Import gcc-4.7.2 to new vendor branch
[dragonfly.git] / contrib / gcc-4.7 / 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, 2005, 2010
3 @c Free Software Foundation, Inc.
4 @c This is part of the GCC manual.
5 @c For copying conditions, see the file gcc.texi.
6
7 @node Objective-C
8 @comment  node-name,  next,  previous,  up
9
10 @chapter GNU Objective-C features
11
12 This document is meant to describe some of the GNU Objective-C
13 features.  It is not intended to teach you Objective-C.  There are
14 several resources on the Internet that present the language.
15
16 @menu
17 * GNU Objective-C runtime API::
18 * Executing code before main::
19 * Type encoding::
20 * Garbage Collection::
21 * Constant string objects::
22 * compatibility_alias::
23 * Exceptions::
24 * Synchronization::
25 * Fast enumeration::
26 * Messaging with the GNU Objective-C runtime::
27 @end menu
28
29 @c =========================================================================
30 @node GNU Objective-C runtime API
31 @section GNU Objective-C runtime API
32
33 This section is specific for the GNU Objective-C runtime.  If you are
34 using a different runtime, you can skip it.
35
36 The GNU Objective-C runtime provides an API that allows you to
37 interact with the Objective-C runtime system, querying the live
38 runtime structures and even manipulating them.  This allows you for
39 example to inspect and navigate classes, methods and protocols; to
40 define new classes or new methods, and even to modify existing classes
41 or protocols.
42
43 If you are using a ``Foundation'' library such as GNUstep-Base, this
44 library will provide you with a rich set of functionality to do most
45 of the inspection tasks, and you probably will only need direct access
46 to the GNU Objective-C runtime API to define new classes or methods.
47
48 @menu
49 * Modern GNU Objective-C runtime API::
50 * Traditional GNU Objective-C runtime API::
51 @end menu
52
53 @c =========================================================================
54 @node Modern GNU Objective-C runtime API
55 @subsection Modern GNU Objective-C runtime API
56
57 The GNU Objective-C runtime provides an API which is similar to the
58 one provided by the ``Objective-C 2.0'' Apple/NeXT Objective-C
59 runtime.  The API is documented in the public header files of the GNU
60 Objective-C runtime:
61
62 @itemize @bullet
63
64 @item
65 @file{objc/objc.h}: this is the basic Objective-C header file,
66 defining the basic Objective-C types such as @code{id}, @code{Class}
67 and @code{BOOL}.  You have to include this header to do almost
68 anything with Objective-C.
69
70 @item
71 @file{objc/runtime.h}: this header declares most of the public runtime
72 API functions allowing you to inspect and manipulate the Objective-C
73 runtime data structures.  These functions are fairly standardized
74 across Objective-C runtimes and are almost identical to the Apple/NeXT
75 Objective-C runtime ones.  It does not declare functions in some
76 specialized areas (constructing and forwarding message invocations,
77 threading) which are in the other headers below.  You have to include
78 @file{objc/objc.h} and @file{objc/runtime.h} to use any of the
79 functions, such as @code{class_getName()}, declared in
80 @file{objc/runtime.h}.
81
82 @item
83 @file{objc/message.h}: this header declares public functions used to
84 construct, deconstruct and forward message invocations.  Because
85 messaging is done in quite a different way on different runtimes,
86 functions in this header are specific to the GNU Objective-C runtime
87 implementation.
88
89 @item
90 @file{objc/objc-exception.h}: this header declares some public
91 functions related to Objective-C exceptions.  For example functions in
92 this header allow you to throw an Objective-C exception from plain
93 C/C++ code.
94
95 @item
96 @file{objc/objc-sync.h}: this header declares some public functions
97 related to the Objective-C @code{@@synchronized()} syntax, allowing
98 you to emulate an Objective-C @code{@@synchronized()} block in plain
99 C/C++ code.
100
101 @item
102 @file{objc/thr.h}: this header declares a public runtime API threading
103 layer that is only provided by the GNU Objective-C runtime.  It
104 declares functions such as @code{objc_mutex_lock()}, which provide a
105 platform-independent set of threading functions.
106
107 @end itemize
108
109 The header files contain detailed documentation for each function in
110 the GNU Objective-C runtime API.
111
112 @c =========================================================================
113 @node Traditional GNU Objective-C runtime API
114 @subsection Traditional GNU Objective-C runtime API
115
116 The GNU Objective-C runtime used to provide a different API, which we
117 call the ``traditional'' GNU Objective-C runtime API.  Functions
118 belonging to this API are easy to recognize because they use a
119 different naming convention, such as @code{class_get_super_class()}
120 (traditional API) instead of @code{class_getSuperclass()} (modern
121 API).  Software using this API includes the file
122 @file{objc/objc-api.h} where it is declared.
123
124 Starting with GCC 4.7.0, the traditional GNU runtime API is no longer
125 available.
126
127 @c =========================================================================
128 @node Executing code before main
129 @section @code{+load}: Executing code before main
130
131 This section is specific for the GNU Objective-C runtime.  If you are
132 using a different runtime, you can skip it.
133
134 The GNU Objective-C runtime provides a way that allows you to execute
135 code before the execution of the program enters the @code{main}
136 function.  The code is executed on a per-class and a per-category basis,
137 through a special class method @code{+load}.
138
139 This facility is very useful if you want to initialize global variables
140 which can be accessed by the program directly, without sending a message
141 to the class first.  The usual way to initialize global variables, in the
142 @code{+initialize} method, might not be useful because
143 @code{+initialize} is only called when the first message is sent to a
144 class object, which in some cases could be too late.
145
146 Suppose for example you have a @code{FileStream} class that declares
147 @code{Stdin}, @code{Stdout} and @code{Stderr} as global variables, like
148 below:
149
150 @smallexample
151
152 FileStream *Stdin = nil;
153 FileStream *Stdout = nil;
154 FileStream *Stderr = nil;
155
156 @@implementation FileStream
157
158 + (void)initialize
159 @{
160     Stdin = [[FileStream new] initWithFd:0];
161     Stdout = [[FileStream new] initWithFd:1];
162     Stderr = [[FileStream new] initWithFd:2];
163 @}
164
165 /* @r{Other methods here} */
166 @@end
167
168 @end smallexample
169
170 In this example, the initialization of @code{Stdin}, @code{Stdout} and
171 @code{Stderr} in @code{+initialize} occurs too late.  The programmer can
172 send a message to one of these objects before the variables are actually
173 initialized, thus sending messages to the @code{nil} object.  The
174 @code{+initialize} method which actually initializes the global
175 variables is not invoked until the first message is sent to the class
176 object.  The solution would require these variables to be initialized
177 just before entering @code{main}.
178
179 The correct solution of the above problem is to use the @code{+load}
180 method instead of @code{+initialize}:
181
182 @smallexample
183
184 @@implementation FileStream
185
186 + (void)load
187 @{
188     Stdin = [[FileStream new] initWithFd:0];
189     Stdout = [[FileStream new] initWithFd:1];
190     Stderr = [[FileStream new] initWithFd:2];
191 @}
192
193 /* @r{Other methods here} */
194 @@end
195
196 @end smallexample
197
198 The @code{+load} is a method that is not overridden by categories.  If a
199 class and a category of it both implement @code{+load}, both methods are
200 invoked.  This allows some additional initializations to be performed in
201 a category.
202
203 This mechanism is not intended to be a replacement for @code{+initialize}.
204 You should be aware of its limitations when you decide to use it
205 instead of @code{+initialize}.
206
207 @menu
208 * What you can and what you cannot do in +load::
209 @end menu
210
211
212 @node What you can and what you cannot do in +load
213 @subsection What you can and what you cannot do in @code{+load}
214
215 @code{+load} is to be used only as a last resort.  Because it is
216 executed very early, most of the Objective-C runtime machinery will
217 not be ready when @code{+load} is executed; hence @code{+load} works
218 best for executing C code that is independent on the Objective-C
219 runtime.
220
221 The @code{+load} implementation in the GNU runtime guarantees you the
222 following things:
223
224 @itemize @bullet
225
226 @item
227 you can write whatever C code you like;
228
229 @item
230 you can allocate and send messages to objects whose class is implemented
231 in the same file;
232
233 @item
234 the @code{+load} implementation of all super classes of a class are
235 executed before the @code{+load} of that class is executed;
236
237 @item
238 the @code{+load} implementation of a class is executed before the
239 @code{+load} implementation of any category.
240
241 @end itemize
242
243 In particular, the following things, even if they can work in a
244 particular case, are not guaranteed:
245
246 @itemize @bullet
247
248 @item
249 allocation of or sending messages to arbitrary objects;
250
251 @item
252 allocation of or sending messages to objects whose classes have a
253 category implemented in the same file;
254
255 @item
256 sending messages to Objective-C constant strings (@code{@@"this is a
257 constant string"});
258
259 @end itemize
260
261 You should make no assumptions about receiving @code{+load} in sibling
262 classes when you write @code{+load} of a class.  The order in which
263 sibling classes receive @code{+load} is not guaranteed.
264
265 The order in which @code{+load} and @code{+initialize} are called could
266 be problematic if this matters.  If you don't allocate objects inside
267 @code{+load}, it is guaranteed that @code{+load} is called before
268 @code{+initialize}.  If you create an object inside @code{+load} the
269 @code{+initialize} method of object's class is invoked even if
270 @code{+load} was not invoked.  Note if you explicitly call @code{+load}
271 on a class, @code{+initialize} will be called first.  To avoid possible
272 problems try to implement only one of these methods.
273
274 The @code{+load} method is also invoked when a bundle is dynamically
275 loaded into your running program.  This happens automatically without any
276 intervening operation from you.  When you write bundles and you need to
277 write @code{+load} you can safely create and send messages to objects whose
278 classes already exist in the running program.  The same restrictions as
279 above apply to classes defined in bundle.
280
281
282
283 @node Type encoding
284 @section Type encoding
285
286 This is an advanced section.  Type encodings are used extensively by
287 the compiler and by the runtime, but you generally do not need to know
288 about them to use Objective-C.
289
290 The Objective-C compiler generates type encodings for all the types.
291 These type encodings are used at runtime to find out information about
292 selectors and methods and about objects and classes.
293
294 The types are encoded in the following way:
295
296 @c @sp 1
297
298 @multitable @columnfractions .25 .75
299 @item @code{_Bool}
300 @tab @code{B}
301 @item @code{char}
302 @tab @code{c}
303 @item @code{unsigned char}
304 @tab @code{C}
305 @item @code{short}
306 @tab @code{s}
307 @item @code{unsigned short}
308 @tab @code{S}
309 @item @code{int}
310 @tab @code{i}
311 @item @code{unsigned int}
312 @tab @code{I}
313 @item @code{long}
314 @tab @code{l}
315 @item @code{unsigned long}
316 @tab @code{L}
317 @item @code{long long}
318 @tab @code{q}
319 @item @code{unsigned long long}
320 @tab @code{Q}
321 @item @code{float}
322 @tab @code{f}
323 @item @code{double}
324 @tab @code{d}
325 @item @code{long double}
326 @tab @code{D}
327 @item @code{void}
328 @tab @code{v}
329 @item @code{id}
330 @tab @code{@@}
331 @item @code{Class}
332 @tab @code{#}
333 @item @code{SEL}
334 @tab @code{:}
335 @item @code{char*}
336 @tab @code{*}
337 @item @code{enum}
338 @tab an @code{enum} is encoded exactly as the integer type that the compiler uses for it, which depends on the enumeration
339 values.  Often the compiler users @code{unsigned int}, which is then encoded as @code{I}.
340 @item unknown type
341 @tab @code{?}
342 @item Complex types
343 @tab @code{j} followed by the inner type.  For example @code{_Complex double} is encoded as "jd".
344 @item bit-fields
345 @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)
346 @end multitable
347
348 @c @sp 1
349
350 The encoding of bit-fields has changed to allow bit-fields to be
351 properly handled by the runtime functions that compute sizes and
352 alignments of types that contain bit-fields.  The previous encoding
353 contained only the size of the bit-field.  Using only this information
354 it is not possible to reliably compute the size occupied by the
355 bit-field.  This is very important in the presence of the Boehm's
356 garbage collector because the objects are allocated using the typed
357 memory facility available in this collector.  The typed memory
358 allocation requires information about where the pointers are located
359 inside the object.
360
361 The position in the bit-field is the position, counting in bits, of the
362 bit closest to the beginning of the structure.
363
364 The non-atomic types are encoded as follows:
365
366 @c @sp 1
367
368 @multitable @columnfractions .2 .8
369 @item pointers
370 @tab @samp{^} followed by the pointed type.
371 @item arrays
372 @tab @samp{[} followed by the number of elements in the array followed by the type of the elements followed by @samp{]}
373 @item structures
374 @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{@}}
375 @item unions
376 @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{)}
377 @item vectors
378 @tab @samp{![} followed by the vector_size (the number of bytes composing the vector) followed by a comma, followed by the alignment (in bytes) of the vector, followed by the type of the elements followed by @samp{]}
379 @end multitable
380
381 Here are some types and their encodings, as they are generated by the
382 compiler on an i386 machine:
383
384 @sp 1
385
386 @multitable @columnfractions .25 .75
387 @item Objective-C type
388 @tab Compiler encoding
389 @item
390 @smallexample
391 int a[10];
392 @end smallexample
393 @tab @code{[10i]}
394 @item
395 @smallexample
396 struct @{
397   int i;
398   float f[3];
399   int a:3;
400   int b:2;
401   char c;
402 @}
403 @end smallexample
404 @tab @code{@{?=i[3f]b128i3b131i2c@}}
405 @item
406 @smallexample
407 int a __attribute__ ((vector_size (16)));
408 @end smallexample
409 @tab @code{![16,16i]} (alignment would depend on the machine)
410 @end multitable
411
412 @sp 1
413
414 In addition to the types the compiler also encodes the type
415 specifiers.  The table below describes the encoding of the current
416 Objective-C type specifiers:
417
418 @sp 1
419
420 @multitable @columnfractions .25 .75
421 @item Specifier
422 @tab Encoding
423 @item @code{const}
424 @tab @code{r}
425 @item @code{in}
426 @tab @code{n}
427 @item @code{inout}
428 @tab @code{N}
429 @item @code{out}
430 @tab @code{o}
431 @item @code{bycopy}
432 @tab @code{O}
433 @item @code{byref}
434 @tab @code{R}
435 @item @code{oneway}
436 @tab @code{V}
437 @end multitable
438
439 @sp 1
440
441 The type specifiers are encoded just before the type.  Unlike types
442 however, the type specifiers are only encoded when they appear in method
443 argument types.
444
445 Note how @code{const} interacts with pointers:
446
447 @sp 1
448
449 @multitable @columnfractions .25 .75
450 @item Objective-C type
451 @tab Compiler encoding
452 @item
453 @smallexample
454 const int
455 @end smallexample
456 @tab @code{ri}
457 @item
458 @smallexample
459 const int*
460 @end smallexample
461 @tab @code{^ri}
462 @item
463 @smallexample
464 int *const
465 @end smallexample
466 @tab @code{r^i}
467 @end multitable
468
469 @sp 1
470
471 @code{const int*} is a pointer to a @code{const int}, and so is
472 encoded as @code{^ri}.  @code{int* const}, instead, is a @code{const}
473 pointer to an @code{int}, and so is encoded as @code{r^i}.
474
475 Finally, there is a complication when encoding @code{const char *}
476 versus @code{char * const}.  Because @code{char *} is encoded as
477 @code{*} and not as @code{^c}, there is no way to express the fact
478 that @code{r} applies to the pointer or to the pointee.
479
480 Hence, it is assumed as a convention that @code{r*} means @code{const
481 char *} (since it is what is most often meant), and there is no way to
482 encode @code{char *const}.  @code{char *const} would simply be encoded
483 as @code{*}, and the @code{const} is lost.
484
485 @menu
486 * Legacy type encoding::
487 * @@encode::
488 * Method signatures::
489 @end menu
490
491 @node Legacy type encoding
492 @subsection Legacy type encoding
493
494 Unfortunately, historically GCC used to have a number of bugs in its
495 encoding code.  The NeXT runtime expects GCC to emit type encodings in
496 this historical format (compatible with GCC-3.3), so when using the
497 NeXT runtime, GCC will introduce on purpose a number of incorrect
498 encodings:
499
500 @itemize @bullet
501
502 @item
503 the read-only qualifier of the pointee gets emitted before the '^'.
504 The read-only qualifier of the pointer itself gets ignored, unless it
505 is a typedef.  Also, the 'r' is only emitted for the outermost type.
506
507 @item
508 32-bit longs are encoded as 'l' or 'L', but not always.  For typedefs,
509 the compiler uses 'i' or 'I' instead if encoding a struct field or a
510 pointer.
511
512 @item
513 @code{enum}s are always encoded as 'i' (int) even if they are actually
514 unsigned or long.
515
516 @end itemize
517
518 In addition to that, the NeXT runtime uses a different encoding for
519 bitfields.  It encodes them as @code{b} followed by the size, without
520 a bit offset or the underlying field type.
521
522 @node @@encode
523 @subsection @@encode
524
525 GNU Objective-C supports the @code{@@encode} syntax that allows you to
526 create a type encoding from a C/Objective-C type.  For example,
527 @code{@@encode(int)} is compiled by the compiler into @code{"i"}.
528
529 @code{@@encode} does not support type qualifiers other than
530 @code{const}.  For example, @code{@@encode(const char*)} is valid and
531 is compiled into @code{"r*"}, while @code{@@encode(bycopy char *)} is
532 invalid and will cause a compilation error.
533
534 @node Method signatures
535 @subsection Method signatures
536
537 This section documents the encoding of method types, which is rarely
538 needed to use Objective-C.  You should skip it at a first reading; the
539 runtime provides functions that will work on methods and can walk
540 through the list of parameters and interpret them for you.  These
541 functions are part of the public ``API'' and are the preferred way to
542 interact with method signatures from user code.
543
544 But if you need to debug a problem with method signatures and need to
545 know how they are implemented (i.e., the ``ABI''), read on.
546
547 Methods have their ``signature'' encoded and made available to the
548 runtime.  The ``signature'' encodes all the information required to
549 dynamically build invocations of the method at runtime: return type
550 and arguments.
551
552 The ``signature'' is a null-terminated string, composed of the following:
553
554 @itemize @bullet
555
556 @item
557 The return type, including type qualifiers.  For example, a method
558 returning @code{int} would have @code{i} here.
559
560 @item
561 The total size (in bytes) required to pass all the parameters.  This
562 includes the two hidden parameters (the object @code{self} and the
563 method selector @code{_cmd}).
564
565 @item
566 Each argument, with the type encoding, followed by the offset (in
567 bytes) of the argument in the list of parameters.
568
569 @end itemize
570
571 For example, a method with no arguments and returning @code{int} would
572 have the signature @code{i8@@0:4} if the size of a pointer is 4.  The
573 signature is interpreted as follows: the @code{i} is the return type
574 (an @code{int}), the @code{8} is the total size of the parameters in
575 bytes (two pointers each of size 4), the @code{@@0} is the first
576 parameter (an object at byte offset @code{0}) and @code{:4} is the
577 second parameter (a @code{SEL} at byte offset @code{4}).
578
579 You can easily find more examples by running the ``strings'' program
580 on an Objective-C object file compiled by GCC.  You'll see a lot of
581 strings that look very much like @code{i8@@0:4}.  They are signatures
582 of Objective-C methods.
583
584
585 @node Garbage Collection
586 @section Garbage Collection
587
588 This section is specific for the GNU Objective-C runtime.  If you are
589 using a different runtime, you can skip it.
590
591 Support for garbage collection with the GNU runtime has been added by
592 using a powerful conservative garbage collector, known as the
593 Boehm-Demers-Weiser conservative garbage collector.
594
595 To enable the support for it you have to configure the compiler using
596 an additional argument, @w{@option{--enable-objc-gc}}.  This will
597 build the boehm-gc library, and build an additional runtime library
598 which has several enhancements to support the garbage collector.  The
599 new library has a new name, @file{libobjc_gc.a} to not conflict with
600 the non-garbage-collected library.
601
602 When the garbage collector is used, the objects are allocated using the
603 so-called typed memory allocation mechanism available in the
604 Boehm-Demers-Weiser collector.  This mode requires precise information on
605 where pointers are located inside objects.  This information is computed
606 once per class, immediately after the class has been initialized.
607
608 There is a new runtime function @code{class_ivar_set_gcinvisible()}
609 which can be used to declare a so-called @dfn{weak pointer}
610 reference.  Such a pointer is basically hidden for the garbage collector;
611 this can be useful in certain situations, especially when you want to
612 keep track of the allocated objects, yet allow them to be
613 collected.  This kind of pointers can only be members of objects, you
614 cannot declare a global pointer as a weak reference.  Every type which is
615 a pointer type can be declared a weak pointer, including @code{id},
616 @code{Class} and @code{SEL}.
617
618 Here is an example of how to use this feature.  Suppose you want to
619 implement a class whose instances hold a weak pointer reference; the
620 following class does this:
621
622 @smallexample
623
624 @@interface WeakPointer : Object
625 @{
626     const void* weakPointer;
627 @}
628
629 - initWithPointer:(const void*)p;
630 - (const void*)weakPointer;
631 @@end
632
633
634 @@implementation WeakPointer
635
636 + (void)initialize
637 @{
638   if (self == objc_lookUpClass ("WeakPointer"))
639     class_ivar_set_gcinvisible (self, "weakPointer", YES);
640 @}
641
642 - initWithPointer:(const void*)p
643 @{
644   weakPointer = p;
645   return self;
646 @}
647
648 - (const void*)weakPointer
649 @{
650   return weakPointer;
651 @}
652
653 @@end
654
655 @end smallexample
656
657 Weak pointers are supported through a new type character specifier
658 represented by the @samp{!} character.  The
659 @code{class_ivar_set_gcinvisible()} function adds or removes this
660 specifier to the string type description of the instance variable named
661 as argument.
662
663 @c =========================================================================
664 @node Constant string objects
665 @section Constant string objects
666
667 GNU Objective-C provides constant string objects that are generated
668 directly by the compiler.  You declare a constant string object by
669 prefixing a C constant string with the character @samp{@@}:
670
671 @smallexample
672   id myString = @@"this is a constant string object";
673 @end smallexample
674
675 The constant string objects are by default instances of the
676 @code{NXConstantString} class which is provided by the GNU Objective-C
677 runtime.  To get the definition of this class you must include the
678 @file{objc/NXConstStr.h} header file.
679
680 User defined libraries may want to implement their own constant string
681 class.  To be able to support them, the GNU Objective-C compiler provides
682 a new command line options @option{-fconstant-string-class=@var{class-name}}.
683 The provided class should adhere to a strict structure, the same
684 as @code{NXConstantString}'s structure:
685
686 @smallexample
687
688 @@interface MyConstantStringClass
689 @{
690   Class isa;
691   char *c_string;
692   unsigned int len;
693 @}
694 @@end
695
696 @end smallexample
697
698 @code{NXConstantString} inherits from @code{Object}; user class
699 libraries may choose to inherit the customized constant string class
700 from a different class than @code{Object}.  There is no requirement in
701 the methods the constant string class has to implement, but the final
702 ivar layout of the class must be the compatible with the given
703 structure.
704
705 When the compiler creates the statically allocated constant string
706 object, the @code{c_string} field will be filled by the compiler with
707 the string; the @code{length} field will be filled by the compiler with
708 the string length; the @code{isa} pointer will be filled with
709 @code{NULL} by the compiler, and it will later be fixed up automatically
710 at runtime by the GNU Objective-C runtime library to point to the class
711 which was set by the @option{-fconstant-string-class} option when the
712 object file is loaded (if you wonder how it works behind the scenes, the
713 name of the class to use, and the list of static objects to fixup, are
714 stored by the compiler in the object file in a place where the GNU
715 runtime library will find them at runtime).
716
717 As a result, when a file is compiled with the
718 @option{-fconstant-string-class} option, all the constant string objects
719 will be instances of the class specified as argument to this option.  It
720 is possible to have multiple compilation units referring to different
721 constant string classes, neither the compiler nor the linker impose any
722 restrictions in doing this.
723
724 @c =========================================================================
725 @node compatibility_alias
726 @section compatibility_alias
727
728 The keyword @code{@@compatibility_alias} allows you to define a class name
729 as equivalent to another class name.  For example:
730
731 @smallexample
732 @@compatibility_alias WOApplication GSWApplication;
733 @end smallexample
734
735 tells the compiler that each time it encounters @code{WOApplication} as
736 a class name, it should replace it with @code{GSWApplication} (that is,
737 @code{WOApplication} is just an alias for @code{GSWApplication}).
738
739 There are some constraints on how this can be used---
740
741 @itemize @bullet
742
743 @item @code{WOApplication} (the alias) must not be an existing class;
744
745 @item @code{GSWApplication} (the real class) must be an existing class.
746
747 @end itemize
748
749 @c =========================================================================
750 @node Exceptions
751 @section Exceptions
752
753 GNU Objective-C provides exception support built into the language, as
754 in the following example:
755
756 @smallexample
757   @@try @{
758     @dots{}
759        @@throw expr;
760     @dots{}
761   @}
762   @@catch (AnObjCClass *exc) @{
763     @dots{}
764       @@throw expr;
765     @dots{}
766       @@throw;
767     @dots{}
768   @}
769   @@catch (AnotherClass *exc) @{
770     @dots{}
771   @}
772   @@catch (id allOthers) @{
773     @dots{}
774   @}
775   @@finally @{
776     @dots{}
777       @@throw expr;
778     @dots{}
779   @}
780 @end smallexample
781
782 The @code{@@throw} statement may appear anywhere in an Objective-C or
783 Objective-C++ program; when used inside of a @code{@@catch} block, the
784 @code{@@throw} may appear without an argument (as shown above), in
785 which case the object caught by the @code{@@catch} will be rethrown.
786
787 Note that only (pointers to) Objective-C objects may be thrown and
788 caught using this scheme.  When an object is thrown, it will be caught
789 by the nearest @code{@@catch} clause capable of handling objects of
790 that type, analogously to how @code{catch} blocks work in C++ and
791 Java.  A @code{@@catch(id @dots{})} clause (as shown above) may also
792 be provided to catch any and all Objective-C exceptions not caught by
793 previous @code{@@catch} clauses (if any).
794
795 The @code{@@finally} clause, if present, will be executed upon exit
796 from the immediately preceding @code{@@try @dots{} @@catch} section.
797 This will happen regardless of whether any exceptions are thrown,
798 caught or rethrown inside the @code{@@try @dots{} @@catch} section,
799 analogously to the behavior of the @code{finally} clause in Java.
800
801 There are several caveats to using the new exception mechanism:
802
803 @itemize @bullet
804 @item
805 The @option{-fobjc-exceptions} command line option must be used when
806 compiling Objective-C files that use exceptions.
807
808 @item
809 With the GNU runtime, exceptions are always implemented as ``native''
810 exceptions and it is recommended that the @option{-fexceptions} and
811 @option{-shared-libgcc} options are used when linking.
812
813 @item
814 With the NeXT runtime, although currently designed to be binary
815 compatible with @code{NS_HANDLER}-style idioms provided by the
816 @code{NSException} class, the new exceptions can only be used on Mac
817 OS X 10.3 (Panther) and later systems, due to additional functionality
818 needed in the NeXT Objective-C runtime.
819
820 @item
821 As mentioned above, the new exceptions do not support handling
822 types other than Objective-C objects.   Furthermore, when used from
823 Objective-C++, the Objective-C exception model does not interoperate with C++
824 exceptions at this time.  This means you cannot @code{@@throw} an exception
825 from Objective-C and @code{catch} it in C++, or vice versa
826 (i.e., @code{throw @dots{} @@catch}).
827 @end itemize
828
829 @c =========================================================================
830 @node Synchronization
831 @section Synchronization
832
833 GNU Objective-C provides support for synchronized blocks:
834
835 @smallexample
836   @@synchronized (ObjCClass *guard) @{
837     @dots{}
838   @}
839 @end smallexample
840
841 Upon entering the @code{@@synchronized} block, a thread of execution
842 shall first check whether a lock has been placed on the corresponding
843 @code{guard} object by another thread.  If it has, the current thread
844 shall wait until the other thread relinquishes its lock.  Once
845 @code{guard} becomes available, the current thread will place its own
846 lock on it, execute the code contained in the @code{@@synchronized}
847 block, and finally relinquish the lock (thereby making @code{guard}
848 available to other threads).
849
850 Unlike Java, Objective-C does not allow for entire methods to be
851 marked @code{@@synchronized}.  Note that throwing exceptions out of
852 @code{@@synchronized} blocks is allowed, and will cause the guarding
853 object to be unlocked properly.
854
855 Because of the interactions between synchronization and exception
856 handling, you can only use @code{@@synchronized} when compiling with
857 exceptions enabled, that is with the command line option
858 @option{-fobjc-exceptions}.
859
860
861 @c =========================================================================
862 @node Fast enumeration
863 @section Fast enumeration
864
865 @menu
866 * Using fast enumeration::
867 * c99-like fast enumeration syntax::
868 * Fast enumeration details::
869 * Fast enumeration protocol::
870 @end menu
871
872 @c ================================
873 @node Using fast enumeration
874 @subsection Using fast enumeration
875
876 GNU Objective-C provides support for the fast enumeration syntax:
877
878 @smallexample
879   id array = @dots{};
880   id object;
881
882   for (object in array)
883   @{
884     /* Do something with 'object' */
885   @}
886 @end smallexample
887
888 @code{array} needs to be an Objective-C object (usually a collection
889 object, for example an array, a dictionary or a set) which implements
890 the ``Fast Enumeration Protocol'' (see below).  If you are using a
891 Foundation library such as GNUstep Base or Apple Cocoa Foundation, all
892 collection objects in the library implement this protocol and can be
893 used in this way.
894
895 The code above would iterate over all objects in @code{array}.  For
896 each of them, it assigns it to @code{object}, then executes the
897 @code{Do something with 'object'} statements.
898
899 Here is a fully worked-out example using a Foundation library (which
900 provides the implementation of @code{NSArray}, @code{NSString} and
901 @code{NSLog}):
902
903 @smallexample
904   NSArray *array = [NSArray arrayWithObjects: @@"1", @@"2", @@"3", nil];
905   NSString *object;
906
907   for (object in array)
908     NSLog (@@"Iterating over %@@", object);
909 @end smallexample
910
911
912 @c ================================
913 @node c99-like fast enumeration syntax
914 @subsection c99-like fast enumeration syntax
915
916 A c99-like declaration syntax is also allowed:
917
918 @smallexample
919   id array = @dots{};
920
921   for (id object in array)
922   @{
923     /* Do something with 'object'  */
924   @}
925 @end smallexample
926
927 this is completely equivalent to:
928
929 @smallexample
930   id array = @dots{};
931
932   @{
933     id object;
934     for (object in array)
935     @{
936       /* Do something with 'object'  */
937     @}
938   @}
939 @end smallexample
940
941 but can save some typing.
942
943 Note that the option @option{-std=c99} is not required to allow this
944 syntax in Objective-C.
945
946 @c ================================
947 @node Fast enumeration details
948 @subsection Fast enumeration details
949
950 Here is a more technical description with the gory details.  Consider the code
951
952 @smallexample
953   for (@var{object expression} in @var{collection expression})
954   @{
955     @var{statements}
956   @}
957 @end smallexample
958
959 here is what happens when you run it:
960
961 @itemize @bullet
962 @item
963 @code{@var{collection expression}} is evaluated exactly once and the
964 result is used as the collection object to iterate over.  This means
965 it is safe to write code such as @code{for (object in [NSDictionary
966 keyEnumerator]) @dots{}}.
967
968 @item
969 the iteration is implemented by the compiler by repeatedly getting
970 batches of objects from the collection object using the fast
971 enumeration protocol (see below), then iterating over all objects in
972 the batch.  This is faster than a normal enumeration where objects are
973 retrieved one by one (hence the name ``fast enumeration'').
974
975 @item
976 if there are no objects in the collection, then
977 @code{@var{object expression}} is set to @code{nil} and the loop
978 immediately terminates.
979
980 @item
981 if there are objects in the collection, then for each object in the
982 collection (in the order they are returned) @code{@var{object expression}}
983 is set to the object, then @code{@var{statements}} are executed.
984
985 @item
986 @code{@var{statements}} can contain @code{break} and @code{continue}
987 commands, which will abort the iteration or skip to the next loop
988 iteration as expected.
989
990 @item
991 when the iteration ends because there are no more objects to iterate
992 over, @code{@var{object expression}} is set to @code{nil}.  This allows
993 you to determine whether the iteration finished because a @code{break}
994 command was used (in which case @code{@var{object expression}} will remain
995 set to the last object that was iterated over) or because it iterated
996 over all the objects (in which case @code{@var{object expression}} will be
997 set to @code{nil}).
998
999 @item
1000 @code{@var{statements}} must not make any changes to the collection
1001 object; if they do, it is a hard error and the fast enumeration
1002 terminates by invoking @code{objc_enumerationMutation}, a runtime
1003 function that normally aborts the program but which can be customized
1004 by Foundation libraries via @code{objc_set_mutation_handler} to do
1005 something different, such as raising an exception.
1006
1007 @end itemize
1008
1009 @c ================================
1010 @node Fast enumeration protocol
1011 @subsection Fast enumeration protocol
1012
1013 If you want your own collection object to be usable with fast
1014 enumeration, you need to have it implement the method
1015
1016 @smallexample
1017 - (unsigned long) countByEnumeratingWithState: (NSFastEnumerationState *)state
1018                                       objects: (id *)objects
1019                                         count: (unsigned long)len;
1020 @end smallexample
1021
1022 where @code{NSFastEnumerationState} must be defined in your code as follows:
1023
1024 @smallexample
1025 typedef struct
1026 @{
1027   unsigned long state;
1028   id            *itemsPtr;
1029   unsigned long *mutationsPtr;
1030   unsigned long extra[5];
1031 @} NSFastEnumerationState;
1032 @end smallexample
1033
1034 If no @code{NSFastEnumerationState} is defined in your code, the
1035 compiler will automatically replace @code{NSFastEnumerationState *}
1036 with @code{struct __objcFastEnumerationState *}, where that type is
1037 silently defined by the compiler in an identical way.  This can be
1038 confusing and we recommend that you define
1039 @code{NSFastEnumerationState} (as shown above) instead.
1040
1041 The method is called repeatedly during a fast enumeration to retrieve
1042 batches of objects.  Each invocation of the method should retrieve the
1043 next batch of objects.
1044
1045 The return value of the method is the number of objects in the current
1046 batch; this should not exceed @code{len}, which is the maximum size of
1047 a batch as requested by the caller.  The batch itself is returned in
1048 the @code{itemsPtr} field of the @code{NSFastEnumerationState} struct.
1049
1050 To help with returning the objects, the @code{objects} array is a C
1051 array preallocated by the caller (on the stack) of size @code{len}.
1052 In many cases you can put the objects you want to return in that
1053 @code{objects} array, then do @code{itemsPtr = objects}.  But you
1054 don't have to; if your collection already has the objects to return in
1055 some form of C array, it could return them from there instead.
1056
1057 The @code{state} and @code{extra} fields of the
1058 @code{NSFastEnumerationState} structure allows your collection object
1059 to keep track of the state of the enumeration.  In a simple array
1060 implementation, @code{state} may keep track of the index of the last
1061 object that was returned, and @code{extra} may be unused.
1062
1063 The @code{mutationsPtr} field of the @code{NSFastEnumerationState} is
1064 used to keep track of mutations.  It should point to a number; before
1065 working on each object, the fast enumeration loop will check that this
1066 number has not changed.  If it has, a mutation has happened and the
1067 fast enumeration will abort.  So, @code{mutationsPtr} could be set to
1068 point to some sort of version number of your collection, which is
1069 increased by one every time there is a change (for example when an
1070 object is added or removed).  Or, if you are content with less strict
1071 mutation checks, it could point to the number of objects in your
1072 collection or some other value that can be checked to perform an
1073 approximate check that the collection has not been mutated.
1074
1075 Finally, note how we declared the @code{len} argument and the return
1076 value to be of type @code{unsigned long}.  They could also be declared
1077 to be of type @code{unsigned int} and everything would still work.
1078
1079 @c =========================================================================
1080 @node Messaging with the GNU Objective-C runtime
1081 @section Messaging with the GNU Objective-C runtime
1082
1083 This section is specific for the GNU Objective-C runtime.  If you are
1084 using a different runtime, you can skip it.
1085
1086 The implementation of messaging in the GNU Objective-C runtime is
1087 designed to be portable, and so is based on standard C.
1088
1089 Sending a message in the GNU Objective-C runtime is composed of two
1090 separate steps.  First, there is a call to the lookup function,
1091 @code{objc_msg_lookup ()} (or, in the case of messages to super,
1092 @code{objc_msg_lookup_super ()}).  This runtime function takes as
1093 argument the receiver and the selector of the method to be called; it
1094 returns the @code{IMP}, that is a pointer to the function implementing
1095 the method.  The second step of method invocation consists of casting
1096 this pointer function to the appropriate function pointer type, and
1097 calling the function pointed to it with the right arguments.
1098
1099 For example, when the compiler encounters a method invocation such as
1100 @code{[object init]}, it compiles it into a call to
1101 @code{objc_msg_lookup (object, @@selector(init))} followed by a cast
1102 of the returned value to the appropriate function pointer type, and
1103 then it calls it.
1104
1105 @menu
1106 * Dynamically registering methods::
1107 * Forwarding hook::
1108 @end menu
1109
1110 @c =========================================================================
1111 @node Dynamically registering methods
1112 @subsection Dynamically registering methods
1113
1114 If @code{objc_msg_lookup()} does not find a suitable method
1115 implementation, because the receiver does not implement the required
1116 method, it tries to see if the class can dynamically register the
1117 method.
1118
1119 To do so, the runtime checks if the class of the receiver implements
1120 the method
1121
1122 @smallexample
1123 + (BOOL) resolveInstanceMethod: (SEL)selector;
1124 @end smallexample
1125
1126 in the case of an instance method, or
1127
1128 @smallexample
1129 + (BOOL) resolveClassMethod: (SEL)selector;
1130 @end smallexample
1131
1132 in the case of a class method.  If the class implements it, the
1133 runtime invokes it, passing as argument the selector of the original
1134 method, and if it returns @code{YES}, the runtime tries the lookup
1135 again, which could now succeed if a matching method was added
1136 dynamically by @code{+resolveInstanceMethod:} or
1137 @code{+resolveClassMethod:}.
1138
1139 This allows classes to dynamically register methods (by adding them to
1140 the class using @code{class_addMethod}) when they are first called.
1141 To do so, a class should implement @code{+resolveInstanceMethod:} (or,
1142 depending on the case, @code{+resolveClassMethod:}) and have it
1143 recognize the selectors of methods that can be registered dynamically
1144 at runtime, register them, and return @code{YES}.  It should return
1145 @code{NO} for methods that it does not dynamically registered at
1146 runtime.
1147
1148 If @code{+resolveInstanceMethod:} (or @code{+resolveClassMethod:}) is
1149 not implemented or returns @code{NO}, the runtime then tries the
1150 forwarding hook.
1151
1152 Support for @code{+resolveInstanceMethod:} and
1153 @code{resolveClassMethod:} was added to the GNU Objective-C runtime in
1154 GCC version 4.6.
1155
1156 @c =========================================================================
1157 @node Forwarding hook
1158 @subsection Forwarding hook
1159
1160 The GNU Objective-C runtime provides a hook, called
1161 @code{__objc_msg_forward2}, which is called by
1162 @code{objc_msg_lookup()} when it can't find a method implementation in
1163 the runtime tables and after calling @code{+resolveInstanceMethod:}
1164 and @code{+resolveClassMethod:} has been attempted and did not succeed
1165 in dynamically registering the method.
1166
1167 To configure the hook, you set the global variable
1168 @code{__objc_msg_foward2} to a function with the same argument and
1169 return types of @code{objc_msg_lookup()}.  When
1170 @code{objc_msg_lookup()} can not find a method implementation, it
1171 invokes the hook function you provided to get a method implementation
1172 to return.  So, in practice @code{__objc_msg_forward2} allows you to
1173 extend @code{objc_msg_lookup()} by adding some custom code that is
1174 called to do a further lookup when no standard method implementation
1175 can be found using the normal lookup.
1176
1177 This hook is generally reserved for ``Foundation'' libraries such as
1178 GNUstep Base, which use it to implement their high-level method
1179 forwarding API, typically based around the @code{forwardInvocation:}
1180 method.  So, unless you are implementing your own ``Foundation''
1181 library, you should not set this hook.
1182
1183 In a typical forwarding implementation, the @code{__objc_msg_forward2}
1184 hook function determines the argument and return type of the method
1185 that is being looked up, and then creates a function that takes these
1186 arguments and has that return type, and returns it to the caller.
1187 Creating this function is non-trivial and is typically performed using
1188 a dedicated library such as @code{libffi}.
1189
1190 The forwarding method implementation thus created is returned by
1191 @code{objc_msg_lookup()} and is executed as if it was a normal method
1192 implementation.  When the forwarding method implementation is called,
1193 it is usually expected to pack all arguments into some sort of object
1194 (typically, an @code{NSInvocation} in a ``Foundation'' library), and
1195 hand it over to the programmer (@code{forwardInvocation:}) who is then
1196 allowed to manipulate the method invocation using a high-level API
1197 provided by the ``Foundation'' library.  For example, the programmer
1198 may want to examine the method invocation arguments and name and
1199 potentially change them before forwarding the method invocation to one
1200 or more local objects (@code{performInvocation:}) or even to remote
1201 objects (by using Distributed Objects or some other mechanism).  When
1202 all this completes, the return value is passed back and must be
1203 returned correctly to the original caller.
1204
1205 Note that the GNU Objective-C runtime currently provides no support
1206 for method forwarding or method invocations other than the
1207 @code{__objc_msg_forward2} hook.
1208
1209 If the forwarding hook does not exist or returns @code{NULL}, the
1210 runtime currently attempts forwarding using an older, deprecated API,
1211 and if that fails, it aborts the program.  In future versions of the
1212 GNU Objective-C runtime, the runtime will immediately abort.