1.0.20.20: fix gencgc on 32 bit platforms with 2gb< heap
[sbcl/pkhuong.git] / doc / manual / compiler.texinfo
blob9a3533de7d10deec7afd398be0485911dbb115a1
1 @node Compiler
2 @comment  node-name,  next,  previous,  up
3 @chapter Compiler
5 This chapter will discuss most compiler issues other than efficiency,
6 including compiler error messages, the SBCL compiler's unusual
7 approach to type safety in the presence of type declarations, the
8 effects of various compiler optimization policies, and the way that
9 inlining and open coding may cause optimized code to differ from a
10 naive translation. Efficiency issues are sufficiently varied and
11 separate that they have their own chapter, @ref{Efficiency}.
13 @menu
14 * Diagnostic Messages::
15 * Handling of Types::           
16 * Compiler Policy::             
17 * Compiler Errors::             
18 * Open Coding and Inline Expansion::  
19 * Interpreter::
20 @end menu
22 @node  Diagnostic Messages
23 @comment  node-name,  next,  previous,  up
24 @section Diagnostic Messages
25 @cindex Messages, Compiler
26 @cindex Compiler messages
28 @menu
29 * Controlling Verbosity::       
30 * Diagnostic Severity::         
31 * Understanding Compiler Diagnostics::  
32 @end menu
34 @node Controlling Verbosity
35 @comment  node-name,  next,  previous,  up
36 @subsection Controlling Verbosity
38 The compiler can be quite verbose in its diagnostic reporting, rather
39 more then some users would prefer -- the amount of noise emitted can
40 be controlled, however.
42 To control emission of compiler diagnostics (of any severity other
43 than @code{error}: @pxref{Diagnostic Severity}) use the
44 @code{sb-ext:muffle-conditions} and @code{sb-ext:unmuffle-conditions}
45 declarations, specifying the type of condition that is to be muffled
46 (the muffling is done using an associated @code{muffle-warning} restart).
48 Global control:
49 @lisp
50 ;;; Muffle compiler-notes globally
51 (declaim (sb-ext:muffle-conditions sb-ext:compiler-note))
52 @end lisp
54 Local control:
55 @lisp
56 ;;; Muffle compiler-notes based on lexical scope
57 (defun foo (x)
58   (declare (optimize speed) (fixnum x)
59            (sb-ext:muffle-conditions sb-ext:compiler-note))
60   (values (* x 5) ; no compiler note from this
61     (locally
62       (declare (sb-ext:unmuffle-conditions sb-ext:compiler-note))
63       ;; this one gives a compiler note
64       (* x -5))))
65 @end lisp
67 @deffn {Declaration} sb-ext:muffle-conditions
68 Syntax: type*
70 Muffles the diagnostic messages that would be caused by compile-time
71 signals of given types.
72 @end deffn
74 @deffn {Declaration} sb-ext:unmuffle-conditions
75 Syntax: type*
77 Cancels the effect of a previous @code{sb-ext:muffle-condition}
78 declaration.
79 @end deffn
81 Various details of @emph{how} the compiler messages are printed can be
82 controlled via the alist
83 @code{sb-ext:*compiler-print-variable-alist*}.
85 @include var-sb-ext-star-compiler-print-variable-alist-star.texinfo
87 For information about muffling warnings signaled outside of the
88 compiler, see @ref{Customization Hooks for Users}.
90 @c <!-- FIXME: How much control over error messages is in SBCL?
91 @c      _     How much should be? How much of this documentation should
92 @c      _     we save or adapt? 
93 @c      _ 
94 @c      _ %%\node Error Message Parameterization,  , Read Errors, Interpreting Error Messages
95 @c      _ \subsection{Error Message Parameterization}
96 @c      _ \cpsubindex{error messages}{verbosity}
97 @c      _ \cpsubindex{verbosity}{of error messages}
98 @c      _ 
99 @c      _ There is some control over the verbosity of error messages.  See also
100 @c      _ \varref{undefined-warning-limit}, \code{*efficiency-note-limit*} and
101 @c      _ \varref{efficiency-note-cost-threshold}.
102 @c      _ 
103 @c      _ \begin{defvar}{}{enclosing-source-cutoff}
104 @c      _ 
105 @c      _   This variable specifies the number of enclosing actual source forms
106 @c      _   that are printed in full, rather than in the abbreviated processing
107 @c      _   path format.  Increasing the value from its default of \code{1}
108 @c      _   allows you to see more of the guts of the macroexpanded source,
109 @c      _   which is useful when debugging macros.
110 @c      _ \end{defvar}
111 @c      _ 
112 @c      _ \begin{defmac}{extensions:}{define-source-context}{%
113 @c      _     \args{\var{name} \var{lambda-list} \mstar{form}}}
114 @c      _ 
115 @c      _   This macro defines how to extract an abbreviated source context from
116 @c      _   the \var{name}d form when it appears in the compiler input.
117 @c      _   \var{lambda-list} is a \code{defmacro} style lambda-list used to
118 @c      _   parse the arguments.  The \var{body} should return a list of
119 @c      _   subforms that can be printed on about one line.  There are
120 @c      _   predefined methods for \code{defstruct}, \code{defmethod}, etc.  If
121 @c      _   no method is defined, then the first two subforms are returned.
122 @c      _   Note that this facility implicitly determines the string name
123 @c      _   associated with anonymous functions.
124 @c      _ \end{defmac}
125 @c      _ 
126 @c      _ -->
128 @node  Diagnostic Severity
129 @comment  node-name,  next,  previous,  up
130 @subsection Diagnostic Severity
131 @cindex Severity of compiler messages
132 @cindex Compiler Diagnostic Severity
133 @tindex error
134 @tindex warning
135 @tindex style-warning
136 @tindex compiler-note
137 @tindex code-deletion-note
139 There are four levels of compiler diagnostic severity: 
141 @enumerate 1
142 @item error
143 @item warning
144 @item style warning
145 @item note
146 @end enumerate
148 The first three levels correspond to condition classes which are
149 defined in the ANSI standard for Common Lisp and which have special
150 significance to the @code{compile} and @code{compile-file} functions.
151 These levels of compiler error severity occur when the compiler
152 handles conditions of these classes. 
154 The fourth level of compiler error severity, @emph{note}, corresponds
155 to the @code{sb-ext:compiler-note}, and is used for problems which are
156 too mild for the standard condition classes, typically hints about how
157 efficiency might be improved. The @code{sb-ext:code-deletion-note}, a
158 subtype of @code{compiler-note}, is signalled when the compiler
159 deletes user-supplied code, usually after proving that the code in
160 question is unreachable.
162 Future work for SBCL includes expanding this hierarchy of types to
163 allow more fine-grained control over emission of diagnostic messages.
165 @include condition-sb-ext-compiler-note.texinfo
166 @include condition-sb-ext-code-deletion-note.texinfo
169 @node Understanding Compiler Diagnostics
170 @comment  node-name,  next,  previous,  up
171 @subsection Understanding Compile Diagnostics
173 The messages emitted by the compiler contain a lot of detail in a
174 terse format, so they may be confusing at first. The messages will be
175 illustrated using this example program:
177 @lisp
178 (defmacro zoq (x)
179   `(roq (ploq (+ ,x 3))))
181 (defun foo (y)
182   (declare (symbol y))
183   (zoq y))
184 @end lisp
186 The main problem with this program is that it is trying to add
187 @code{3} to a symbol. Note also that the functions @code{roq} and
188 @code{ploq} aren't defined anywhere.
190 @menu
191 * The Parts of a Compiler Diagnostic::  
192 * The Original and Actual Source::  
193 * The Processing Path::         
194 @end menu
196 @node  The Parts of a Compiler Diagnostic
197 @comment  node-name,  next,  previous,  up
198 @subsubsection The Parts of a Compiler Diagnostic
200 When processing this program, the compiler will produce this warning:
202 @example
203 ; file: /tmp/foo.lisp
204 ; in: DEFUN FOO
205 ;     (ZOQ Y)
206 ; --> ROQ PLOQ
207 ; ==>
208 ;   (+ Y 3)
210 ; caught WARNING:
211 ;   Asserted type NUMBER conflicts with derived type (VALUES SYMBOL &OPTIONAL).
212 @end example
214 In this example we see each of the six possible parts of a compiler
215 diagnostic:
217 @enumerate
219 @item
220 @findex with-compilation-unit
221 @samp{file: /tmp/foo.lisp} This is the name of the file that the
222 compiler read the relevant code from.  The file name is displayed
223 because it may not be immediately obvious when there is an error
224 during compilation of a large system, especially when
225 @code{with-compilation-unit} is used to delay undefined warnings.
227 @item
228 @samp{in: DEFUN FOO} This is the definition top level form responsible
229 for the diagnostic. It is obtained by taking the first two elements of
230 the enclosing form whose first element is a symbol beginning with
231 ``@samp{def}''. If there is no such enclosing ``@samp{def}'' form,
232 then the outermost form is used. If there are multiple @samp{def}
233 forms, then they are all printed from the outside in, separated by
234 @samp{=>}'s. In this example, the problem was in the @code{defun} for
235 @code{foo}.
237 @item
238 @cindex Original Source
239 @samp{(ZOQ Y)} This is the @dfn{original source} form responsible for
240 the diagnostic. Original source means that the form directly appeared
241 in the original input to the compiler, i.e. in the lambda passed to
242 @code{compile} or in the top level form read from the source file. In
243 this example, the expansion of the @code{zoq} macro was responsible
244 for the message.
246 @item
247 @cindex Processing Path
248 @samp{--> ROQ PLOQ} This is the @dfn{processing path} that the
249 compiler used to produce the code that caused the message to be
250 emitted. The processing path is a representation of the evaluated
251 forms enclosing the actual source that the compiler encountered when
252 processing the original source. The path is the first element of each
253 form, or the form itself if the form is not a list. These forms result
254 from the expansion of macros or source-to-source transformation done
255 by the compiler. In this example, the enclosing evaluated forms are
256 the calls to @code{roq} and @code{ploq}. These calls resulted from the
257 expansion of the @code{zoq} macro.
259 @item
260 @cindex Actual Source
261 @samp{==> (+ Y 3)} This is the @dfn{actual source} responsible for the
262 diagnostic. If the actual source appears in the explanation, then we
263 print the next enclosing evaluated form, instead of printing the
264 actual source twice. (This is the form that would otherwise have been
265 the last form of the processing path.) In this example, the problem is
266 with the evaluation of the reference to the variable @code{y}.
268 @item
269 @samp{caught WARNING: Asserted type NUMBER conflicts with derived type
270 (VALUES SYMBOL &OPTIONAL).}  This is the @dfn{explanation} of the
271 problem. In this example, the problem is that, while the call to
272 @code{+} requires that its arguments are all of type @code{number},
273 the compiler has derived that @code{y} will evaluate to a
274 @code{symbol}.  Note that @samp{(VALUES SYMBOL &OPTIONAL)} expresses
275 that @code{y} evaluates to precisely one value.
277 @end enumerate
279 Note that each part of the message is distinctively marked:
281 @itemize
283 @item
284  @samp{file:} and @samp{in:} mark the file and definition,
285 respectively.
287 @item
288 The original source is an indented form with no prefix.
290 @item
291 Each line of the processing path is prefixed with @samp{-->}
293 @item
294 The actual source form is indented like the original source, but is
295 marked by a preceding @samp{==>} line.
296 @comment no it isn't.
298 @item
299 The explanation is prefixed with the diagnostic severity, which can be
300 @samp{caught ERROR:}, @samp{caught WARNING:}, @samp{caught
301 STYLE-WARNING:}, or @samp{note:}.
303 @end itemize
305 Each part of the message is more specific than the preceding one. If
306 consecutive messages are for nearby locations, then the front part of
307 the messages would be the same. In this case, the compiler omits as
308 much of the second message as in common with the first. For example:
310 @example
311 ; file: /tmp/foo.lisp
312 ; in: DEFUN FOO
313 ;     (ZOQ Y)
314 ; --> ROQ
315 ; ==>
316 ;   (PLOQ (+ Y 3))
318 ; caught STYLE-WARNING:
319 ;   undefined function: PLOQ
321 ; ==>
322 ;   (ROQ (PLOQ (+ Y 3)))
324 ; caught STYLE-WARNING:
325 ;   undefined function: ROQ
326 @end example
327 @comment fixing that weird blank line might be good
329 In this example, the file, definition and original source are
330 identical for the two messages, so the compiler omits them in the
331 second message. If consecutive messages are entirely identical, then
332 the compiler prints only the first message, followed by: @samp{[Last
333 message occurs @var{repeats} times]} where @var{repeats} is the number
334 of times the message was given.
336 If the source was not from a file, then no file line is printed. If
337 the actual source is the same as the original source, then the
338 processing path and actual source will be omitted. If no forms
339 intervene between the original source and the actual source, then the
340 processing path will also be omitted.
343 @node  The Original and Actual Source
344 @comment  node-name,  next,  previous,  up
345 @subsubsection The Original and Actual Source
346 @cindex Original Source
347 @cindex Actual Source
349 The @emph{original source} displayed will almost always be a list. If
350 the actual source for an message is a symbol, the original source will
351 be the immediately enclosing evaluated list form. So even if the
352 offending symbol does appear in the original source, the compiler will
353 print the enclosing list and then print the symbol as the actual
354 source (as though the symbol were introduced by a macro.)
356 When the @emph{actual source} is displayed (and is not a symbol), it
357 will always be code that resulted from the expansion of a macro or a
358 source-to-source compiler optimization. This is code that did not
359 appear in the original source program; it was introduced by the
360 compiler.
362 Keep in mind that when the compiler displays a source form in an
363 diagnostic message, it always displays the most specific (innermost)
364 responsible form. For example, compiling this function
366 @lisp
367 (defun bar (x)
368   (let (a)
369     (declare (fixnum a))
370     (setq a (foo x))
371     a))
372 @end lisp
374 gives this error message
376 @example
377 ; file: /tmp/foo.lisp
378 ; in: DEFUN BAR
379 ;     (LET (A)
380 ;     (DECLARE (FIXNUM A))
381 ;     (SETQ A (FOO X))
382 ;     A)
384 ; caught WARNING:
385 ;   Asserted type FIXNUM conflicts with derived type (VALUES NULL &OPTIONAL).
386 @end example
388 This message is not saying ``there is a problem somewhere in this
389 @code{let}'' -- it is saying that there is a problem with the
390 @code{let} itself. In this example, the problem is that @code{a}'s
391 @code{nil} initial value is not a @code{fixnum}.
393 @node The Processing Path
394 @comment  node-name,  next,  previous,  up
395 @subsubsection The Processing Path
396 @cindex Processing Path
397 @cindex Macroexpansion
398 @cindex Source-to-source transformation
400 The processing path is mainly useful for debugging macros, so if you
401 don't write macros, you can probably ignore it. Consider this example:
403 @lisp
404 (defun foo (n)
405   (dotimes (i n *undefined*)))
406 @end lisp
408 Compiling results in this error message:
410 @example
411 ; in: DEFUN FOO
412 ;     (DOTIMES (I N *UNDEFINED*))
413 ; --> DO BLOCK LET TAGBODY RETURN-FROM
414 ; ==>
415 ;   (PROGN *UNDEFINED*)
417 ; caught WARNING:
418 ;   undefined variable: *UNDEFINED*
419 @end example
421 Note that @code{do} appears in the processing path. This is because
422 @code{dotimes} expands into:
424 @lisp
425 (do ((i 0 (1+ i)) (#:g1 n))
426     ((>= i #:g1) *undefined*)
427   (declare (type unsigned-byte i)))
428 @end lisp
430 The rest of the processing path results from the expansion of
431 @code{do}:
433 @lisp
434 (block nil
435   (let ((i 0) (#:g1 n))
436     (declare (type unsigned-byte i))
437     (tagbody (go #:g3)
438       #:g2    (psetq i (1+ i))
439       #:g3    (unless (>= i #:g1) (go #:g2))
440       (return-from nil (progn *undefined*)))))
441 @end lisp
443 In this example, the compiler descended into the @code{block},
444 @code{let}, @code{tagbody} and @code{return-from} to reach the
445 @code{progn} printed as the actual source. This is a place where the
446 ``actual source appears in explanation'' rule was applied. The
447 innermost actual source form was the symbol @code{*undefined*} itself,
448 but that also appeared in the explanation, so the compiler backed out
449 one level.
455 @node  Handling of Types
456 @comment  node-name,  next,  previous,  up
457 @section Handling of Types
459 The most unusual features of the SBCL compiler (which is very
460 similar to the original CMUCL compiler, also known as @dfn{Python})
461 is its unusually sophisticated understanding of the Common Lisp type
462 system and its unusually conservative approach to the implementation
463 of type declarations.
465 These two features reward the use of type declarations throughout
466 development, even when high performance is not a concern. Also, as
467 discussed in the chapter on performance (@pxref{Efficiency}), the use
468 of appropriate type declarations can be very important for performance
469 as well.
471 @findex satisfies
472 The SBCL compiler also has a greater knowledge of the Common Lisp
473 type system than other compilers. Support is incomplete only for types
474 involving the @code{satisfies} type specifier.
476 @c <!-- FIXME: See also sections \ref{advanced-type-stuff}
477 @c      and \ref{type-inference}, once we snarf them from the
478 @c      CMU CL manual. -->
480 @c Also see my paper on improving Baker, when I get round to it.
482 @c Whose paper?
484 @menu
485 * Declarations as Assertions::  
486 * Precise Type Checking::       
487 * Getting Existing Programs to Run::  
488 * Implementation Limitations::  
489 @end menu
491 @node Declarations as Assertions
492 @comment  node-name,  next,  previous,  up
493 @subsection Declarations as Assertions
494 @findex safety
496 The SBCL compiler treats type declarations differently from most
497 other Lisp compilers. Under default compilation policy the compiler
498 doesn't blindly believe type declarations, but considers them
499 assertions about the program that should be checked: all type
500 declarations that have not been proven to always hold are asserted at
501 runtime.
503 @quotation
504 @emph{Remaining bugs in the compiler's handling of types unfortunately
505 provide some exceptions to this rule, see @ref{Implementation
506 Limitations}).}
507 @end quotation
509 There are three type checking policies available in SBCL,
510 selectable via @code{optimize} declarations.
512 @table @strong
514 @c FIXME: This should be properly integrated with general policy
515 @c stuff, once that gets cleaned up.
517 @item Full Type Checks
518 All declarations are considered assertions to be checked at runtime,
519 and all type checks are precise. The default compilation policy
520 provides full type checks.
522 Used when @code{(or (>= safety 2) (>= safety speed 1))}.
524 @item Weak Type Checks
525 Declared types may be simplified into faster to check supertypes: for example,
526 @code{(and unsigned-byte fixnum)} is simplified into @code{fixnum}.
528 @strong{Note}: it is relatively easy to corrupt the heap when weak
529 type checks are used if the program contains type-errors.
531 Used when @code{(and (< safety 2) (< safety speed))}
533 @item No Type Checks
534 All declarations are believed without assertions. Also disables
535 argument count and array bounds checking.
537 @strong{Note}: any type errors in code where type checks are not
538 performed are liable to corrupt the heap.
540 Used when @code{(= safety 0)}.
542 @end table
544 @node  Precise Type Checking
545 @comment  node-name,  next,  previous,  up
546 @subsection Precise Type Checking
547 @cindex Precise type checking
548 @cindex Type checking, precise
550 Precise checking means that the check is done as though @code{typep}
551 had been called with the exact type specifier that appeared in the
552 declaration.
554 If a variable is declared to be @code{(integer 3 17)} then its value
555 must always be an integer between @code{3} and @code{17}. If multiple
556 type declarations apply to a single variable, then all the
557 declarations must be correct; it is as though all the types were
558 intersected producing a single @code{and} type specifier.
560 To gain maximum benefit from the compiler's type checking, you should
561 always declare the types of function arguments and structure slots as
562 precisely as possible. This often involves the use of @code{or},
563 @code{member}, and other list-style type specifiers. 
566 @node  Getting Existing Programs to Run
567 @comment  node-name,  next,  previous,  up
568 @subsection Getting Existing Programs to Run
569 @cindex Existing programs, to run
570 @cindex Types, portability
571 @cindex Compatibility with other Lisps
572 @c     (should also have an entry in the non-ANSI-isms section)-->
574 Since SBCL's compiler does much more comprehensive type checking than
575 most Lisp compilers, SBCL may detect type errors in programs that have
576 been debugged using other compilers. These errors are mostly incorrect
577 declarations, although compile-time type errors can find actual bugs
578 if parts of the program have never been tested.
580 Some incorrect declarations can only be detected by run-time type
581 checking. It is very important to initially compile a program with
582 full type checks (high @code{safety} optimization) and then test this
583 safe version. After the checking version has been tested, then you can
584 consider weakening or eliminating type checks.  @emph{This applies
585 even to previously debugged programs,} because the SBCL compiler does
586 much more type inference than other Common Lisp compilers, so an
587 incorrect declaration can do more damage.
589 The most common problem is with variables whose constant initial value
590 doesn't match the type declaration. Incorrect constant initial values
591 will always be flagged by a compile-time type error, and they are
592 simple to fix once located. Consider this code fragment:
594 @lisp
595 (prog (foo)
596   (declare (fixnum foo))
597   (setq foo ...)
598   ...)
599 @end lisp
601 Here @code{foo} is given an initial value of @code{nil}, but is
602 declared to be a @code{fixnum}.  Even if it is never read, the initial
603 value of a variable must match the declared type.  There are two ways
604 to fix this problem. Change the declaration
606 @lisp
607 (prog (foo)
608   (declare (type (or fixnum null) foo))
609   (setq foo ...)
610   ...)
611 @end lisp
613 or change the initial value
615 @lisp
616 (prog ((foo 0))
617   (declare (fixnum foo))
618   (setq foo ...)
619   ...)
620 @end lisp
622 It is generally preferable to change to a legal initial value rather
623 than to weaken the declaration, but sometimes it is simpler to weaken
624 the declaration than to try to make an initial value of the
625 appropriate type.
627 Another declaration problem occasionally encountered is incorrect
628 declarations on @code{defmacro} arguments. This can happen when a
629 function is converted into a macro. Consider this macro:
631 @lisp
632 (defmacro my-1+ (x)
633   (declare (fixnum x))
634   `(the fixnum (1+ ,x)))
635 @end lisp
637 Although legal and well-defined Common Lisp code, this meaning of this
638 definition is almost certainly not what the writer intended. For
639 example, this call is illegal:
641 @lisp
642 (my-1+ (+ 4 5))
643 @end lisp
645 This call is illegal because the argument to the macro is @code{(+ 4
646 5)}, which is a @code{list}, not a @code{fixnum}.  Because of macro
647 semantics, it is hardly ever useful to declare the types of macro
648 arguments.  If you really want to assert something about the type of
649 the result of evaluating a macro argument, then put a @code{the} in
650 the expansion:
652 @lisp
653 (defmacro my-1+ (x)
654   `(the fixnum (1+ (the fixnum ,x))))
655 @end lisp
657 In this case, it would be stylistically preferable to change this
658 macro back to a function and declare it inline. 
659 @c <!--FIXME: <xref>inline-expansion, once we crib the 
660 @c      relevant text from the CMU CL manual.-->
662 Some more subtle problems are caused by incorrect declarations that
663 can't be detected at compile time.  Consider this code:
664   
665 @lisp
666 (do ((pos 0 (position #\a string :start (1+ pos))))
667   ((null pos))
668   (declare (fixnum pos))
669   ...)
670 @end lisp
672 Although @code{pos} is almost always a @code{fixnum}, it is @code{nil}
673 at the end of the loop. If this example is compiled with full type
674 checks (the default), then running it will signal a type error at the
675 end of the loop. If compiled without type checks, the program will go
676 into an infinite loop (or perhaps @code{position} will complain
677 because @code{(1+ nil)} isn't a sensible start.) Why? Because if you
678 compile without type checks, the compiler just quietly believes the
679 type declaration. Since the compiler believes that @code{pos} is
680 always a @code{fixnum}, it believes that @code{pos} is never
681 @code{nil}, so @code{(null pos)} is never true, and the loop exit test
682 is optimized away. Such errors are sometimes flagged by unreachable
683 code notes, but it is still important to initially compile and test
684 any system with full type checks, even if the system works fine when
685 compiled using other compilers.
687 In this case, the fix is to weaken the type declaration to @code{(or
688 fixnum null)} @footnote{Actually, this declaration is unnecessary in
689 SBCL, since it already knows that @code{position} returns a
690 non-negative @code{fixnum} or @code{nil}.}.
692 Note that there is usually little performance penalty for weakening a
693 declaration in this way. Any numeric operations in the body can still
694 assume that the variable is a @code{fixnum}, since @code{nil} is not a
695 legal numeric argument. Another possible fix would be to say:
697 @lisp
698 (do ((pos 0 (position #\a string :start (1+ pos))))
699     ((null pos))
700   (let ((pos pos))
701     (declare (fixnum pos))
702     ...))
703 @end lisp
705 This would be preferable in some circumstances, since it would allow a
706 non-standard representation to be used for the local @code{pos}
707 variable in the loop body.
708 @c <!-- FIXME: <xref>ND-variables, once we crib the text from the 
709 @c      CMU CL manual. -->
711 @node  Implementation Limitations
712 @comment  node-name,  next,  previous,  up
713 @subsection Implementation Limitations
715 Ideally, the compiler would consider @emph{all} type declarations to
716 be assertions, so that adding type declarations to a program, no
717 matter how incorrect they might be, would @emph{never} cause undefined
718 behavior. However, the compiler is known to fall short of this goal in
719 two areas:
721 @itemize
723 @item
724 @emph{Proclaimed} constraints on argument and result types of a
725 function are supposed to be checked by the function. If the function
726 type is proclaimed before function definition, type checks are
727 inserted by the compiler, but the standard allows the reversed order,
728 in which case the compiler will trust the declaration.
730 @item
731 The compiler cannot check types of an unknown number of values; if the
732 number of generated values is unknown, but the number of consumed is
733 known, only consumed values are checked.
735 For example,
737 @lisp
738 (defun foo (x) 
739   (the integer (bar x)))
740 @end lisp
742 causes the following compiler diagnostic to be emitted:
744 @example
745 ; note: type assertion too complex to check:
746 ;  (VALUES INTEGER &REST T).
747 @end example
749 A partial workaround is instead write:
751 @lisp
752 (defun foo (x)
753   (the (values integer &optional) (bar x)))
754 @end lisp
756 @end itemize
758 These are important issues, but are not necessarily easy to fix, so
759 they may, alas, remain in the system for a while.
761 @node Compiler Policy
762 @comment  node-name,  next,  previous,  up
763 @section Compiler Policy
765 Compiler policy is controlled by the @code{optimize} declaration,
766 supporting all ANSI optimization qualities (@code{debug},
767 @code{safety}, @code{space}, and @code{speed}).@footnote{A deprecated
768 extension @code{sb-ext:inhibit-warnings} is still supported, but
769 liable to go away at any time.}
771 For effects of various optimization qualities on type-safety and
772 debuggability see @ref{Declarations as Assertions} and @ref{Debugger
773 Policy Control}.
775 Ordinarily, when the @code{speed} quality is high, the compiler emits
776 notes to notify the programmer about its inability to apply various
777 optimizations. For selective muffling of these notes @xref{Controlling
778 Verbosity}.
780 The value of @code{space} mostly influences the compiler's decision
781 whether to inline operations, which tend to increase the size of
782 programs. Use the value @code{0} with caution, since it can cause the
783 compiler to inline operations so indiscriminately that the net effect
784 is to slow the program by causing cache misses or even swapping.
786 @c <!-- FIXME: old CMU CL compiler policy, should perhaps be adapted
787 @c      _    for SBCL. (Unfortunately, the CMU CL docs are out of sync with the
788 @c      _    CMU CL code, so adapting this requires not only reformatting
789 @c      _    the documentation, but rooting out code rot.)
790 @c      _
791 @c      _<sect2 id="compiler-policy"><title>Compiler Policy</1000
792 @c      _  INDEX {policy}{compiler}
793 @c      _  INDEX compiler policy
794 @c      _
795 @c      _<para>The policy is what tells the compiler <emphasis>how</emphasis> to
796 @c      _compile a program. This is logically (and often textually) distinct
797 @c      _from the program itself. Broad control of policy is provided by the
798 @c      _<parameter>optimize</parameter> declaration; other declarations and variables
799 @c      _control more specific aspects of compilation.
800 @c      _
801 @c      _\begin{comment}
802 @c      _* The Optimize Declaration::
803 @c      _* The Optimize-Interface Declaration::
804 @c      _\end{comment}
805 @c      _
806 @c      _%%\node The Optimize Declaration, The Optimize-Interface Declaration, Compiler Policy, Compiler Policy
807 @c      _\subsection{The Optimize Declaration}
808 @c      _\label{optimize-declaration}
809 @c      _\cindex{optimize declaration}
810 @c      _\cpsubindex{declarations}{\code{optimize}}
811 @c      _
812 @c      _The \code{optimize} declaration recognizes six different
813 @c      _\var{qualities}.  The qualities are conceptually independent aspects
814 @c      _of program performance.  In reality, increasing one quality tends to
815 @c      _have adverse effects on other qualities.  The compiler compares the
816 @c      _relative values of qualities when it needs to make a trade-off; i.e.,
817 @c      _if \code{speed} is greater than \code{safety}, then improve speed at
818 @c      _the cost of safety.
819 @c      _
820 @c      _The default for all qualities (except \code{debug}) is \code{1}.
821 @c      _Whenever qualities are equal, ties are broken according to a broad
822 @c      _idea of what a good default environment is supposed to be.  Generally
823 @c      _this downplays \code{speed}, \code{compile-speed} and \code{space} in
824 @c      _favor of \code{safety} and \code{debug}.  Novice and casual users
825 @c      _should stick to the default policy.  Advanced users often want to
826 @c      _improve speed and memory usage at the cost of safety and
827 @c      _debuggability.
828 @c      _
829 @c      _If the value for a quality is \code{0} or \code{3}, then it may have a
830 @c      _special interpretation.  A value of \code{0} means ``totally
831 @c      _unimportant'', and a \code{3} means ``ultimately important.''  These
832 @c      _extreme optimization values enable ``heroic'' compilation strategies
833 @c      _that are not always desirable and sometimes self-defeating.
834 @c      _Specifying more than one quality as \code{3} is not desirable, since
835 @c      _it doesn't tell the compiler which quality is most important.
836 @c      _
837 @c      _
838 @c      _These are the optimization qualities:
839 @c      _\begin{Lentry}
840 @c      _
841 @c      _\item[\code{speed}] \cindex{speed optimization quality}How fast the
842 @c      _  program should is run.  \code{speed 3} enables some optimizations
843 @c      _  that hurt debuggability.
844 @c      _
845 @c      _\item[\code{compilation-speed}] \cindex{compilation-speed optimization
846 @c      _    quality}How fast the compiler should run.  Note that increasing
847 @c      _  this above \code{safety} weakens type checking.
848 @c      _
849 @c      _\item[\code{space}] \cindex{space optimization quality}How much space
850 @c      _  the compiled code should take up.  Inline expansion is mostly
851 @c      _  inhibited when \code{space} is greater than \code{speed}.  A value
852 @c      _  of \code{0} enables indiscriminate inline expansion.  Wide use of a
853 @c      _  \code{0} value is not recommended, as it may waste so much space
854 @c      _  that run time is slowed.  \xlref{inline-expansion} for a discussion
855 @c      _  of inline expansion.
856 @c      _
857 @c      _\item[\code{debug}] \cindex{debug optimization quality}How debuggable
858 @c      _  the program should be.  The quality is treated differently from the
859 @c      _  other qualities: each value indicates a particular level of debugger
860 @c      _  information; it is not compared with the other qualities.
861 @c      _  \xlref{debugger-policy} for more details.
862 @c      _
863 @c      _\item[\code{safety}] \cindex{safety optimization quality}How much
864 @c      _  error checking should be done.  If \code{speed}, \code{space} or
865 @c      _  \code{compilation-speed} is more important than \code{safety}, then
866 @c      _  type checking is weakened (\pxlref{weakened-type-checks}).  If
867 @c      _  \code{safety} if \code{0}, then no run time error checking is done.
868 @c      _  In addition to suppressing type checks, \code{0} also suppresses
869 @c      _  argument count checking, unbound-symbol checking and array bounds
870 @c      _  checks.
871 @c      _  ... and checking of tag existence in RETURN-FROM and GO.
872 @c      _
873 @c      _\item[\code{extensions:inhibit-warnings}] \cindex{inhibit-warnings
874 @c      _    optimization quality}This is a CMU extension that determines how
875 @c      _  little (or how much) diagnostic output should be printed during
876 @c      _  compilation.  This quality is compared to other qualities to
877 @c      _  determine whether to print style notes and warnings concerning those
878 @c      _  qualities.  If \code{speed} is greater than \code{inhibit-warnings},
879 @c      _  then notes about how to improve speed will be printed, etc.  The
880 @c      _  default value is \code{1}, so raising the value for any standard
881 @c      _  quality above its default enables notes for that quality.  If
882 @c      _  \code{inhibit-warnings} is \code{3}, then all notes and most
883 @c      _  non-serious warnings are inhibited.  This is useful with
884 @c      _  \code{declare} to suppress warnings about unavoidable problems.
885 @c      _\end{Lentry}
886 @c      _
887 @c      _%%\node The Optimize-Interface Declaration,  , The Optimize Declaration, Compiler Policy
888 @c      _\subsection{The Optimize-Interface Declaration}
889 @c      _\label{optimize-interface-declaration}
890 @c      _\cindex{optimize-interface declaration}
891 @c      _\cpsubindex{declarations}{\code{optimize-interface}}
892 @c      _
893 @c      _The \code{extensions:optimize-interface} declaration is identical in
894 @c      _syntax to the \code{optimize} declaration, but it specifies the policy
895 @c      _used during compilation of code the compiler automatically generates
896 @c      _to check the number and type of arguments supplied to a function.  It
897 @c      _is useful to specify this policy separately, since even thoroughly
898 @c      _debugged functions are vulnerable to being passed the wrong arguments.
899 @c      _The \code{optimize-interface} declaration can specify that arguments
900 @c      _should be checked even when the general \code{optimize} policy is
901 @c      _unsafe.
902 @c      _
903 @c      _Note that this argument checking is the checking of user-supplied
904 @c      _arguments to any functions defined within the scope of the
905 @c      _declaration, \code{not} the checking of arguments to \llisp{}
906 @c      _primitives that appear in those definitions.
907 @c      _
908 @c      _The idea behind this declaration is that it allows the definition of
909 @c      _functions that appear fully safe to other callers, but that do no
910 @c      _internal error checking.  Of course, it is possible that arguments may
911 @c      _be invalid in ways other than having incorrect type.  Functions
912 @c      _compiled unsafely must still protect themselves against things like
913 @c      _user-supplied array indices that are out of bounds and improper lists.
914 @c      _See also the \kwd{context-declarations} option to
915 @c      _\macref{with-compilation-unit}.
916 @c      _
917 @c      _(end of section on compiler policy)
918 @c      _-->
920 @node Compiler Errors
921 @comment  node-name,  next,  previous,  up
922 @section Compiler Errors
924 @menu
925 * Type Errors at Compile Time::  
926 * Errors During Macroexpansion::  
927 * Read Errors::                 
928 @end menu
930 @node  Type Errors at Compile Time
931 @comment  node-name,  next,  previous,  up
932 @subsection Type Errors at Compile Time
933 @cindex Compile time type errors
934 @cindex Type checking, at compile time
936 If the compiler can prove at compile time that some portion of the
937 program cannot be executed without a type error, then it will give a
938 warning at compile time.
940 It is possible that the offending code would never actually be
941 executed at run-time due to some higher level consistency constraint
942 unknown to the compiler, so a type warning doesn't always indicate an
943 incorrect program.
945 For example, consider this code fragment:
947 @lisp
948 (defun raz (foo)
949   (let ((x (case foo
950               (:this 13)
951               (:that 9)
952               (:the-other 42))))
953     (declare (fixnum x))
954     (foo x)))
955 @end lisp
957 Compilation produces this warning:
959 @example
960 ; in: DEFUN RAZ
961 ;     (CASE FOO (:THIS 13) (:THAT 9) (:THE-OTHER 42))
962 ; --> LET COND IF COND IF COND IF
963 ; ==>
964 ;   (COND)
966 ; caught WARNING:
967 ;   This is not a FIXNUM:
968 ;   NIL
969 @end example
971 In this case, the warning means that if @code{foo} isn't any of
972 @code{:this}, @code{:that} or @code{:the-other}, then @code{x} will be
973 initialized to @code{nil}, which the @code{fixnum} declaration makes
974 illegal. The warning will go away if @code{ecase} is used instead of
975 @code{case}, or if @code{:the-other} is changed to @code{t}.
977 This sort of spurious type warning happens moderately often in the
978 expansion of complex macros and in inline functions. In such cases,
979 there may be dead code that is impossible to correctly execute. The
980 compiler can't always prove this code is dead (could never be
981 executed), so it compiles the erroneous code (which will always signal
982 an error if it is executed) and gives a warning.
984 @node  Errors During Macroexpansion
985 @comment  node-name,  next,  previous,  up
986 @subsection Errors During Macroexpansion
987 @cindex Macroexpansion, errors during
989 The compiler handles errors that happen during macroexpansion, turning
990 them into compiler errors. If you want to debug the error (to debug a
991 macro), you can set @code{*break-on-signals*} to @code{error}. For
992 example, this definition:
994 @lisp
995 (defun foo (e l)
996   (do ((current l (cdr current))
997        ((atom current) nil))
998       (when (eq (car current) e) (return current))))
999 @end lisp
1001 gives this error:
1003 @example
1004 ; in: DEFUN FOO
1005 ;     (DO ((CURRENT L (CDR CURRENT))
1006 ;        ((ATOM CURRENT) NIL))
1007 ;       (WHEN (EQ (CAR CURRENT) E) (RETURN CURRENT)))
1009 ; caught ERROR:
1010 ;   (in macroexpansion of (DO # #))
1011 ;   (hint: For more precise location, try *BREAK-ON-SIGNALS*.)
1012 ;   DO step variable is not a symbol: (ATOM CURRENT)
1013 @end example
1016 @node  Read Errors
1017 @comment  node-name,  next,  previous,  up
1018 @subsection Read Errors
1019 @cindex Read errors, compiler
1021 SBCL's compiler does not attempt to recover from read errors when
1022 reading a source file, but instead just reports the offending
1023 character position and gives up on the entire source file.
1025 @node  Open Coding and Inline Expansion
1026 @comment  node-name,  next,  previous,  up
1027 @section Open Coding and Inline Expansion
1028 @cindex Open-coding
1029 @cindex Inline expansion
1030 @cindex Static functions
1032 Since Common Lisp forbids the redefinition of standard functions, the
1033 compiler can have special knowledge of these standard functions
1034 embedded in it. This special knowledge is used in various ways (open
1035 coding, inline expansion, source transformation), but the implications
1036 to the user are basically the same:
1038 @itemize
1040 @item
1041 Attempts to redefine standard functions may be frustrated, since the
1042 function may never be called. Although it is technically illegal to
1043 redefine standard functions, users sometimes want to implicitly
1044 redefine these functions when they are debugging using the
1045 @code{trace} macro.  Special-casing of standard functions can be
1046 inhibited using the @code{notinline} declaration, but even then some
1047 phases of analysis such as type inferencing are applied by the
1048 compiler.
1050 @item
1051 The compiler can have multiple alternate implementations of standard
1052 functions that implement different trade-offs of speed, space and
1053 safety.  This selection is based on the compiler policy, @ref{Compiler
1054 Policy}.
1056 @end itemize
1058 When a function call is @emph{open coded}, inline code whose effect is
1059 equivalent to the function call is substituted for that function
1060 call. When a function call is @emph{closed coded}, it is usually left
1061 as is, although it might be turned into a call to a different function
1062 with different arguments. As an example, if @code{nthcdr} were to be
1063 open coded, then
1065 @lisp
1066 (nthcdr 4 foobar)
1067 @end lisp
1069 might turn into
1071 @lisp
1072 (cdr (cdr (cdr (cdr foobar))))
1073 @end lisp
1075 or even
1077 @lisp
1078 (do ((i 0 (1+ i))
1079   (list foobar (cdr foobar)))
1080   ((= i 4) list))
1081 @end lisp
1083 If @code{nth} is closed coded, then
1085 @lisp
1086 (nth x l)
1087 @end lisp
1089 might stay the same, or turn into something like
1091 @lisp
1092 (car (nthcdr x l))
1093 @end lisp
1095 In general, open coding sacrifices space for speed, but some functions
1096 (such as @code{car}) are so simple that they are always
1097 open-coded. Even when not open-coded, a call to a standard function
1098 may be transformed into a different function call (as in the last
1099 example) or compiled as @emph{static call}. Static function call uses
1100 a more efficient calling convention that forbids redefinition.
1102 @node  Interpreter
1103 @comment  node-name,  next,  previous,  up
1104 @section Interpreter
1105 @cindex Interpreter
1106 @vindex sb-ext:*evaluator-mode*
1108 By default SBCL implements @code{eval} by calling the native code
1109 compiler. SBCL also includes an interpreter for use in special cases
1110 where using the compiler is undesirable, for example due to compilation
1111 overhead. Unlike in some other Lisp implementations, in SBCL interpreted
1112 code is not safer or more debuggable than compiled code.
1114 Switching between the compiler and the interpreter is done using the
1115 special variable @code{sb-ext:*evaluator-mode*}. As of 0.9.17, valid
1116 values for @code{sb-ext:*evaluator-mode*} are @code{:compile} and
1117 @code{:interpret}.