import xemacs-21.2.37
[chise/xemacs-chise.git.1] / info / internals.info-2
1 This is ../info/internals.info, produced by makeinfo version 4.0 from
2 internals/internals.texi.
3
4 INFO-DIR-SECTION XEmacs Editor
5 START-INFO-DIR-ENTRY
6 * Internals: (internals).       XEmacs Internals Manual.
7 END-INFO-DIR-ENTRY
8
9    Copyright (C) 1992 - 1996 Ben Wing.  Copyright (C) 1996, 1997 Sun
10 Microsystems.  Copyright (C) 1994 - 1998 Free Software Foundation.
11 Copyright (C) 1994, 1995 Board of Trustees, University of Illinois.
12
13    Permission is granted to make and distribute verbatim copies of this
14 manual provided the copyright notice and this permission notice are
15 preserved on all copies.
16
17    Permission is granted to copy and distribute modified versions of
18 this manual under the conditions for verbatim copying, provided that the
19 entire resulting derived work is distributed under the terms of a
20 permission notice identical to this one.
21
22    Permission is granted to copy and distribute translations of this
23 manual into another language, under the above conditions for modified
24 versions, except that this permission notice may be stated in a
25 translation approved by the Foundation.
26
27    Permission is granted to copy and distribute modified versions of
28 this manual under the conditions for verbatim copying, provided also
29 that the section entitled "GNU General Public License" is included
30 exactly as in the original, and provided that the entire resulting
31 derived work is distributed under the terms of a permission notice
32 identical to this one.
33
34    Permission is granted to copy and distribute translations of this
35 manual into another language, under the above conditions for modified
36 versions, except that the section entitled "GNU General Public License"
37 may be included in a translation approved by the Free Software
38 Foundation instead of in the original English.
39
40 \1f
41 File: internals.info,  Node: The XEmacs Object System (Abstractly Speaking),  Next: How Lisp Objects Are Represented in C,  Prev: XEmacs From the Inside,  Up: Top
42
43 The XEmacs Object System (Abstractly Speaking)
44 **********************************************
45
46    At the heart of the Lisp interpreter is its management of objects.
47 XEmacs Lisp contains many built-in objects, some of which are simple
48 and others of which can be very complex; and some of which are very
49 common, and others of which are rarely used or are only used
50 internally. (Since the Lisp allocation system, with its automatic
51 reclamation of unused storage, is so much more convenient than
52 `malloc()' and `free()', the C code makes extensive use of it in its
53 internal operations.)
54
55    The basic Lisp objects are
56
57 `integer'
58      28 or 31 bits of precision, or 60 or 63 bits on 64-bit machines;
59      the reason for this is described below when the internal Lisp
60      object representation is described.
61
62 `float'
63      Same precision as a double in C.
64
65 `cons'
66      A simple container for two Lisp objects, used to implement lists
67      and most other data structures in Lisp.
68
69 `char'
70      An object representing a single character of text; chars behave
71      like integers in many ways but are logically considered text
72      rather than numbers and have a different read syntax. (the read
73      syntax for a char contains the char itself or some textual
74      encoding of it--for example, a Japanese Kanji character might be
75      encoded as `^[$(B#&^[(B' using the ISO-2022 encoding
76      standard--rather than the numerical representation of the char;
77      this way, if the mapping between chars and integers changes, which
78      is quite possible for Kanji characters and other extended
79      characters, the same character will still be created.  Note that
80      some primitives confuse chars and integers.  The worst culprit is
81      `eq', which makes a special exception and considers a char to be
82      `eq' to its integer equivalent, even though in no other case are
83      objects of two different types `eq'.  The reason for this
84      monstrosity is compatibility with existing code; the separation of
85      char from integer came fairly recently.)
86
87 `symbol'
88      An object that contains Lisp objects and is referred to by name;
89      symbols are used to implement variables and named functions and to
90      provide the equivalent of preprocessor constants in C.
91
92 `vector'
93      A one-dimensional array of Lisp objects providing constant-time
94      access to any of the objects; access to an arbitrary object in a
95      vector is faster than for lists, but the operations that can be
96      done on a vector are more limited.
97
98 `string'
99      Self-explanatory; behaves much like a vector of chars but has a
100      different read syntax and is stored and manipulated more compactly.
101
102 `bit-vector'
103      A vector of bits; similar to a string in spirit.
104
105 `compiled-function'
106      An object containing compiled Lisp code, known as "byte code".
107
108 `subr'
109      A Lisp primitive, i.e. a Lisp-callable function implemented in C.
110
111    Note that there is no basic "function" type, as in more powerful
112 versions of Lisp (where it's called a "closure").  XEmacs Lisp does not
113 provide the closure semantics implemented by Common Lisp and Scheme.
114 The guts of a function in XEmacs Lisp are represented in one of four
115 ways: a symbol specifying another function (when one function is an
116 alias for another), a list (whose first element must be the symbol
117 `lambda') containing the function's source code, a compiled-function
118 object, or a subr object. (In other words, given a symbol specifying
119 the name of a function, calling `symbol-function' to retrieve the
120 contents of the symbol's function cell will return one of these types
121 of objects.)
122
123    XEmacs Lisp also contains numerous specialized objects used to
124 implement the editor:
125
126 `buffer'
127      Stores text like a string, but is optimized for insertion and
128      deletion and has certain other properties that can be set.
129
130 `frame'
131      An object with various properties whose displayable representation
132      is a "window" in window-system parlance.
133
134 `window'
135      A section of a frame that displays the contents of a buffer; often
136      called a "pane" in window-system parlance.
137
138 `window-configuration'
139      An object that represents a saved configuration of windows in a
140      frame.
141
142 `device'
143      An object representing a screen on which frames can be displayed;
144      equivalent to a "display" in the X Window System and a "TTY" in
145      character mode.
146
147 `face'
148      An object specifying the appearance of text or graphics; it has
149      properties such as font, foreground color, and background color.
150
151 `marker'
152      An object that refers to a particular position in a buffer and
153      moves around as text is inserted and deleted to stay in the same
154      relative position to the text around it.
155
156 `extent'
157      Similar to a marker but covers a range of text in a buffer; can
158      also specify properties of the text, such as a face in which the
159      text is to be displayed, whether the text is invisible or
160      unmodifiable, etc.
161
162 `event'
163      Generated by calling `next-event' and contains information
164      describing a particular event happening in the system, such as the
165      user pressing a key or a process terminating.
166
167 `keymap'
168      An object that maps from events (described using lists, vectors,
169      and symbols rather than with an event object because the mapping
170      is for classes of events, rather than individual events) to
171      functions to execute or other events to recursively look up; the
172      functions are described by name, using a symbol, or using lists to
173      specify the function's code.
174
175 `glyph'
176      An object that describes the appearance of an image (e.g.  pixmap)
177      on the screen; glyphs can be attached to the beginning or end of
178      extents and in some future version of XEmacs will be able to be
179      inserted directly into a buffer.
180
181 `process'
182      An object that describes a connection to an externally-running
183      process.
184
185    There are some other, less-commonly-encountered general objects:
186
187 `hash-table'
188      An object that maps from an arbitrary Lisp object to another
189      arbitrary Lisp object, using hashing for fast lookup.
190
191 `obarray'
192      A limited form of hash-table that maps from strings to symbols;
193      obarrays are used to look up a symbol given its name and are not
194      actually their own object type but are kludgily represented using
195      vectors with hidden fields (this representation derives from GNU
196      Emacs).
197
198 `specifier'
199      A complex object used to specify the value of a display property; a
200      default value is given and different values can be specified for
201      particular frames, buffers, windows, devices, or classes of device.
202
203 `char-table'
204      An object that maps from chars or classes of chars to arbitrary
205      Lisp objects; internally char tables use a complex nested-vector
206      representation that is optimized to the way characters are
207      represented as integers.
208
209 `range-table'
210      An object that maps from ranges of integers to arbitrary Lisp
211      objects.
212
213    And some strange special-purpose objects:
214
215 `charset'
216 `coding-system'
217      Objects used when MULE, or multi-lingual/Asian-language, support is
218      enabled.
219
220 `color-instance'
221 `font-instance'
222 `image-instance'
223      An object that encapsulates a window-system resource; instances are
224      mostly used internally but are exposed on the Lisp level for
225      cleanness of the specifier model and because it's occasionally
226      useful for Lisp program to create or query the properties of
227      instances.
228
229 `subwindow'
230      An object that encapsulate a "subwindow" resource, i.e. a
231      window-system child window that is drawn into by an external
232      process; this object should be integrated into the glyph system
233      but isn't yet, and may change form when this is done.
234
235 `tooltalk-message'
236 `tooltalk-pattern'
237      Objects that represent resources used in the ToolTalk interprocess
238      communication protocol.
239
240 `toolbar-button'
241      An object used in conjunction with the toolbar.
242
243    And objects that are only used internally:
244
245 `opaque'
246      A generic object for encapsulating arbitrary memory; this allows
247      you the generality of `malloc()' and the convenience of the Lisp
248      object system.
249
250 `lstream'
251      A buffering I/O stream, used to provide a unified interface to
252      anything that can accept output or provide input, such as a file
253      descriptor, a stdio stream, a chunk of memory, a Lisp buffer, a
254      Lisp string, etc.; it's a Lisp object to make its memory
255      management more convenient.
256
257 `char-table-entry'
258      Subsidiary objects in the internal char-table representation.
259
260 `extent-auxiliary'
261 `menubar-data'
262 `toolbar-data'
263      Various special-purpose objects that are basically just used to
264      encapsulate memory for particular subsystems, similar to the more
265      general "opaque" object.
266
267 `symbol-value-forward'
268 `symbol-value-buffer-local'
269 `symbol-value-varalias'
270 `symbol-value-lisp-magic'
271      Special internal-only objects that are placed in the value cell of
272      a symbol to indicate that there is something special with this
273      variable - e.g. it has no value, it mirrors another variable, or
274      it mirrors some C variable; there is really only one kind of
275      object, called a "symbol-value-magic", but it is sort-of halfway
276      kludged into semi-different object types.
277
278    Some types of objects are "permanent", meaning that once created,
279 they do not disappear until explicitly destroyed, using a function such
280 as `delete-buffer', `delete-window', `delete-frame', etc.  Others will
281 disappear once they are not longer used, through the garbage collection
282 mechanism.  Buffers, frames, windows, devices, and processes are among
283 the objects that are permanent.  Note that some objects can go both
284 ways: Faces can be created either way; extents are normally permanent,
285 but detached extents (extents not referring to any text, as happens to
286 some extents when the text they are referring to is deleted) are
287 temporary.  Note that some permanent objects, such as faces and coding
288 systems, cannot be deleted.  Note also that windows are unique in that
289 they can be _undeleted_ after having previously been deleted. (This
290 happens as a result of restoring a window configuration.)
291
292    Note that many types of objects have a "read syntax", i.e. a way of
293 specifying an object of that type in Lisp code.  When you load a Lisp
294 file, or type in code to be evaluated, what really happens is that the
295 function `read' is called, which reads some text and creates an object
296 based on the syntax of that text; then `eval' is called, which possibly
297 does something special; then this loop repeats until there's no more
298 text to read. (`eval' only actually does something special with
299 symbols, which causes the symbol's value to be returned, similar to
300 referencing a variable; and with conses [i.e. lists], which cause a
301 function invocation.  All other values are returned unchanged.)
302
303    The read syntax
304
305      17297
306
307    converts to an integer whose value is 17297.
308
309      1.983e-4
310
311    converts to a float whose value is 1.983e-4, or .0001983.
312
313      ?b
314
315    converts to a char that represents the lowercase letter b.
316
317      ?^[$(B#&^[(B
318
319    (where `^[' actually is an `ESC' character) converts to a particular
320 Kanji character when using an ISO2022-based coding system for input.
321 (To decode this goo: `ESC' begins an escape sequence; `ESC $ (' is a
322 class of escape sequences meaning "switch to a 94x94 character set";
323 `ESC $ ( B' means "switch to Japanese Kanji"; `#' and `&' collectively
324 index into a 94-by-94 array of characters [subtract 33 from the ASCII
325 value of each character to get the corresponding index]; `ESC (' is a
326 class of escape sequences meaning "switch to a 94 character set"; `ESC
327 (B' means "switch to US ASCII".  It is a coincidence that the letter
328 `B' is used to denote both Japanese Kanji and US ASCII.  If the first
329 `B' were replaced with an `A', you'd be requesting a Chinese Hanzi
330 character from the GB2312 character set.)
331
332      "foobar"
333
334    converts to a string.
335
336      foobar
337
338    converts to a symbol whose name is `"foobar"'.  This is done by
339 looking up the string equivalent in the global variable `obarray',
340 whose contents should be an obarray.  If no symbol is found, a new
341 symbol with the name `"foobar"' is automatically created and added to
342 `obarray'; this process is called "interning" the symbol.
343
344      (foo . bar)
345
346    converts to a cons cell containing the symbols `foo' and `bar'.
347
348      (1 a 2.5)
349
350    converts to a three-element list containing the specified objects
351 (note that a list is actually a set of nested conses; see the XEmacs
352 Lisp Reference).
353
354      [1 a 2.5]
355
356    converts to a three-element vector containing the specified objects.
357
358      #[... ... ... ...]
359
360    converts to a compiled-function object (the actual contents are not
361 shown since they are not relevant here; look at a file that ends with
362 `.elc' for examples).
363
364      #*01110110
365
366    converts to a bit-vector.
367
368      #s(hash-table ... ...)
369
370    converts to a hash table (the actual contents are not shown).
371
372      #s(range-table ... ...)
373
374    converts to a range table (the actual contents are not shown).
375
376      #s(char-table ... ...)
377
378    converts to a char table (the actual contents are not shown).
379
380    Note that the `#s()' syntax is the general syntax for structures,
381 which are not really implemented in XEmacs Lisp but should be.
382
383    When an object is printed out (using `print' or a related function),
384 the read syntax is used, so that the same object can be read in again.
385
386    The other objects do not have read syntaxes, usually because it does
387 not really make sense to create them in this fashion (i.e.  processes,
388 where it doesn't make sense to have a subprocess created as a side
389 effect of reading some Lisp code), or because they can't be created at
390 all (e.g. subrs).  Permanent objects, as a rule, do not have a read
391 syntax; nor do most complex objects, which contain too much state to be
392 easily initialized through a read syntax.
393
394 \1f
395 File: internals.info,  Node: How Lisp Objects Are Represented in C,  Next: Rules When Writing New C Code,  Prev: The XEmacs Object System (Abstractly Speaking),  Up: Top
396
397 How Lisp Objects Are Represented in C
398 *************************************
399
400    Lisp objects are represented in C using a 32-bit or 64-bit machine
401 word (depending on the processor; i.e. DEC Alphas use 64-bit Lisp
402 objects and most other processors use 32-bit Lisp objects).  The
403 representation stuffs a pointer together with a tag, as follows:
404
405       [ 3 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ]
406       [ 1 0 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 ]
407      
408         <---------------------------------------------------------> <->
409                  a pointer to a structure, or an integer            tag
410
411    A tag of 00 is used for all pointer object types, a tag of 10 is used
412 for characters, and the other two tags 01 and 11 are joined together to
413 form the integer object type.  This representation gives us 31 bit
414 integers and 30 bit characters, while pointers are represented directly
415 without any bit masking or shifting.  This representation, though,
416 assumes that pointers to structs are always aligned to multiples of 4,
417 so the lower 2 bits are always zero.
418
419    Lisp objects use the typedef `Lisp_Object', but the actual C type
420 used for the Lisp object can vary.  It can be either a simple type
421 (`long' on the DEC Alpha, `int' on other machines) or a structure whose
422 fields are bit fields that line up properly (actually, a union of
423 structures is used).  Generally the simple integral type is preferable
424 because it ensures that the compiler will actually use a machine word
425 to represent the object (some compilers will use more general and less
426 efficient code for unions and structs even if they can fit in a machine
427 word).  The union type, however, has the advantage of stricter type
428 checking.  If you accidentally pass an integer where a Lisp object is
429 desired, you get a compile error.  The choice of which type to use is
430 determined by the preprocessor constant `USE_UNION_TYPE' which is
431 defined via the `--use-union-type' option to `configure'.
432
433    Various macros are used to convert between Lisp_Objects and the
434 corresponding C type.  Macros of the form `XINT()', `XCHAR()',
435 `XSTRING()', `XSYMBOL()', do any required bit shifting and/or masking
436 and cast it to the appropriate type.  `XINT()' needs to be a bit tricky
437 so that negative numbers are properly sign-extended.  Since integers
438 are stored left-shifted, if the right-shift operator does an arithmetic
439 shift (i.e. it leaves the most-significant bit as-is rather than
440 shifting in a zero, so that it mimics a divide-by-two even for negative
441 numbers) the shift to remove the tag bit is enough.  This is the case
442 on all the systems we support.
443
444    Note that when `ERROR_CHECK_TYPECHECK' is defined, the converter
445 macros become more complicated--they check the tag bits and/or the type
446 field in the first four bytes of a record type to ensure that the
447 object is really of the correct type.  This is great for catching places
448 where an incorrect type is being dereferenced--this typically results
449 in a pointer being dereferenced as the wrong type of structure, with
450 unpredictable (and sometimes not easily traceable) results.
451
452    There are similar `XSETTYPE()' macros that construct a Lisp object.
453 These macros are of the form `XSETTYPE (LVALUE, RESULT)', i.e. they
454 have to be a statement rather than just used in an expression.  The
455 reason for this is that standard C doesn't let you "construct" a
456 structure (but GCC does).  Granted, this sometimes isn't too
457 convenient; for the case of integers, at least, you can use the
458 function `make_int()', which constructs and _returns_ an integer Lisp
459 object.  Note that the `XSETTYPE()' macros are also affected by
460 `ERROR_CHECK_TYPECHECK' and make sure that the structure is of the
461 right type in the case of record types, where the type is contained in
462 the structure.
463
464    The C programmer is responsible for *guaranteeing* that a
465 Lisp_Object is the correct type before using the `XTYPE' macros.  This
466 is especially important in the case of lists.  Use `XCAR' and `XCDR' if
467 a Lisp_Object is certainly a cons cell, else use `Fcar()' and `Fcdr()'.
468 Trust other C code, but not Lisp code.  On the other hand, if XEmacs
469 has an internal logic error, it's better to crash immediately, so
470 sprinkle `assert()'s and "unreachable" `abort()'s liberally about the
471 source code.  Where performance is an issue, use `type_checking_assert',
472 `bufpos_checking_assert', and `gc_checking_assert', which do nothing
473 unless the corresponding configure error checking flag was specified.
474
475 \1f
476 File: internals.info,  Node: Rules When Writing New C Code,  Next: A Summary of the Various XEmacs Modules,  Prev: How Lisp Objects Are Represented in C,  Up: Top
477
478 Rules When Writing New C Code
479 *****************************
480
481    The XEmacs C Code is extremely complex and intricate, and there are
482 many rules that are more or less consistently followed throughout the
483 code.  Many of these rules are not obvious, so they are explained here.
484 It is of the utmost importance that you follow them.  If you don't,
485 you may get something that appears to work, but which will crash in odd
486 situations, often in code far away from where the actual breakage is.
487
488 * Menu:
489
490 * General Coding Rules::
491 * Writing Lisp Primitives::
492 * Adding Global Lisp Variables::
493 * Coding for Mule::
494 * Techniques for XEmacs Developers::
495
496 \1f
497 File: internals.info,  Node: General Coding Rules,  Next: Writing Lisp Primitives,  Prev: Rules When Writing New C Code,  Up: Rules When Writing New C Code
498
499 General Coding Rules
500 ====================
501
502    The C code is actually written in a dialect of C called "Clean C",
503 meaning that it can be compiled, mostly warning-free, with either a C or
504 C++ compiler.  Coding in Clean C has several advantages over plain C.
505 C++ compilers are more nit-picking, and a number of coding errors have
506 been found by compiling with C++.  The ability to use both C and C++
507 tools means that a greater variety of development tools are available to
508 the developer.
509
510    Almost every module contains a `syms_of_*()' function and a
511 `vars_of_*()' function.  The former declares any Lisp primitives you
512 have defined and defines any symbols you will be using.  The latter
513 declares any global Lisp variables you have added and initializes global
514 C variables in the module.  For each such function, declare it in
515 `symsinit.h' and make sure it's called in the appropriate place in
516 `emacs.c'.  *Important*: There are stringent requirements on exactly
517 what can go into these functions.  See the comment in `emacs.c'.  The
518 reason for this is to avoid obscure unwanted interactions during
519 initialization.  If you don't follow these rules, you'll be sorry!  If
520 you want to do anything that isn't allowed, create a
521 `complex_vars_of_*()' function for it.  Doing this is tricky, though:
522 You have to make sure your function is called at the right time so that
523 all the initialization dependencies work out.
524
525    Every module includes `<config.h>' (angle brackets so that
526 `--srcdir' works correctly; `config.h' may or may not be in the same
527 directory as the C sources) and `lisp.h'.  `config.h' must always be
528 included before any other header files (including system header files)
529 to ensure that certain tricks played by various `s/' and `m/' files
530 work out correctly.
531
532    When including header files, always use angle brackets, not double
533 quotes, except when the file to be included is always in the same
534 directory as the including file.  If either file is a generated file,
535 then that is not likely to be the case.  In order to understand why we
536 have this rule, imagine what happens when you do a build in the source
537 directory using `./configure' and another build in another directory
538 using `../work/configure'.  There will be two different `config.h'
539 files.  Which one will be used if you `#include "config.h"'?
540
541    *All global and static variables that are to be modifiable must be
542 declared uninitialized.*  This means that you may not use the "declare
543 with initializer" form for these variables, such as `int some_variable
544 = 0;'.  The reason for this has to do with some kludges done during the
545 dumping process: If possible, the initialized data segment is re-mapped
546 so that it becomes part of the (unmodifiable) code segment in the
547 dumped executable.  This allows this memory to be shared among multiple
548 running XEmacs processes.  XEmacs is careful to place as much constant
549 data as possible into initialized variables during the `temacs' phase.
550
551    *Please note:* This kludge only works on a few systems nowadays, and
552 is rapidly becoming irrelevant because most modern operating systems
553 provide "copy-on-write" semantics.  All data is initially shared
554 between processes, and a private copy is automatically made (on a
555 page-by-page basis) when a process first attempts to write to a page of
556 memory.
557
558    Formerly, there was a requirement that static variables not be
559 declared inside of functions.  This had to do with another hack along
560 the same vein as what was just described: old USG systems put
561 statically-declared variables in the initialized data space, so those
562 header files had a `#define static' declaration. (That way, the
563 data-segment remapping described above could still work.) This fails
564 badly on static variables inside of functions, which suddenly become
565 automatic variables; therefore, you weren't supposed to have any of
566 them.  This awful kludge has been removed in XEmacs because
567
568   1. almost all of the systems that used this kludge ended up having to
569      disable the data-segment remapping anyway;
570
571   2. the only systems that didn't were extremely outdated ones;
572
573   3. this hack completely messed up inline functions.
574
575    The C source code makes heavy use of C preprocessor macros.  One
576 popular macro style is:
577
578      #define FOO(var, value) do {            \
579        Lisp_Object FOO_value = (value);      \
580        ... /* compute using FOO_value */     \
581        (var) = bar;                          \
582      } while (0)
583
584    The `do {...} while (0)' is a standard trick to allow FOO to have
585 statement semantics, so that it can safely be used within an `if'
586 statement in C, for example.  Multiple evaluation is prevented by
587 copying a supplied argument into a local variable, so that
588 `FOO(var,fun(1))' only calls `fun' once.
589
590    Lisp lists are popular data structures in the C code as well as in
591 Elisp.  There are two sets of macros that iterate over lists.
592 `EXTERNAL_LIST_LOOP_N' should be used when the list has been supplied
593 by the user, and cannot be trusted to be acyclic and `nil'-terminated.
594 A `malformed-list' or `circular-list' error will be generated if the
595 list being iterated over is not entirely kosher.  `LIST_LOOP_N', on the
596 other hand, is faster and less safe, and can be used only on trusted
597 lists.
598
599    Related macros are `GET_EXTERNAL_LIST_LENGTH' and `GET_LIST_LENGTH',
600 which calculate the length of a list, and in the case of
601 `GET_EXTERNAL_LIST_LENGTH', validating the properness of the list.  The
602 macros `EXTERNAL_LIST_LOOP_DELETE_IF' and `LIST_LOOP_DELETE_IF' delete
603 elements from a lisp list satisfying some predicate.
604
605 \1f
606 File: internals.info,  Node: Writing Lisp Primitives,  Next: Adding Global Lisp Variables,  Prev: General Coding Rules,  Up: Rules When Writing New C Code
607
608 Writing Lisp Primitives
609 =======================
610
611    Lisp primitives are Lisp functions implemented in C.  The details of
612 interfacing the C function so that Lisp can call it are handled by a few
613 C macros.  The only way to really understand how to write new C code is
614 to read the source, but we can explain some things here.
615
616    An example of a special form is the definition of `prog1', from
617 `eval.c'.  (An ordinary function would have the same general
618 appearance.)
619
620      DEFUN ("prog1", Fprog1, 1, UNEVALLED, 0, /*
621      Similar to `progn', but the value of the first form is returned.
622      \(prog1 FIRST BODY...): All the arguments are evaluated sequentially.
623      The value of FIRST is saved during evaluation of the remaining args,
624      whose values are discarded.
625      */
626             (args))
627      {
628        /* This function can GC */
629        REGISTER Lisp_Object val, form, tail;
630        struct gcpro gcpro1;
631      
632        val = Feval (XCAR (args));
633      
634        GCPRO1 (val);
635      
636        LIST_LOOP_3 (form, XCDR (args), tail)
637          Feval (form);
638      
639        UNGCPRO;
640        return val;
641      }
642
643    Let's start with a precise explanation of the arguments to the
644 `DEFUN' macro.  Here is a template for them:
645
646      DEFUN (LNAME, FNAME, MIN_ARGS, MAX_ARGS, INTERACTIVE, /*
647      DOCSTRING
648      */
649         (ARGLIST))
650
651 LNAME
652      This string is the name of the Lisp symbol to define as the
653      function name; in the example above, it is `"prog1"'.
654
655 FNAME
656      This is the C function name for this function.  This is the name
657      that is used in C code for calling the function.  The name is, by
658      convention, `F' prepended to the Lisp name, with all dashes (`-')
659      in the Lisp name changed to underscores.  Thus, to call this
660      function from C code, call `Fprog1'.  Remember that the arguments
661      are of type `Lisp_Object'; various macros and functions for
662      creating values of type `Lisp_Object' are declared in the file
663      `lisp.h'.
664
665      Primitives whose names are special characters (e.g. `+' or `<')
666      are named by spelling out, in some fashion, the special character:
667      e.g. `Fplus()' or `Flss()'.  Primitives whose names begin with
668      normal alphanumeric characters but also contain special characters
669      are spelled out in some creative way, e.g. `let*' becomes
670      `FletX()'.
671
672      Each function also has an associated structure that holds the data
673      for the subr object that represents the function in Lisp.  This
674      structure conveys the Lisp symbol name to the initialization
675      routine that will create the symbol and store the subr object as
676      its definition.  The C variable name of this structure is always
677      `S' prepended to the FNAME.  You hardly ever need to be aware of
678      the existence of this structure, since `DEFUN' plus `DEFSUBR'
679      takes care of all the details.
680
681 MIN_ARGS
682      This is the minimum number of arguments that the function
683      requires.  The function `prog1' allows a minimum of one argument.
684
685 MAX_ARGS
686      This is the maximum number of arguments that the function accepts,
687      if there is a fixed maximum.  Alternatively, it can be `UNEVALLED',
688      indicating a special form that receives unevaluated arguments, or
689      `MANY', indicating an unlimited number of evaluated arguments (the
690      C equivalent of `&rest').  Both `UNEVALLED' and `MANY' are macros.
691      If MAX_ARGS is a number, it may not be less than MIN_ARGS and it
692      may not be greater than 8. (If you need to add a function with
693      more than 8 arguments, use the `MANY' form.  Resist the urge to
694      edit the definition of `DEFUN' in `lisp.h'.  If you do it anyways,
695      make sure to also add another clause to the switch statement in
696      `primitive_funcall().')
697
698 INTERACTIVE
699      This is an interactive specification, a string such as might be
700      used as the argument of `interactive' in a Lisp function.  In the
701      case of `prog1', it is 0 (a null pointer), indicating that `prog1'
702      cannot be called interactively.  A value of `""' indicates a
703      function that should receive no arguments when called
704      interactively.
705
706 DOCSTRING
707      This is the documentation string.  It is written just like a
708      documentation string for a function defined in Lisp; in
709      particular, the first line should be a single sentence.  Note how
710      the documentation string is enclosed in a comment, none of the
711      documentation is placed on the same lines as the comment-start and
712      comment-end characters, and the comment-start characters are on
713      the same line as the interactive specification.  `make-docfile',
714      which scans the C files for documentation strings, is very
715      particular about what it looks for, and will not properly extract
716      the doc string if it's not in this exact format.
717
718      In order to make both `etags' and `make-docfile' happy, make sure
719      that the `DEFUN' line contains the LNAME and FNAME, and that the
720      comment-start characters for the doc string are on the same line
721      as the interactive specification, and put a newline directly after
722      them (and before the comment-end characters).
723
724 ARGLIST
725      This is the comma-separated list of arguments to the C function.
726      For a function with a fixed maximum number of arguments, provide a
727      C argument for each Lisp argument.  In this case, unlike regular C
728      functions, the types of the arguments are not declared; they are
729      simply always of type `Lisp_Object'.
730
731      The names of the C arguments will be used as the names of the
732      arguments to the Lisp primitive as displayed in its documentation,
733      modulo the same concerns described above for `F...' names (in
734      particular, underscores in the C arguments become dashes in the
735      Lisp arguments).
736
737      There is one additional kludge: A trailing `_' on the C argument is
738      discarded when forming the Lisp argument.  This allows C language
739      reserved words (like `default') or global symbols (like `dirname')
740      to be used as argument names without compiler warnings or errors.
741
742      A Lisp function with MAX_ARGS = `UNEVALLED' is a "special form";
743      its arguments are not evaluated.  Instead it receives one argument
744      of type `Lisp_Object', a (Lisp) list of the unevaluated arguments,
745      conventionally named `(args)'.
746
747      When a Lisp function has no upper limit on the number of arguments,
748      specify MAX_ARGS = `MANY'.  In this case its implementation in C
749      actually receives exactly two arguments: the number of Lisp
750      arguments (an `int') and the address of a block containing their
751      values (a `Lisp_Object *').  In this case only are the C types
752      specified in the ARGLIST: `(int nargs, Lisp_Object *args)'.
753
754    Within the function `Fprog1' itself, note the use of the macros
755 `GCPRO1' and `UNGCPRO'.  `GCPRO1' is used to "protect" a variable from
756 garbage collection--to inform the garbage collector that it must look
757 in that variable and regard the object pointed at by its contents as an
758 accessible object.  This is necessary whenever you call `Feval' or
759 anything that can directly or indirectly call `Feval' (this includes
760 the `QUIT' macro!).  At such a time, any Lisp object that you intend to
761 refer to again must be protected somehow.  `UNGCPRO' cancels the
762 protection of the variables that are protected in the current function.
763 It is necessary to do this explicitly.
764
765    The macro `GCPRO1' protects just one local variable.  If you want to
766 protect two, use `GCPRO2' instead; repeating `GCPRO1' will not work.
767 Macros `GCPRO3' and `GCPRO4' also exist.
768
769    These macros implicitly use local variables such as `gcpro1'; you
770 must declare these explicitly, with type `struct gcpro'.  Thus, if you
771 use `GCPRO2', you must declare `gcpro1' and `gcpro2'.
772
773    Note also that the general rule is "caller-protects"; i.e. you are
774 only responsible for protecting those Lisp objects that you create.  Any
775 objects passed to you as arguments should have been protected by whoever
776 created them, so you don't in general have to protect them.
777
778    In particular, the arguments to any Lisp primitive are always
779 automatically `GCPRO'ed, when called "normally" from Lisp code or
780 bytecode.  So only a few Lisp primitives that are called frequently from
781 C code, such as `Fprogn' protect their arguments as a service to their
782 caller.  You don't need to protect your arguments when writing a new
783 `DEFUN'.
784
785    `GCPRO'ing is perhaps the trickiest and most error-prone part of
786 XEmacs coding.  It is *extremely* important that you get this right and
787 use a great deal of discipline when writing this code.  *Note
788 `GCPRO'ing: GCPROing, for full details on how to do this.
789
790    What `DEFUN' actually does is declare a global structure of type
791 `Lisp_Subr' whose name begins with capital `SF' and which contains
792 information about the primitive (e.g. a pointer to the function, its
793 minimum and maximum allowed arguments, a string describing its Lisp
794 name); `DEFUN' then begins a normal C function declaration using the
795 `F...' name.  The Lisp subr object that is the function definition of a
796 primitive (i.e. the object in the function slot of the symbol that
797 names the primitive) actually points to this `SF' structure; when
798 `Feval' encounters a subr, it looks in the structure to find out how to
799 call the C function.
800
801    Defining the C function is not enough to make a Lisp primitive
802 available; you must also create the Lisp symbol for the primitive (the
803 symbol is "interned"; *note Obarrays::) and store a suitable subr
804 object in its function cell. (If you don't do this, the primitive won't
805 be seen by Lisp code.) The code looks like this:
806
807      DEFSUBR (FNAME);
808
809 Here FNAME is the same name you used as the second argument to `DEFUN'.
810
811    This call to `DEFSUBR' should go in the `syms_of_*()' function at
812 the end of the module.  If no such function exists, create it and make
813 sure to also declare it in `symsinit.h' and call it from the
814 appropriate spot in `main()'.  *Note General Coding Rules::.
815
816    Note that C code cannot call functions by name unless they are
817 defined in C.  The way to call a function written in Lisp from C is to
818 use `Ffuncall', which embodies the Lisp function `funcall'.  Since the
819 Lisp function `funcall' accepts an unlimited number of arguments, in C
820 it takes two: the number of Lisp-level arguments, and a one-dimensional
821 array containing their values.  The first Lisp-level argument is the
822 Lisp function to call, and the rest are the arguments to pass to it.
823 Since `Ffuncall' can call the evaluator, you must protect pointers from
824 garbage collection around the call to `Ffuncall'. (However, `Ffuncall'
825 explicitly protects all of its parameters, so you don't have to protect
826 any pointers passed as parameters to it.)
827
828    The C functions `call0', `call1', `call2', and so on, provide handy
829 ways to call a Lisp function conveniently with a fixed number of
830 arguments.  They work by calling `Ffuncall'.
831
832    `eval.c' is a very good file to look through for examples; `lisp.h'
833 contains the definitions for important macros and functions.
834
835 \1f
836 File: internals.info,  Node: Adding Global Lisp Variables,  Next: Coding for Mule,  Prev: Writing Lisp Primitives,  Up: Rules When Writing New C Code
837
838 Adding Global Lisp Variables
839 ============================
840
841    Global variables whose names begin with `Q' are constants whose
842 value is a symbol of a particular name.  The name of the variable should
843 be derived from the name of the symbol using the same rules as for Lisp
844 primitives.  These variables are initialized using a call to
845 `defsymbol()' in the `syms_of_*()' function. (This call interns a
846 symbol, sets the C variable to the resulting Lisp object, and calls
847 `staticpro()' on the C variable to tell the garbage-collection
848 mechanism about this variable.  What `staticpro()' does is add a
849 pointer to the variable to a large global array; when
850 garbage-collection happens, all pointers listed in the array are used
851 as starting points for marking Lisp objects.  This is important because
852 it's quite possible that the only current reference to the object is
853 the C variable.  In the case of symbols, the `staticpro()' doesn't
854 matter all that much because the symbol is contained in `obarray',
855 which is itself `staticpro()'ed.  However, it's possible that a naughty
856 user could do something like uninterning the symbol out of `obarray' or
857 even setting `obarray' to a different value [although this is likely to
858 make XEmacs crash!].)
859
860    *Please note:* It is potentially deadly if you declare a `Q...'
861 variable in two different modules.  The two calls to `defsymbol()' are
862 no problem, but some linkers will complain about multiply-defined
863 symbols.  The most insidious aspect of this is that often the link will
864 succeed anyway, but then the resulting executable will sometimes crash
865 in obscure ways during certain operations!  To avoid this problem,
866 declare any symbols with common names (such as `text') that are not
867 obviously associated with this particular module in the module
868 `general.c'.
869
870    Global variables whose names begin with `V' are variables that
871 contain Lisp objects.  The convention here is that all global variables
872 of type `Lisp_Object' begin with `V', and all others don't (including
873 integer and boolean variables that have Lisp equivalents). Most of the
874 time, these variables have equivalents in Lisp, but some don't.  Those
875 that do are declared this way by a call to `DEFVAR_LISP()' in the
876 `vars_of_*()' initializer for the module.  What this does is create a
877 special "symbol-value-forward" Lisp object that contains a pointer to
878 the C variable, intern a symbol whose name is as specified in the call
879 to `DEFVAR_LISP()', and set its value to the symbol-value-forward Lisp
880 object; it also calls `staticpro()' on the C variable to tell the
881 garbage-collection mechanism about the variable.  When `eval' (or
882 actually `symbol-value') encounters this special object in the process
883 of retrieving a variable's value, it follows the indirection to the C
884 variable and gets its value.  `setq' does similar things so that the C
885 variable gets changed.
886
887    Whether or not you `DEFVAR_LISP()' a variable, you need to
888 initialize it in the `vars_of_*()' function; otherwise it will end up
889 as all zeroes, which is the integer 0 (_not_ `nil'), and this is
890 probably not what you want.  Also, if the variable is not
891 `DEFVAR_LISP()'ed, *you must call* `staticpro()' on the C variable in
892 the `vars_of_*()' function.  Otherwise, the garbage-collection
893 mechanism won't know that the object in this variable is in use, and
894 will happily collect it and reuse its storage for another Lisp object,
895 and you will be the one who's unhappy when you can't figure out how
896 your variable got overwritten.
897
898 \1f
899 File: internals.info,  Node: Coding for Mule,  Next: Techniques for XEmacs Developers,  Prev: Adding Global Lisp Variables,  Up: Rules When Writing New C Code
900
901 Coding for Mule
902 ===============
903
904    Although Mule support is not compiled by default in XEmacs, many
905 people are using it, and we consider it crucial that new code works
906 correctly with multibyte characters.  This is not hard; it is only a
907 matter of following several simple user-interface guidelines.  Even if
908 you never compile with Mule, with a little practice you will find it
909 quite easy to code Mule-correctly.
910
911    Note that these guidelines are not necessarily tied to the current
912 Mule implementation; they are also a good idea to follow on the grounds
913 of code generalization for future I18N work.
914
915 * Menu:
916
917 * Character-Related Data Types::
918 * Working With Character and Byte Positions::
919 * Conversion to and from External Data::
920 * General Guidelines for Writing Mule-Aware Code::
921 * An Example of Mule-Aware Code::
922
923 \1f
924 File: internals.info,  Node: Character-Related Data Types,  Next: Working With Character and Byte Positions,  Prev: Coding for Mule,  Up: Coding for Mule
925
926 Character-Related Data Types
927 ----------------------------
928
929    First, let's review the basic character-related datatypes used by
930 XEmacs.  Note that the separate `typedef's are not mandatory in the
931 current implementation (all of them boil down to `unsigned char' or
932 `int'), but they improve clarity of code a great deal, because one
933 glance at the declaration can tell the intended use of the variable.
934
935 `Emchar'
936      An `Emchar' holds a single Emacs character.
937
938      Obviously, the equality between characters and bytes is lost in
939      the Mule world.  Characters can be represented by one or more
940      bytes in the buffer, and `Emchar' is the C type large enough to
941      hold any character.
942
943      Without Mule support, an `Emchar' is equivalent to an `unsigned
944      char'.
945
946 `Bufbyte'
947      The data representing the text in a buffer or string is logically
948      a set of `Bufbyte's.
949
950      XEmacs does not work with the same character formats all the time;
951      when reading characters from the outside, it decodes them to an
952      internal format, and likewise encodes them when writing.
953      `Bufbyte' (in fact `unsigned char') is the basic unit of XEmacs
954      internal buffers and strings format.  A `Bufbyte *' is the type
955      that points at text encoded in the variable-width internal
956      encoding.
957
958      One character can correspond to one or more `Bufbyte's.  In the
959      current Mule implementation, an ASCII character is represented by
960      the same `Bufbyte', and other characters are represented by a
961      sequence of two or more `Bufbyte's.
962
963      Without Mule support, there are exactly 256 characters, implicitly
964      Latin-1, and each character is represented using one `Bufbyte', and
965      there is a one-to-one correspondence between `Bufbyte's and
966      `Emchar's.
967
968 `Bufpos'
969 `Charcount'
970      A `Bufpos' represents a character position in a buffer or string.
971      A `Charcount' represents a number (count) of characters.
972      Logically, subtracting two `Bufpos' values yields a `Charcount'
973      value.  Although all of these are `typedef'ed to `EMACS_INT', we
974      use them in preference to `EMACS_INT' to make it clear what sort
975      of position is being used.
976
977      `Bufpos' and `Charcount' values are the only ones that are ever
978      visible to Lisp.
979
980 `Bytind'
981 `Bytecount'
982      A `Bytind' represents a byte position in a buffer or string.  A
983      `Bytecount' represents the distance between two positions, in
984      bytes.  The relationship between `Bytind' and `Bytecount' is the
985      same as the relationship between `Bufpos' and `Charcount'.
986
987 `Extbyte'
988 `Extcount'
989      When dealing with the outside world, XEmacs works with `Extbyte's,
990      which are equivalent to `unsigned char'.  Obviously, an `Extcount'
991      is the distance between two `Extbyte's.  Extbytes and Extcounts
992      are not all that frequent in XEmacs code.
993
994 \1f
995 File: internals.info,  Node: Working With Character and Byte Positions,  Next: Conversion to and from External Data,  Prev: Character-Related Data Types,  Up: Coding for Mule
996
997 Working With Character and Byte Positions
998 -----------------------------------------
999
1000    Now that we have defined the basic character-related types, we can
1001 look at the macros and functions designed for work with them and for
1002 conversion between them.  Most of these macros are defined in
1003 `buffer.h', and we don't discuss all of them here, but only the most
1004 important ones.  Examining the existing code is the best way to learn
1005 about them.
1006
1007 `MAX_EMCHAR_LEN'
1008      This preprocessor constant is the maximum number of buffer bytes to
1009      represent an Emacs character in the variable width internal
1010      encoding.  It is useful when allocating temporary strings to keep
1011      a known number of characters.  For instance:
1012
1013           {
1014             Charcount cclen;
1015             ...
1016             {
1017               /* Allocate place for CCLEN characters. */
1018               Bufbyte *buf = (Bufbyte *)alloca (cclen * MAX_EMCHAR_LEN);
1019           ...
1020
1021      If you followed the previous section, you can guess that,
1022      logically, multiplying a `Charcount' value with `MAX_EMCHAR_LEN'
1023      produces a `Bytecount' value.
1024
1025      In the current Mule implementation, `MAX_EMCHAR_LEN' equals 4.
1026      Without Mule, it is 1.
1027
1028 `charptr_emchar'
1029 `set_charptr_emchar'
1030      The `charptr_emchar' macro takes a `Bufbyte' pointer and returns
1031      the `Emchar' stored at that position.  If it were a function, its
1032      prototype would be:
1033
1034           Emchar charptr_emchar (Bufbyte *p);
1035
1036      `set_charptr_emchar' stores an `Emchar' to the specified byte
1037      position.  It returns the number of bytes stored:
1038
1039           Bytecount set_charptr_emchar (Bufbyte *p, Emchar c);
1040
1041      It is important to note that `set_charptr_emchar' is safe only for
1042      appending a character at the end of a buffer, not for overwriting a
1043      character in the middle.  This is because the width of characters
1044      varies, and `set_charptr_emchar' cannot resize the string if it
1045      writes, say, a two-byte character where a single-byte character
1046      used to reside.
1047
1048      A typical use of `set_charptr_emchar' can be demonstrated by this
1049      example, which copies characters from buffer BUF to a temporary
1050      string of Bufbytes.
1051
1052           {
1053             Bufpos pos;
1054             for (pos = beg; pos < end; pos++)
1055               {
1056                 Emchar c = BUF_FETCH_CHAR (buf, pos);
1057                 p += set_charptr_emchar (buf, c);
1058               }
1059           }
1060
1061      Note how `set_charptr_emchar' is used to store the `Emchar' and
1062      increment the counter, at the same time.
1063
1064 `INC_CHARPTR'
1065 `DEC_CHARPTR'
1066      These two macros increment and decrement a `Bufbyte' pointer,
1067      respectively.  They will adjust the pointer by the appropriate
1068      number of bytes according to the byte length of the character
1069      stored there.  Both macros assume that the memory address is
1070      located at the beginning of a valid character.
1071
1072      Without Mule support, `INC_CHARPTR (p)' and `DEC_CHARPTR (p)'
1073      simply expand to `p++' and `p--', respectively.
1074
1075 `bytecount_to_charcount'
1076      Given a pointer to a text string and a length in bytes, return the
1077      equivalent length in characters.
1078
1079           Charcount bytecount_to_charcount (Bufbyte *p, Bytecount bc);
1080
1081 `charcount_to_bytecount'
1082      Given a pointer to a text string and a length in characters,
1083      return the equivalent length in bytes.
1084
1085           Bytecount charcount_to_bytecount (Bufbyte *p, Charcount cc);
1086
1087 `charptr_n_addr'
1088      Return a pointer to the beginning of the character offset CC (in
1089      characters) from P.
1090
1091           Bufbyte *charptr_n_addr (Bufbyte *p, Charcount cc);
1092