
722     {make-enum-type @<tag> \&optional @<qualifiers> @> @<c-enum-type>}
723   Return the (unique interned) C type object for the enumerated C type whose
724   tag is @<tag> (a string) and which has the given @<qualifiers> (a list of
725   keywords).
726 \end{describe}
727
728 \begin{describe*}
729     {\dhead{cls}{c-struct-type (tagged-c-type) \&key :qualifiers :tag}
730      \dhead{cty}{struct @<tag> @<qualifier>^*}}
731   Represents a C structured type.  An instance denotes the C type @|struct|
732   @<tag>.  See the direct superclass @|tagged-c-type| for details.
733
734   The type specifier @|struct| returns the (unique interned) structured type
735   with the given @<tag> and @<qualifier>s (all evaluated).
736 \end{describe*}
737
738 \begin{describe}{fun}
739     {make-struct-type @<tag> \&optional @<qualifiers> @> @<c-struct-type>}
740   Return the (unique interned) C type object for the structured C type whose
741   tag is @<tag> (a string) and which has the given @<qualifiers> (a list of
742   keywords).
743 \end{describe}
744
745 \begin{describe*}
746     {\dhead{cls}{c-union-type (tagged-c-type) \&key :qualifiers :tag}
747      \dhead{cty}{union @<tag> @<qualifier>^*}}
748   Represents a C union type.  An instance denotes the C type @|union|
749   @<tag>.  See the direct superclass @|tagged-c-type|
750   for details.
751
752   The type specifier @|union| returns the (unique interned) union type with
753   the given @<tag> and @<qualifier>s (all evaluated).
754 \end{describe*}
755
756 \begin{describe}{fun}
757     {make-union-type @<tag> \&optional @<qualifiers> @> @<c-union-type>}
758   Return the (unique interned) C type object for the union C type whose tag
759   is @<tag> (a string) and which has the given @<qualifiers> (a list of
760   keywords).
761 \end{describe}
762
763
764 \subsection{Compound C types} \label{sec:code.c-types.compound}
765
766 Some C types are \emph{compound types}: they're defined in terms of existing
767 types.  The classes which represent compound types implement a common
768 protocol.
769
770 \begin{describe}{gf}{c-type-subtype @<c-type> @> @<subtype>}
771   Returns the underlying type of a compound type @<c-type>.  Precisely what
772   this means depends on the class of @<c-type>.
773 \end{describe}
774
775
776 \subsection{Atomic types} \label{sec:clang.c-types.atomic}
777
778 Atomic types are compound types.  The subtype of an atomic type is simply the
779 underlying type of the object.  Note that, as far as Sod is concerned, atomic
780 types are not the same as atomic-qualified types: you must be consistent
781 about which you use.
782
783 \begin{describe*}
784     {\dhead{cls}{c-atomic-type (qualifiable-c-type)
785                                \&key :qualifiers :subtype}
786      \dhead{cty}{atomic @<type-spec> @<qualifier>^*}}
787   Represents an atomic type.  An instance denotes the C type
788   @|_Atomic(@<subtype>)|.
789
790   The @<subtype> may be any C type.\footnote{%
791     C does not permit atomic function or array types.} %
792   Two atomic types are equal if and only if their subtypes are equal and they
793   have matching qualifiers.  It is possible, though probably not useful, to
794   have an atomic-qualified atomic type.
795
796   The type specifier @|atomic| returns a type qualified atomic @<subtype>,
797   where @<subtype> is the type specified by @<type-spec> and the
798   @<qualifier>s are qualifier keywords (which are evaluated).
799 \end{describe*}
800
801 \begin{describe}{fun}
802     {make-atomic-type @<c-type> \&optional @<qualifiers> @> @<c-atomic-type>}
803   Return an object describing the type qualified atomic @<subtype>.  If
804   @<subtype> is interned, then the returned atomic type object is interned
805   also.
806 \end{describe}
807
808
809 \subsection{Pointer types} \label{sec:clang.c-types.pointer}
810
811 Pointers are compound types.  The subtype of a pointer type is the type it
812 points to.
813
814 \begin{describe*}
815     {\dhead{cls}{c-pointer-type (qualifiable-c-type)
816                                 \&key :qualifiers :subtype}
817      \dhead{cty}{* @<type-spec> @<qualifier>^*}
818      \dhead{cty}{string}
819      \dhead{cty}{const-string}}
820   Represents a C pointer type.  An instance denotes the C type @<subtype>
821   @|*|@<qualifiers>.
822
823   The @<subtype> may be any C type.  Two pointer types are equal if and only
824   if their subtypes are equal and they have matching qualifiers.
825
826   \desclabel{cty}{ptr}
827   \desclabel{cty}{pointer}
828   The type specifier @|*| returns a type qualified pointer-to-@<subtype>,
829   where @<subtype> is the type specified by @<type-spec> and the
830   @<qualifier>s are qualifier keywords (which are evaluated).  The synonyms
831   @|ptr| and @|pointer| may be used in place of the star @`*'.
832
833   The symbol @|string| is a type specifier for the type pointer to
834   characters; the symbol @|const-string| is a type specifier for the type
835   pointer to constant characters.
836 \end{describe*}
837
838 \begin{describe}{fun}
839     {make-pointer-type @<c-type> \&optional @<qualifiers>
840       @> @<c-pointer-type>}
841   Return an object describing the type qualified pointer to @<subtype>.
842   If @<subtype> is interned, then the returned pointer type object is
843   interned also.
844 \end{describe}
845
846
847 \subsection{Array types} \label{sec:clang.c-types.array}
848
849 Arrays implement the compound-type protocol.  The subtype of an array type is
850 the array element type.
851
852 \begin{describe*}
853     {\dhead{cls}{c-array-type (c-type) \&key :subtype :dimensions}
854      \dhead{cty}{[] @<type-spec> @<dimension>^*}}
855   \desclabel{cty}{array}[|(]
856   \desclabel{cty}{vec}[|(]
857   Represents a multidimensional C array type.  The @<dimensions> are a list
858   of dimension specifiers $d_0$, $d_1$, \ldots, $d_{n-1}$; an instance then
859   denotes the C type @<subtype> @|[$d_0$][$d_1$]$\ldots$[$d_{n-1}$]|.  An
860   individual dimension specifier is either a string containing a C integral
861   constant expression, or nil which is equivalent to an empty string.  Only
862   the first (outermost) dimension $d_0$ should be empty.
863
864   C doesn't actually have multidimensional arrays as a primitive notion;
865   rather, it permits an array (with known extent) to be the element type of
866   an array, which achieves an equivalent effect.  C arrays are stored in
867   row-major order: i.e., if we write down the indices of the elements of an
868   array in order of ascending address, the rightmost index varies fastest;
869   hence, the type constructed is more accurately an array of $d_0$ arrays of
870   $d_1$ of \ldots\ arrays of $d_{n-1}$ elements of type @<subtype>.  We shall
871   continue to abuse terminology and refer to multidimensional arrays.
872
873   The type specifier @|[]| constructs a multidimensional array with the given
874   @<dimension>s whose elements have the type specified by @<type-spec>.  If
875   no dimensions are given then a single-dimensional array with unspecified
876   extent.  The synonyms @|array| and @|vec| may be used in place of the
877   brackets @`[]'.
878
879   \desclabel{cty}{array}[|)]
880   \desclabel{cty}{vec}[|)]
881 \end{describe*}
882
883 \begin{describe}{fun}
884     {make-array-type @<subtype> @<dimensions> @> @<c-array-type>}
885   Return an object describing the type of arrays with given @<dimensions> and
886   with element type @<subtype> (an instance of @|c-type|).  The @<dimensions>
887   argument is a list whose elements are strings or nil; see the description
888   of the class @|c-array-type| above for details.
889 \end{describe}
890
891 \begin{describe}{gf}{c-array-dimensions @<c-type> @> @<list>}
892   Returns the dimensions of @<c-type>, an array type, as an immutable list.
893 \end{describe}
894
895
896 \subsection{Function types} \label{sec:clang.c-types.fun}
897
898 Function types implement the compound-type protocol.  The subtype of a
899 function type is the type of the function's return value.
900
901 \begin{describe}{cls}{argument}
902   Represents an ordinary function argument.
903 \end{describe}
904
905 \begin{describe}{fun}{argumentp @<value> @> @<generalized-boolean>}
906   Decide whether @<value> is an @<argument> object: if so, return non-nil; if
907   not return nil.
908 \end{describe}
909
910 \begin{describe}{fun}
911     {make-argument @<name> @<c-type> \&optional @<default> @> @<argument>}
912   Construct and a return a new @<argument> object.  The argument has type
913   @<c-type>, which must be a @|c-type| object, and is named @<name>.
914
915   The @<name> may be nil to indicate that the argument has no name: in this
916   case the argument will be formatted as an abstract declarator, which is not
917   suitable for function definitions.  If @<name> is not nil, then the
918   @<name>'s print representation, with @|*print-escape*| nil, is used as the
919   argument name.
920
921   A @<default> may be supplied.  If the argument is used in a
922   keyword-argument list (e.g., in a \descref{cls}{c-keyword-function-type}
923   [object]), and the @<default> value is provided and non-nil, then its
924   (unescaped) printed representation is used to provide a default value if
925   the keyword argument is not supplied by the caller.
926 \end{describe}
927
928 \begin{describe*}
929     {\dhead{fun}{argument-name @<argument> @> @<name>}
930      \dhead{fun}{argument-type @<argument> @> @<c-type>}
931      \dhead{fun}{argument-default @<argument> @> @<default>}}
932   Accessor functions for @|argument| objects.  They return the appropriate
933   component of the object, as set by to @|make-argument|.  The @<default> is
934   nil if no default was provided to @|make-argument|.
935 \end{describe*}
936
937 \begin{describe}{gf}
938     {commentify-argument-name @<name> @> @<commentified-name>}
939   Convert the argument name @<name> so that it's suitable to declare the
940   function in a header file.
941
942   Robust header files shouldn't include literal argument names in
943   declarations of functions or function types, since this restricts the
944   including file from defining such names as macros.  This generic function
945   is used to convert names into a safe form.
946
947   \begin{describe}{meth}{null}
948       {commentify-argument-name (@<name> null) @> nil}
949     Returns nil: if the argument name is already omitted, it's safe for use
950     in a header file.
951   \end{describe}
952   \begin{describe}{meth}{t}
953       {commentify-argument-name (@<name> t) @> @<string>}
954     Returns the print form of @<name> wrapped in a C comment, as
955     @`/*@<name>*/'.
956   \end{describe}
957 \end{describe}
958
959 \begin{describe}{fun}
960     {commentify-argument-names @<arguments> @> @<commentified-arguments>}
961   Convert the @<arguments> list so that it's suitable for use in a header
962   file.
963
964   The @<arguments> list should be a list whose items are @|argument| objects
965   or the keyword @|:ellipsis|.  The return value is a list constructed as
966   follows.  For each @|argument| object in the input list, there is a
967   corresponding @|argument| object in the returned list, with the same type,
968   and whose name is the result of @|commentify-argument-name| applied to the
969   input argument name; an @|:ellipsis| in the input list is passed through
970   unchanged.
971 \end{describe}
972
973 \begin{describe*}
974     {\dhead{cls}{c-function-type (c-type) \&key :subtype :arguments}
975      \dhead*{cty}{fun @<return-type>
976                       @{ (@<arg-name> @<arg-type>) @}^*
977                       @[:ellipsis @! . @<form>@]}}
978   \desclabel{cty}{()}[|(]
979   \desclabel{cty}{fn}[|(]
980   \desclabel{cty}{func}[|(]
981   \desclabel{cty}{function}[|(]
982   \descindex{cty}{fun}[|(]
983   Represents C function types.  An instance denotes the type of a C
984   function which accepts the @<arguments> and returns @<subtype>.
985
986   The @<arguments> are a possibly empty list.  All but the last element of
987   the list must be @|argument| objects; the final element may instead be the
988   keyword @|:ellipsis|, which denotes a variable argument list.
989
990   An @<arguments> list consisting of a single argument with type @|void| is
991   converted into an empty list.  On output as C code, an empty argument list
992   is written as @|void|.  It is not possible to represent a pre-ANSI C
993   function without prototypes.
994
995   Two function types are considered to be the same if their return types are
996   the same, and their argument lists consist of arguments with the same type,
997   in the same order, and either both or neither argument list ends with
998   @|:ellipsis|; argument names are not compared.
999
1000   The type specifier @|fun| constructs a function type.  The function has the
1001   subtype @<return-type>.  The remaining items in the type-specifier list are
1002   used to construct the argument list.  The argument items are a possibly
1003   improper list, beginning with zero or more \emph{explicit arguments}:
1004   two-item @<arg-name>/@<arg-type> lists.  For each such list, an @|argument|
1005   object is constructed with the given name (evaluated) and type.  Following
1006   the explicit arguments, there may be
1007   \begin{itemize}
1008   \item nothing, in which case the function's argument list consists only of
1009     the explicit arguments;
1010   \item the keyword @|:ellipsis|, as the final item in the type-specifier
1011     list, indicating a variable argument list may follow the explicit
1012     arguments; or
1013   \item a possibly-improper list tail, beginning with an atom either as a
1014     list item or as the final list cdr, indicating that the entire list tail
1015     is a Lisp expression which is to be evaluated to compute the remaining
1016     arguments.
1017   \end{itemize}
1018   A tail expression may return a list of @|argument| objects, optionally
1019   followed by an @|:ellipsis|.
1020
1021   For example,
1022   \begin{prog}
1023     (c-type (fun \=(lisp (c-type-subtype other-func))         \+\\
1024                    ("first" int) . (c-function-arguments other-func))
1025   \end{prog}
1026   evaluates to a function type like @|other-func|, only with an additional
1027   argument of type @|int| added to the front of its argument list.  This
1028   could also have been written
1029   \begin{prog}
1030     (let (\=(args (c-function-arguments other-func))          \+\\
1031             (ret (c-type-subtype other-func)))                \-\\ \ind
1032       (c-type (fun \=(lisp ret) ("first" int) . args)
1033   \end{prog}
1034   \descindex{cty}{fun}[|)]
1035 \end{describe*}
1036
1037 \begin{describe*}
1038     {\dhead{cls}{c-keyword-function-type (c-function-type)
1039                                          \&key :subtype :arguments :keywords}
1040      \dhead{cty}{fun \=@<return-type>
1041                        @{ (@<arg-name> @<arg-type>) @}^*      \+\\
1042                        @{ \=:keys @{ (@<kw-name> @<kw-type>
1043                                       @[@<kw-default>@]) @}^*
1044                                @[. @<form>@] @!               \+\\
1045                              . @<form> @}}}
1046   Represents `functions' which accept keyword arguments.  Of course, actual C
1047   functions can't accept keyword arguments directly, but this type is useful
1048   for describing messages and methods which deal with keyword arguments.
1049
1050   An instance denotes the type of C function which accepts the position
1051   argument list @<arguments>, and keyword arguments from the @<keywords>
1052   list, and returns @<subtype>.  Either or both of the @<arguments> and
1053   @<keywords> lists may be empty.  (It is important to note the distinction
1054   between a function which doesn't accept keyword arguments, and one which
1055   does but for which no keyword arguments are defined.  In particular, the
1056   latter function can be changed later to accept a keyword argument without
1057   breaking compatibility with old code.)  The @<arguments> and @<keywords>
1058   lists must \emph{not} contain @|:ellipsis| markers: a function can accept
1059   keywords, or a variable-length argument tail, but not both.
1060
1061   Keyword arguments may (but need not) have a \emph{default value} which is
1062   supplied to the function body if the keyword is omitted.
1063
1064   Keyword functions are never considered to be the same as ordinary
1065   functions.  Two keyword function types are considered to be the same if
1066   their return types are the same, and their positional argument lists
1067   consist of arguments with the same type, in the same order: the keyword
1068   arguments accepted by the functions is not significant.
1069
1070   Keyword functions are constructed using an extended version of the @|fun|
1071   specifier (or any of its synonyms) used for ordinary C function types.
1072   Either the symbol @|:keys| must appear literally in the specifier, or the
1073   @<form> must evaluate to a list containing the symbol @|:keys|.  (If
1074   neither of these circumstances obtains, then the specifier constructs an
1075   ordinary function type.)
1076
1077   See the description of \descref{cls}{c-function-type} for how a trailing
1078   @<form> is handled.
1079
1080   The list of @<arg-name>s and @<arg-type>s describes the positional
1081   arguments.  The list of @<kw-name>s, @<kw-type>s and @<kw-defaults>s
1082   describes the keyword arguments.
1083
1084   \descindex{cty}{()}[|)]
1085   \descindex{cty}{fn}[|)]
1086   \descindex{cty}{func}[|)]
1087   \descindex{cty}{function}[|)]
1088 \end{describe*}
1089
1090 \begin{describe}{fun}
1091     {make-function-type @<subtype> @<arguments> @> @<c-function-type>}
1092   Construct and return a new function type, returning @<subtype> and
1093   accepting the @<arguments>.
1094
1095   If the @<arguments> list contains a @|:keys| marker, then a
1096   \descref{cls}{c-keyword-function-type}[object] is returned: those arguments
1097   preceding the @|:keys| marker form the positional argument list, and those
1098   following the marker form the list of keyword arguments.
1099 \end{describe}
1100
1101 \begin{describe}{fun}
1102     {make-keyword-function-type @<subtype> @<arguments> @<keywords>
1103       \nlret @<c-keyword-function-type>}
1104   Construct and return a new keyword-function type, returning @<subtype> and
1105   accepting the @<arguments> and @<keywords>.
1106 \end{describe}
1107
1108 \begin{describe}{gf}
1109     {c-function-arguments @<c-function-type> @> @<arguments>}
1110   Return the (non-keyword) argument list of the @<c-function-type>.
1111 \end{describe}
1112
1113 \begin{describe}{gf}
1114     {c-function-keywords @<c-function-type> @> @<keywords>}
1115   Return the keyword-argument list of the @<c-function-type>.
1116 \end{describe}
1117
1118 \begin{describe}{fun}
1119     {commentify-function-type @<c-function-type> @> @<commentified-c-type>}
1120   Return a commentified version of the @<c-function-type>.
1121
1122   The returned type has the same subtype as the given type, and the argument
1123   list of the returned type is the result of applying
1124   @|commentify-argument-names| to the argument list of the given type.
1125 \end{describe}
1126
1127 \begin{describe}{fun}{reify-variable-argument-tail @<arguments> @> @<list>}
1128   If the @<argument> list contains an @|:ellipsis| marker, then replace it
1129   with a @|va_list|.  The name for the new argument, if any, is taken from
1130   the \descref{var}{*sod-ap*}[variable].  The new list is returned; the
1131   original list is not modified, but may share structure with the new list.
1132 \end{describe}
1133
1134 \begin{describe}{fun}
1135     {merge-keyword-lists @<what-function> @<lists> @> @<list>}
1136   Merge a number of keyword-argument lists together and return the result.
1137
1138   The @<what-function> is either nil or a function designator; see below.
1139
1140   The @<lists> parameter is a list consisting of a number of
1141   @|(@<report-function> . @<args>)| pairs: in each pair, @<report-function>
1142   is either nil or a function designator, and @<args> is a list of
1143   \descref{cls}{argument} objects.
1144
1145   The resulting list contains exactly one argument for each distinct argument
1146   name appearing in the input @<lists>; this argument will contain the
1147   default value from the earliest occurrence in the input @<lists> of an
1148   argument with that name.
1149
1150   If the same name appears multiple times with different types, a continuable
1151   error will be signalled, and one of the conflicting argument types will be
1152   chosen arbitrarily.  The @<what-function> will be called to establish
1153   information which will be reported to the user.  It will be called with no
1154   arguments and is expected to return two values:
1155   \begin{itemize}
1156   \item a file location @<floc> or other object acceptable to
1157     \descref{gf}{file-location}, to be used as the location of the main
1158     error; and
1159   \item an object @<what>, whose printed representation should be a noun
1160     phrase describing the object for which the argument lists are being
1161     combined.
1162   \end{itemize}
1163   The phrasing of the error message is `type mismatch in @<what>'.  Either,
1164   or both, of @<floc> and @<what> may be nil, though this is considered poor
1165   practice; if @<what-function> is nil, this is equivalent to a function
1166   which returns two nil values.  Following the error, the @<report-function>s
1167   for the @<args> lists containing the conflicting argument objects are
1168   called, in an arbitrary order, with a single argument which is the
1169   offending @|argument| object; the function is expected to issue information
1170   messages (see \descref{fun}{info}) to give more detail for diagnosing the
1171   conflict.  If a @<report-function> is nil, then nothing happens; this is
1172   considered poor practice.
1173 \end{describe}
1174
1175 \begin{describe}{fun}
1176     {pprint-c-function-type @<return-type> @<stream>
1177                             @<print-args> @<print-kernel>}
1178   Provides the top-level structure for printing C function types.
1179
1180   Output is written to @<stream> to describe a function type returning
1181   @<return-type>, whose declarator kernel (containing the name, and any
1182   further type operands) will be printed by @<print-kernel>, and whose
1183   arguments, if any, will be printed by @<print-args>.
1184
1185   The @<print-kernel> function is a standard kernel-printing function
1186   following the \descref{gf}{pprint-c-type}[protocol].
1187
1188   The @<print-args> function is given a single argument, which is the
1189   @<stream> to print on.  It should not print the surrounding parentheses.
1190
1191   The output written to @<stream> looks approximately like
1192   \begin{prog}
1193     @<return-type> @<kernel>(@<args>)
1194   \end{prog}
1195 \end{describe}
1196
1197 \begin{describe}{fun}{pprint-argument-list @<args> @<stream> @> @<flag>}
1198   Print an argument list to @<stream>.
1199
1200   The @<args> is a list of \descref{cls}{argument}[objects], optionally
1201   containing an @|:ellipsis| marker.  The function returns true if any
1202   arguments were actually printed.
1203 \end{describe}
1204
1205
1206 \subsection{Parsing C types} \label{sec:clang.c-types.parsing}
1207
1208 \begin{describe}{fun}
1209     {parse-c-type @<scanner>
1210       @> @<result> @<success-flag> @<consumed-flag>}
1211 \end{describe}
1212
1213 \begin{describe}{fun}
1214     {parse-declarator @<scanner> @<base-type> \&key :kernel :abstractp
1215       \nlret @<result> @<success-flag> @<consumed-flag>}
1216 \end{describe}
1217
1218
1219 \subsection{Class types} \label{sec:clang.c-types.class}
1220
1221 \begin{describe*}
1222     {\dhead{cls}{c-class-type (simple-c-type)
1223                               \&key :class :tag :qualifiers :name}
1224      \dhead{cty}{class @<name> @<qualifier>^*}}
1225 \end{describe*}
1226
1227 \begin{describe*}
1228     {\dhead{gf}{c-type-class @<class-type> @> @<class>}
1229      \dhead{gf}{setf (c-type-class @<class-type>) @<class>}}
1230 \end{describe*}
1231
1232 \begin{describe}{fun}{find-class-type @<name> @> @<class-type-or-nil>}
1233 \end{describe}
1234
1235 \begin{describe}{fun}
1236     {make-class-type @<name> \&optional @<qualifiers> @> @<class-type>}
1237 \end{describe}
1238
1239 \begin{describe}{fun}{find-sod-class @<name> @> @<class>}
1240 \end{describe}
1241
1242 \begin{describe}{fun}{record-sod-class @<class>}
1243 \end{describe}
1244
1245 %%%--------------------------------------------------------------------------
1246 \section{Generating C code} \label{sec:clang.codegen}
1247
1248 This section deals with Sod's facilities for constructing and manipulating C
1249 expressions, declarations, instructions and definitions.
1250
1251
1252 \subsection{Temporary names} \label{sec:clang.codegen.temporaries}
1253
1254 Many C-level objects, especially ones with external linkage or inclusion in a
1255 header file, are assigned names which are simple strings, perhaps fixed ones,
1256 perhaps constructed.  Other objects don't need meaningful names, and
1257 suitably unique constructed names would be tedious and most likely rather
1258 opaque.  Therefore Sod has an ability to construct \emph{temporary names}.
1259
1260 These aren't temporary in the sense that they name C objects which have
1261 limited lifetimes at runtime.  Rather, the idea is that the names be
1262 significant only to small pieces of Lisp code, which will soon forget about
1263 them.
1264
1265 \subsubsection{The temporary name protocol}
1266 Temporary names are represented by objects which implement a simple protocol.
1267
1268 \begin{describe}{gf}{format-temporary-name @<var> @<stream>}
1269 \end{describe}
1270
1271 \begin{describe*}
1272     {\dhead{gf}{var-in-use-p @<var> @> @<generalized-boolean>}
1273      \dhead{gf}{setf (var-in-use-p @<var>) @<generalized-boolean>}}
1274 \end{describe*}
1275
1276 \subsubsection{Temporary name objects}
1277
1278 \begin{describe}{cls}{temporary-name () \&key :tag}
1279   A temporary name object.  This is the root of a small collection of
1280   subclasses, but is also usable on its own.
1281 \end{describe}
1282
1283 \begin{describe}{gf}{temp-tag @<name> @> @<tag>}
1284 \end{describe}
1285
1286 \begin{describe}{meth}{temporary-name}
1287     {commentify-argument-name (@<name> temporary-name) @> nil}
1288 \end{describe}
1289
1290 \begin{table}
1291   \begin{tabular}[C]{*2{>{\codeface}l}}                            \hlx*{hv}
1292     \thd{Class}         & \thd{Name format}                     \\ \hlx{vhv}
1293     temporary-name      & @<tag>                                \\
1294     temporary-argument  & sod__a@<tag>                          \\
1295     temporary-function  & sod__f@<tag>                          \\
1296     temporary-variable  & sod__v@<tag>                          \\ \hlx*{vh}
1297   \end{tabular}
1298   \caption{Temporary name formats}
1299   \label{tab:codegen.codegen.temps-format}
1300 \end{table}
1301
1302 \begin{describe}{cls}{temporary-argument (temporary-name) \&key :tag}
1303 \end{describe}
1304
1305 \begin{describe}{cls}{temporary-function (temporary-name) \&key :tag}
1306 \end{describe}
1307
1308 \begin{describe}{fun}{temporary-function @> @<name>}
1309 \end{describe}
1310
1311 \begin{describe}{cls}
1312     {temporary-variable (temporary-name) \&key :tag :in-use-p}
1313 \end{describe}
1314
1315 \subsubsection{Well-known `temporary' names}
1316
1317 \begin{table}
1318   \def\x#1{\desclabel{var}{#1}}
1319   \x{*sod-ap*} \x{*sod-master-ap*} \x{*null-pointer*}
1320   \begin{tabular}[C]{*2{>{\codeface}l}}                            \hlx*{hv}
1321     \thd{Variable}      & \thd{Name format}                     \\ \hlx{vhv}
1322     {}*sod-ap*          & sod__ap                               \\
1323     {}*sod-master-ap*   & sod__master_ap                        \\
1324     {}*null-pointer*    & NULL                                  \\ \hlx*{vh}
1325   \end{tabular}
1326   \caption{Well-known temporary names}
1327   \label{tab:codegen.codegen.well-known-temps}
1328 \end{table}
1329
1330
1331 \subsection{Instructions} \label{sec:clang.codegen.insts}
1332
1333 \begin{describe}{cls}{inst () \&key}
1334 \end{describe}
1335
1336 \begin{describe}{gf}{inst-metric @<inst>}
1337 \end{describe}
1338
1339 \begin{describe}{mac}
1340     {definst @<code> (@<streamvar> \&key @<export>) (@<arg>^*)  \\ \ind
1341       @[[ @<declaration>^* @! @<doc-string> @]]                 \\
1342       @<form>^*
1343      \-\nlret @<code>}
1344 \end{describe}
1345
1346 \begin{describe}{mac}
1347     {format-compound-statement
1348         (@<stream> @<child> \&optional @<morep>)                \\ \ind
1349       @<declaration>^*                                          \\
1350       @<form>^*}
1351 \end{describe}
1352
1353 \begin{describe}{fun}
1354     {format-banner-comment @<stream> @<control> \&rest @<args>}
1355 \end{describe}
1356
1357 \begin{table}
1358   \begin{tabular}[C]{ll>{\codeface}l}                              \hlx*{hv}
1359     \thd{Class name} &
1360                   \thd{Arguments} &
1361                                              \thd{Output format}\\ \hlx{vhv}
1362     @|var|      & @<name> @<type> @|\&optional| @<init>
1363                                            & @<type> @<name> @[= @<init>@];
1364                                                                 \\ \hlx{v}
1365     @|set|      & @<var> @<expr>           & @<var> = @<expr>;  \\ \hlx{v}
1366     @|update|   & @<var> @<op> @<expr>     & @<var> @<op>= @<expr>;
1367                                                                 \\ \hlx{v}
1368     @|cond|     & @<cond> @<conseq> @<alt> & @<cond> ? @<conseq> : @<alt>
1369                                                                 \\ \hlx{v}
1370     @|return|   & @<expr>                  & return @[@<expr>@];
1371                                                                 \\ \hlx{v}
1372     @|break|    & ---                      & break;             \\ \hlx{v}
1373     @|continue| & ---                      & continue;          \\ \hlx{v}
1374     @|expr|     & @<expr>                  & @<expr>;           \\ \hlx{v}
1375     @|call|     & @<func> @|\&rest| @<args>
1376                                            & @<func>(@<arg>_1,
1377                                                      $\ldots$,
1378                                                      @<arg>_n)  \\ \hlx{v}
1379     @|banner|   & @<control> @|\&rest| @<args>
1380                                            & /* @<banner> */    \\ \hlx{vhv}
1381     @|block|    & @<decls> @<body>         & \{ @[@<decls>@] @<body> \}
1382                                                                 \\ \hlx{v}
1383     @|if|       & @<cond> @<conseq> @|\&optional| @<alt>
1384                                            & if (@<cond>) @<conseq>
1385                                              @[else @<alt>@]    \\ \hlx{v}
1386     @|for|      & @<init> @<cond> @<update> @<body> &
1387       for (@<init>; @<cond>; @<update>) @<body>                 \\ \hlx{v}
1388     @|while|    & @<cond> @<body>          & while (@<cond>) @<body>
1389                                                                 \\ \hlx{v}
1390     @|do-while| & @<body> @<cond>          & do @<body> while (@<cond>);
1391                                                                 \\ \hlx{v}
1392     @|function| &
1393       \vtop{\hbox{\strut @<name> @<type> @<body>}
1394             \hbox{\strut \quad @|\&optional @<banner>|}
1395             \hbox{\strut \quad @|\&rest| @<banner-args>}} &
1396       \vtop{\hbox{\strut @[/* @<banner> */@]}
1397             \hbox{\strut @<type>_0 @<name>(@<type>_1 @<arg>_1, $\ldots$,
1398                                            @<type>_n @<arg>_n @[, \dots@])}
1399             \hbox{\strut \quad @<body>}}                        \\ \hlx*{vh}
1400   \end{tabular}
1401   \caption{Instruction classes}
1402   \label{tab:codegen.codegen.insts}
1403 \end{table}
1404
1405 \begin{describe*}
1406     {\dhead*{cls}{@<code>-inst (inst) \&key \dots}
1407      \dhead*{fun}{make-@<code>-inst \dots}
1408      \dhead*{gf}{inst-@<slot> @<inst> @> @<value>}}
1409   \def\instclass#1#2#3{%
1410     #1{cls}{#3-inst}[#2]%
1411     #1{fun}{make-#3-inst}[#2]%
1412   }
1413   \def\instslot#1#2#3{#1{gf}{inst-#3}[#2]}
1414   \def\makelabels#1#2{%
1415     \def\x{\instclass{#1}{#2}}
1416       \x{var} \x{set} \x{update} \x{cond} \x{return} \x{break} \x{continue}
1417       \x{expr} \x{call} \x{banner} \x{block} \x{if} \x{for} \x{while}
1418       \x{do-while} \x{function}
1419     \def\x{\instslot{#1}{#2}}
1420       \x{name} \x{type} \x{init} \x{var} \x{expr} \x{op} \x{cond} \x{conseq}
1421       \x{alt} \x{func} \x{args} \x{control} \x{decls} \x{body} \x{update}
1422       \x{banner} \x{banner-args}
1423   }
1424   \makelabels{\desclabel}{|(}
1425
1426   Sod provides a number of built-in instruction types generated by
1427   \descref{mac}{definst}: see \xref{tab:codegen.codegen.insts}.
1428
1429   \makelabels{\descindex}{|)}
1430 \end{describe*}
1431
1432
1433 \subsection{Code generation} \label{sec:clang.codegen.codegen}
1434
1435 \begin{describe}{gf}{codegen-functions @<codegen> @> @<list>}
1436 \end{describe}
1437
1438 \begin{describe}{gf}
1439     {ensure-var @<codegen> @<name> @<type> \&optional @<init>}
1440 \end{describe}
1441
1442 \begin{describe}{gf}{emit-inst @<codegen> @<inst>}
1443 \end{describe}
1444
1445 \begin{describe}{gf}{emit-insts @<codegen> @<insts>}
1446 \end{describe}
1447
1448 \begin{describe}{gf}{emit-decl @<codegen> @<decl>}
1449 \end{describe}
1450
1451 \begin{describe}{gf}{emit-decls @<codegen> @<decls>}
1452 \end{describe}
1453
1454 \begin{describe}{fun}{emit-banner @<codegen> @<control> \&rest @<args>}
1455 \end{describe}
1456
1457 \begin{describe}{gf}{codegen-push @<codegen>}
1458 \end{describe}
1459
1460 \begin{describe}{gf}{codegen-pop @<codegen> @> @<decls> @<insts>}
1461 \end{describe}
1462
1463 \begin{describe}{gf}{codegen-pop-block @<codegen> @> @<block-inst>}
1464 \end{describe}
1465
1466 \begin{describe}{gf}
1467     {codegen-pop-function @<codegen> @<name> @<type> @> @<name>}
1468 \end{describe}
1469
1470 \begin{describe}{gf}{codegen-add-function @<codegen> @<function>}
1471 \end{describe}
1472
1473 \begin{describe}{fun}
1474     {codegen-build-function @<codegen> @<name> @<type> @<vars> @<insts>
1475       @> @<name>}
1476 \end{describe}
1477
1478 \begin{describe}{gf}{temporary-var @<codegen> @<type> @> @<name>}
1479 \end{describe}
1480
1481 \begin{describe}{mac}
1482     {with-temporary-var (@<codegen> @<var> @<type>)             \\ \ind
1483       @<declaration>^*                                          \\
1484       @<form>^*
1485      \-\nlret @<value>^*}
1486 \end{describe}
1487
1488 \begin{describe}{fun}{deliver-expr @<codegen> @<target> @<expr>}
1489 \end{describe}
1490
1491 \begin{describe}{fun}
1492     {deliver-call @<codegen> @<target> @<func> \&rest @<args>}
1493 \end{describe}
1494
1495 \begin{describe}{fun}{convert-stmts @<codegen> @<target> @<type> @<func>}
1496 \end{describe}
1497
1498 \begin{describe}{cls}{codegen () \&key :vars :insts (:temp-index 0)}
1499 \end{describe}
1500
1501 %%%--------------------------------------------------------------------------
1502 \section{Literal C code fragments} \label{sec:clang.fragment}
1503
1504 \begin{describe}{cls}{c-fragment () \&key :location :text}
1505 \end{describe}
1506
1507 \begin{describe*}
1508     {\dhead{gf}{c-fragment-text @<fragment> @> @<string>}
1509      \dhead{meth}{c-fragment}
1510        {file-location (@<fragment> c-fragment) @> @<floc>}}
1511 \end{describe*}
1512
1513 \begin{describe}{fun}
1514     {scan-c-fragment @<scanner> @<end-chars>
1515       @> @<result> @<success-flag> @<consumed-flag>}
1516 \end{describe}
1517
1518 \begin{describe}{fun}
1519     {parse-delimited-fragment @<scanner> @<begin> @<end> \&key :keep-end
1520       \nlret @<result> @<success-flag> @<consumed-flag>}
1521 \end{describe}
1522
1523 %%%----- That's all, folks --------------------------------------------------
1524
1525 %%% Local variables:
1526 %%% mode: LaTeX
1527 %%% TeX-master: "sod.tex"
1528 %%% TeX-PDF-mode: t
1529 %%% End: