Merge branch 'master' of ssh://crater.dragonflybsd.org/repository/git/dragonfly
[dragonfly.git] / contrib / gcc-3.4 / gcc / doc / objc.texi
1 @c Copyright (C) 1988, 1989, 1992, 1993, 1994, 1995, 1996, 1997, 1998,
2 @c 1999, 2000, 2001, 2002, 2003, 2004 Free Software Foundation, Inc.
3 @c This is part of the GCC manual.
4 @c For copying conditions, see the file gcc.texi.
5
6 @node Objective-C
7 @comment  node-name,  next,  previous,  up
8
9 @chapter GNU Objective-C runtime features
10
11 This document is meant to describe some of the GNU Objective-C runtime
12 features.  It is not intended to teach you Objective-C, there are several
13 resources on the Internet that present the language.  Questions and
14 comments about this document to Ovidiu Predescu
15 @email{ovidiu@@cup.hp.com}.
16
17 @menu
18 * Executing code before main::
19 * Type encoding::
20 * Garbage Collection::
21 * Constant string objects::
22 * compatibility_alias::
23 @end menu
24
25 @node Executing code before main, Type encoding, Objective-C, Objective-C
26 @section @code{+load}: Executing code before main
27
28 The GNU Objective-C runtime provides a way that allows you to execute
29 code before the execution of the program enters the @code{main}
30 function.  The code is executed on a per-class and a per-category basis,
31 through a special class method @code{+load}.
32
33 This facility is very useful if you want to initialize global variables
34 which can be accessed by the program directly, without sending a message
35 to the class first.  The usual way to initialize global variables, in the
36 @code{+initialize} method, might not be useful because
37 @code{+initialize} is only called when the first message is sent to a
38 class object, which in some cases could be too late.
39
40 Suppose for example you have a @code{FileStream} class that declares
41 @code{Stdin}, @code{Stdout} and @code{Stderr} as global variables, like
42 below:
43
44 @smallexample
45
46 FileStream *Stdin = nil;
47 FileStream *Stdout = nil;
48 FileStream *Stderr = nil;
49
50 @@implementation FileStream
51
52 + (void)initialize
53 @{
54     Stdin = [[FileStream new] initWithFd:0];
55     Stdout = [[FileStream new] initWithFd:1];
56     Stderr = [[FileStream new] initWithFd:2];
57 @}
58
59 /* Other methods here */
60 @@end
61
62 @end smallexample
63
64 In this example, the initialization of @code{Stdin}, @code{Stdout} and
65 @code{Stderr} in @code{+initialize} occurs too late.  The programmer can
66 send a message to one of these objects before the variables are actually
67 initialized, thus sending messages to the @code{nil} object.  The
68 @code{+initialize} method which actually initializes the global
69 variables is not invoked until the first message is sent to the class
70 object.  The solution would require these variables to be initialized
71 just before entering @code{main}.
72
73 The correct solution of the above problem is to use the @code{+load}
74 method instead of @code{+initialize}:
75
76 @smallexample
77
78 @@implementation FileStream
79
80 + (void)load
81 @{
82     Stdin = [[FileStream new] initWithFd:0];
83     Stdout = [[FileStream new] initWithFd:1];
84     Stderr = [[FileStream new] initWithFd:2];
85 @}
86
87 /* Other methods here */
88 @@end
89
90 @end smallexample
91
92 The @code{+load} is a method that is not overridden by categories.  If a
93 class and a category of it both implement @code{+load}, both methods are
94 invoked.  This allows some additional initializations to be performed in
95 a category.
96
97 This mechanism is not intended to be a replacement for @code{+initialize}.
98 You should be aware of its limitations when you decide to use it
99 instead of @code{+initialize}.
100
101 @menu
102 * What you can and what you cannot do in +load::
103 @end menu
104
105
106 @node What you can and what you cannot do in +load,  , Executing code before main, Executing code before main
107 @subsection What you can and what you cannot do in @code{+load}
108
109 The @code{+load} implementation in the GNU runtime guarantees you the following
110 things:
111
112 @itemize @bullet
113
114 @item
115 you can write whatever C code you like;
116
117 @item
118 you can send messages to Objective-C constant strings (@code{@@"this is a
119 constant string"});
120
121 @item
122 you can allocate and send messages to objects whose class is implemented
123 in the same file;
124
125 @item
126 the @code{+load} implementation of all super classes of a class are executed before the @code{+load} of that class is executed;
127
128 @item
129 the @code{+load} implementation of a class is executed before the
130 @code{+load} implementation of any category.
131
132 @end itemize
133
134 In particular, the following things, even if they can work in a
135 particular case, are not guaranteed:
136
137 @itemize @bullet
138
139 @item
140 allocation of or sending messages to arbitrary objects;
141
142 @item
143 allocation of or sending messages to objects whose classes have a
144 category implemented in the same file;
145
146 @end itemize
147
148 You should make no assumptions about receiving @code{+load} in sibling
149 classes when you write @code{+load} of a class.  The order in which
150 sibling classes receive @code{+load} is not guaranteed.
151
152 The order in which @code{+load} and @code{+initialize} are called could
153 be problematic if this matters.  If you don't allocate objects inside
154 @code{+load}, it is guaranteed that @code{+load} is called before
155 @code{+initialize}.  If you create an object inside @code{+load} the
156 @code{+initialize} method of object's class is invoked even if
157 @code{+load} was not invoked.  Note if you explicitly call @code{+load}
158 on a class, @code{+initialize} will be called first.  To avoid possible
159 problems try to implement only one of these methods.
160
161 The @code{+load} method is also invoked when a bundle is dynamically
162 loaded into your running program.  This happens automatically without any
163 intervening operation from you.  When you write bundles and you need to
164 write @code{+load} you can safely create and send messages to objects whose
165 classes already exist in the running program.  The same restrictions as
166 above apply to classes defined in bundle.
167
168
169
170 @node Type encoding, Garbage Collection, Executing code before main, Objective-C
171 @section Type encoding
172
173 The Objective-C compiler generates type encodings for all the
174 types.  These type encodings are used at runtime to find out information
175 about selectors and methods and about objects and classes.
176
177 The types are encoded in the following way:
178
179 @c @sp 1
180
181 @multitable @columnfractions .25 .75
182 @item @code{char}
183 @tab @code{c}
184 @item @code{unsigned char}
185 @tab @code{C}
186 @item @code{short}
187 @tab @code{s}
188 @item @code{unsigned short}
189 @tab @code{S}
190 @item @code{int}
191 @tab @code{i}
192 @item @code{unsigned int}
193 @tab @code{I}
194 @item @code{long}
195 @tab @code{l}
196 @item @code{unsigned long}
197 @tab @code{L}
198 @item @code{long long}
199 @tab @code{q}
200 @item @code{unsigned long long}
201 @tab @code{Q}
202 @item @code{float}
203 @tab @code{f}
204 @item @code{double}
205 @tab @code{d}
206 @item @code{void}
207 @tab @code{v}
208 @item @code{id}
209 @tab @code{@@}
210 @item @code{Class}
211 @tab @code{#}
212 @item @code{SEL}
213 @tab @code{:}
214 @item @code{char*}
215 @tab @code{*}
216 @item unknown type
217 @tab @code{?}
218 @item bit-fields
219 @tab @code{b} followed by the starting position of the bit-field, the type of the bit-field and the size of the bit-field (the bit-fields encoding was changed from the NeXT's compiler encoding, see below)
220 @end multitable
221
222 @c @sp 1
223
224 The encoding of bit-fields has changed to allow bit-fields to be properly
225 handled by the runtime functions that compute sizes and alignments of
226 types that contain bit-fields.  The previous encoding contained only the
227 size of the bit-field.  Using only this information it is not possible to
228 reliably compute the size occupied by the bit-field.  This is very
229 important in the presence of the Boehm's garbage collector because the
230 objects are allocated using the typed memory facility available in this
231 collector.  The typed memory allocation requires information about where
232 the pointers are located inside the object.
233
234 The position in the bit-field is the position, counting in bits, of the
235 bit closest to the beginning of the structure.
236
237 The non-atomic types are encoded as follows:
238
239 @c @sp 1
240
241 @multitable @columnfractions .2 .8
242 @item pointers
243 @tab @samp{^} followed by the pointed type.
244 @item arrays
245 @tab @samp{[} followed by the number of elements in the array followed by the type of the elements followed by @samp{]}
246 @item structures
247 @tab @samp{@{} followed by the name of the structure (or @samp{?} if the structure is unnamed), the @samp{=} sign, the type of the members and by @samp{@}}
248 @item unions
249 @tab @samp{(} followed by the name of the structure (or @samp{?} if the union is unnamed), the @samp{=} sign, the type of the members followed by @samp{)}
250 @end multitable
251
252 Here are some types and their encodings, as they are generated by the
253 compiler on an i386 machine:
254
255 @sp 1
256
257 @multitable @columnfractions .25 .75
258 @item Objective-C type
259 @tab Compiler encoding
260 @item
261 @smallexample
262 int a[10];
263 @end smallexample
264 @tab @code{[10i]}
265 @item
266 @smallexample
267 struct @{
268   int i;
269   float f[3];
270   int a:3;
271   int b:2;
272   char c;
273 @}
274 @end smallexample
275 @tab @code{@{?=i[3f]b128i3b131i2c@}}
276 @end multitable
277
278 @sp 1
279
280 In addition to the types the compiler also encodes the type
281 specifiers.  The table below describes the encoding of the current
282 Objective-C type specifiers:
283
284 @sp 1
285
286 @multitable @columnfractions .25 .75
287 @item Specifier
288 @tab Encoding
289 @item @code{const}
290 @tab @code{r}
291 @item @code{in}
292 @tab @code{n}
293 @item @code{inout}
294 @tab @code{N}
295 @item @code{out}
296 @tab @code{o}
297 @item @code{bycopy}
298 @tab @code{O}
299 @item @code{oneway}
300 @tab @code{V}
301 @end multitable
302
303 @sp 1
304
305 The type specifiers are encoded just before the type.  Unlike types
306 however, the type specifiers are only encoded when they appear in method
307 argument types.
308
309
310 @node Garbage Collection, Constant string objects, Type encoding, Objective-C
311 @section Garbage Collection
312
313 Support for a new memory management policy has been added by using a
314 powerful conservative garbage collector, known as the
315 Boehm-Demers-Weiser conservative garbage collector.  It is available from
316 @w{@uref{http://www.hpl.hp.com/personal/Hans_Boehm/gc/}}.
317
318 To enable the support for it you have to configure the compiler using an
319 additional argument, @w{@option{--enable-objc-gc}}.  You need to have
320 garbage collector installed before building the compiler.  This will
321 build an additional runtime library which has several enhancements to
322 support the garbage collector.  The new library has a new name,
323 @file{libobjc_gc.a} to not conflict with the non-garbage-collected
324 library.
325
326 When the garbage collector is used, the objects are allocated using the
327 so-called typed memory allocation mechanism available in the
328 Boehm-Demers-Weiser collector.  This mode requires precise information on
329 where pointers are located inside objects.  This information is computed
330 once per class, immediately after the class has been initialized.
331
332 There is a new runtime function @code{class_ivar_set_gcinvisible()}
333 which can be used to declare a so-called @dfn{weak pointer}
334 reference.  Such a pointer is basically hidden for the garbage collector;
335 this can be useful in certain situations, especially when you want to
336 keep track of the allocated objects, yet allow them to be
337 collected.  This kind of pointers can only be members of objects, you
338 cannot declare a global pointer as a weak reference.  Every type which is
339 a pointer type can be declared a weak pointer, including @code{id},
340 @code{Class} and @code{SEL}.
341
342 Here is an example of how to use this feature.  Suppose you want to
343 implement a class whose instances hold a weak pointer reference; the
344 following class does this:
345
346 @smallexample
347
348 @@interface WeakPointer : Object
349 @{
350     const void* weakPointer;
351 @}
352
353 - initWithPointer:(const void*)p;
354 - (const void*)weakPointer;
355 @@end
356
357
358 @@implementation WeakPointer
359
360 + (void)initialize
361 @{
362   class_ivar_set_gcinvisible (self, "weakPointer", YES);
363 @}
364
365 - initWithPointer:(const void*)p
366 @{
367   weakPointer = p;
368   return self;
369 @}
370
371 - (const void*)weakPointer
372 @{
373   return weakPointer;
374 @}
375
376 @@end
377
378 @end smallexample
379
380 Weak pointers are supported through a new type character specifier
381 represented by the @samp{!} character.  The
382 @code{class_ivar_set_gcinvisible()} function adds or removes this
383 specifier to the string type description of the instance variable named
384 as argument.
385
386 @c =========================================================================
387 @node Constant string objects
388 @section Constant string objects
389
390 GNU Objective-C provides constant string objects that are generated
391 directly by the compiler.  You declare a constant string object by
392 prefixing a C constant string with the character @samp{@@}:
393
394 @smallexample
395   id myString = @@"this is a constant string object";
396 @end smallexample
397
398 The constant string objects are by default instances of the
399 @code{NXConstantString} class which is provided by the GNU Objective-C
400 runtime.  To get the definition of this class you must include the
401 @file{objc/NXConstStr.h} header file.
402
403 User defined libraries may want to implement their own constant string
404 class.  To be able to support them, the GNU Objective-C compiler provides
405 a new command line options @option{-fconstant-string-class=@var{class-name}}.
406 The provided class should adhere to a strict structure, the same
407 as @code{NXConstantString}'s structure:
408
409 @smallexample
410
411 @@interface MyConstantStringClass
412 @{
413   Class isa;
414   char *c_string;
415   unsigned int len;
416 @}
417 @@end
418
419 @end smallexample
420
421 @code{NXConstantString} inherits from @code{Object}; user class
422 libraries may choose to inherit the customized constant string class
423 from a different class than @code{Object}.  There is no requirement in
424 the methods the constant string class has to implement, but the final
425 ivar layout of the class must be the compatible with the given
426 structure.
427
428 When the compiler creates the statically allocated constant string
429 object, the @code{c_string} field will be filled by the compiler with
430 the string; the @code{length} field will be filled by the compiler with
431 the string length; the @code{isa} pointer will be filled with
432 @code{NULL} by the compiler, and it will later be fixed up automatically
433 at runtime by the GNU Objective-C runtime library to point to the class
434 which was set by the @option{-fconstant-string-class} option when the
435 object file is loaded (if you wonder how it works behind the scenes, the
436 name of the class to use, and the list of static objects to fixup, are
437 stored by the compiler in the object file in a place where the GNU
438 runtime library will find them at runtime).
439
440 As a result, when a file is compiled with the
441 @option{-fconstant-string-class} option, all the constant string objects
442 will be instances of the class specified as argument to this option.  It
443 is possible to have multiple compilation units referring to different
444 constant string classes, neither the compiler nor the linker impose any
445 restrictions in doing this.
446
447 @c =========================================================================
448 @node compatibility_alias
449 @section compatibility_alias
450
451 This is a feature of the Objective-C compiler rather than of the
452 runtime, anyway since it is documented nowhere and its existence was
453 forgotten, we are documenting it here.
454
455 The keyword @code{@@compatibility_alias} allows you to define a class name
456 as equivalent to another class name.  For example:
457
458 @smallexample
459 @@compatibility_alias WOApplication GSWApplication;
460 @end smallexample
461
462 tells the compiler that each time it encounters @code{WOApplication} as
463 a class name, it should replace it with @code{GSWApplication} (that is,
464 @code{WOApplication} is just an alias for @code{GSWApplication}).
465
466 There are some constraints on how this can be used---
467
468 @itemize @bullet
469
470 @item @code{WOApplication} (the alias) must not be an existing class;
471
472 @item @code{GSWApplication} (the real class) must be an existing class.
473
474 @end itemize