qcow2: add missing coroutine_fn annotations
[qemu.git] / docs / devel / style.rst
blob7ddd42b6c2c8addcf50e156577d333f488707067
1 .. _coding-style:
3 =================
4 QEMU Coding Style
5 =================
7 .. contents:: Table of Contents
9 Please use the script checkpatch.pl in the scripts directory to check
10 patches before submitting.
12 Formatting and style
13 ********************
15 The repository includes a ``.editorconfig`` file which can help with
16 getting the right settings for your preferred $EDITOR. See
17 `<https://editorconfig.org/>`_ for details.
19 Whitespace
20 ==========
22 Of course, the most important aspect in any coding style is whitespace.
23 Crusty old coders who have trouble spotting the glasses on their noses
24 can tell the difference between a tab and eight spaces from a distance
25 of approximately fifteen parsecs.  Many a flamewar has been fought and
26 lost on this issue.
28 QEMU indents are four spaces.  Tabs are never used, except in Makefiles
29 where they have been irreversibly coded into the syntax.
30 Spaces of course are superior to tabs because:
32 * You have just one way to specify whitespace, not two.  Ambiguity breeds
33   mistakes.
34 * The confusion surrounding 'use tabs to indent, spaces to justify' is gone.
35 * Tab indents push your code to the right, making your screen seriously
36   unbalanced.
37 * Tabs will be rendered incorrectly on editors who are misconfigured not
38   to use tab stops of eight positions.
39 * Tabs are rendered badly in patches, causing off-by-one errors in almost
40   every line.
41 * It is the QEMU coding style.
43 Do not leave whitespace dangling off the ends of lines.
45 Multiline Indent
46 ----------------
48 There are several places where indent is necessary:
50 * if/else
51 * while/for
52 * function definition & call
54 When breaking up a long line to fit within line width, we need a proper indent
55 for the following lines.
57 In case of if/else, while/for, align the secondary lines just after the
58 opening parenthesis of the first.
60 For example:
62 .. code-block:: c
64     if (a == 1 &&
65         b == 2) {
67     while (a == 1 &&
68            b == 2) {
70 In case of function, there are several variants:
72 * 4 spaces indent from the beginning
73 * align the secondary lines just after the opening parenthesis of the first
75 For example:
77 .. code-block:: c
79     do_something(x, y,
80         z);
82     do_something(x, y,
83                  z);
85     do_something(x, do_another(y,
86                                z));
88 Line width
89 ==========
91 Lines should be 80 characters; try not to make them longer.
93 Sometimes it is hard to do, especially when dealing with QEMU subsystems
94 that use long function or symbol names. If wrapping the line at 80 columns
95 is obviously less readable and more awkward, prefer not to wrap it; better
96 to have an 85 character line than one which is awkwardly wrapped.
98 Even in that case, try not to make lines much longer than 80 characters.
99 (The checkpatch script will warn at 100 characters, but this is intended
100 as a guard against obviously-overlength lines, not a target.)
102 Rationale:
104 * Some people like to tile their 24" screens with a 6x4 matrix of 80x24
105   xterms and use vi in all of them.  The best way to punish them is to
106   let them keep doing it.
107 * Code and especially patches is much more readable if limited to a sane
108   line length.  Eighty is traditional.
109 * The four-space indentation makes the most common excuse ("But look
110   at all that white space on the left!") moot.
111 * It is the QEMU coding style.
113 Naming
114 ======
116 Variables are lower_case_with_underscores; easy to type and read.  Structured
117 type names are in CamelCase; harder to type but standing out.  Enum type
118 names and function type names should also be in CamelCase.  Scalar type
119 names are lower_case_with_underscores_ending_with_a_t, like the POSIX
120 uint64_t and family.  Note that this last convention contradicts POSIX
121 and is therefore likely to be changed.
123 Variable Naming Conventions
124 ---------------------------
126 A number of short naming conventions exist for variables that use
127 common QEMU types. For example, the architecture independent CPUState
128 is often held as a ``cs`` pointer variable, whereas the concrete
129 CPUArchState is usually held in a pointer called ``env``.
131 Likewise, in device emulation code the common DeviceState is usually
132 called ``dev``.
134 Function Naming Conventions
135 ---------------------------
137 Wrapped version of standard library or GLib functions use a ``qemu_``
138 prefix to alert readers that they are seeing a wrapped version, for
139 example ``qemu_strtol`` or ``qemu_mutex_lock``.  Other utility functions
140 that are widely called from across the codebase should not have any
141 prefix, for example ``pstrcpy`` or bit manipulation functions such as
142 ``find_first_bit``.
144 The ``qemu_`` prefix is also used for functions that modify global
145 emulator state, for example ``qemu_add_vm_change_state_handler``.
146 However, if there is an obvious subsystem-specific prefix it should be
147 used instead.
149 Public functions from a file or subsystem (declared in headers) tend
150 to have a consistent prefix to show where they came from. For example,
151 ``tlb_`` for functions from ``cputlb.c`` or ``cpu_`` for functions
152 from cpus.c.
154 If there are two versions of a function to be called with or without a
155 lock held, the function that expects the lock to be already held
156 usually uses the suffix ``_locked``.
158 If a function is a shim designed to deal with compatibility
159 workarounds we use the suffix ``_compat``. These are generally not
160 called directly and aliased to the plain function name via the
161 pre-processor. Another common suffix is ``_impl``; it is used for the
162 concrete implementation of a function that will not be called
163 directly, but rather through a macro or an inline function.
165 Block structure
166 ===============
168 Every indented statement is braced; even if the block contains just one
169 statement.  The opening brace is on the line that contains the control
170 flow statement that introduces the new block; the closing brace is on the
171 same line as the else keyword, or on a line by itself if there is no else
172 keyword.  Example:
174 .. code-block:: c
176     if (a == 5) {
177         printf("a was 5.\n");
178     } else if (a == 6) {
179         printf("a was 6.\n");
180     } else {
181         printf("a was something else entirely.\n");
182     }
184 Note that 'else if' is considered a single statement; otherwise a long if/
185 else if/else if/.../else sequence would need an indent for every else
186 statement.
188 An exception is the opening brace for a function; for reasons of tradition
189 and clarity it comes on a line by itself:
191 .. code-block:: c
193     void a_function(void)
194     {
195         do_something();
196     }
198 Rationale: a consistent (except for functions...) bracing style reduces
199 ambiguity and avoids needless churn when lines are added or removed.
200 Furthermore, it is the QEMU coding style.
202 Declarations
203 ============
205 Mixed declarations (interleaving statements and declarations within
206 blocks) are generally not allowed; declarations should be at the beginning
207 of blocks.
209 Every now and then, an exception is made for declarations inside a
210 #ifdef or #ifndef block: if the code looks nicer, such declarations can
211 be placed at the top of the block even if there are statements above.
212 On the other hand, however, it's often best to move that #ifdef/#ifndef
213 block to a separate function altogether.
215 Conditional statements
216 ======================
218 When comparing a variable for (in)equality with a constant, list the
219 constant on the right, as in:
221 .. code-block:: c
223     if (a == 1) {
224         /* Reads like: "If a equals 1" */
225         do_something();
226     }
228 Rationale: Yoda conditions (as in 'if (1 == a)') are awkward to read.
229 Besides, good compilers already warn users when '==' is mis-typed as '=',
230 even when the constant is on the right.
232 Comment style
233 =============
235 We use traditional C-style /``*`` ``*``/ comments and avoid // comments.
237 Rationale: The // form is valid in C99, so this is purely a matter of
238 consistency of style. The checkpatch script will warn you about this.
240 Multiline comment blocks should have a row of stars on the left,
241 and the initial /``*`` and terminating ``*``/ both on their own lines:
243 .. code-block:: c
245     /*
246      * like
247      * this
248      */
250 This is the same format required by the Linux kernel coding style.
252 (Some of the existing comments in the codebase use the GNU Coding
253 Standards form which does not have stars on the left, or other
254 variations; avoid these when writing new comments, but don't worry
255 about converting to the preferred form unless you're editing that
256 comment anyway.)
258 Rationale: Consistency, and ease of visually picking out a multiline
259 comment from the surrounding code.
261 Language usage
262 **************
264 Preprocessor
265 ============
267 Variadic macros
268 ---------------
270 For variadic macros, stick with this C99-like syntax:
272 .. code-block:: c
274     #define DPRINTF(fmt, ...)                                       \
275         do { printf("IRQ: " fmt, ## __VA_ARGS__); } while (0)
277 Include directives
278 ------------------
280 Order include directives as follows:
282 .. code-block:: c
284     #include "qemu/osdep.h"  /* Always first... */
285     #include <...>           /* then system headers... */
286     #include "..."           /* and finally QEMU headers. */
288 The "qemu/osdep.h" header contains preprocessor macros that affect the behavior
289 of core system headers like <stdint.h>.  It must be the first include so that
290 core system headers included by external libraries get the preprocessor macros
291 that QEMU depends on.
293 Do not include "qemu/osdep.h" from header files since the .c file will have
294 already included it.
296 C types
297 =======
299 It should be common sense to use the right type, but we have collected
300 a few useful guidelines here.
302 Scalars
303 -------
305 If you're using "int" or "long", odds are good that there's a better type.
306 If a variable is counting something, it should be declared with an
307 unsigned type.
309 If it's host memory-size related, size_t should be a good choice (use
310 ssize_t only if required). Guest RAM memory offsets must use ram_addr_t,
311 but only for RAM, it may not cover whole guest address space.
313 If it's file-size related, use off_t.
314 If it's file-offset related (i.e., signed), use off_t.
315 If it's just counting small numbers use "unsigned int";
316 (on all but oddball embedded systems, you can assume that that
317 type is at least four bytes wide).
319 In the event that you require a specific width, use a standard type
320 like int32_t, uint32_t, uint64_t, etc.  The specific types are
321 mandatory for VMState fields.
323 Don't use Linux kernel internal types like u32, __u32 or __le32.
325 Use hwaddr for guest physical addresses except pcibus_t
326 for PCI addresses.  In addition, ram_addr_t is a QEMU internal address
327 space that maps guest RAM physical addresses into an intermediate
328 address space that can map to host virtual address spaces.  Generally
329 speaking, the size of guest memory can always fit into ram_addr_t but
330 it would not be correct to store an actual guest physical address in a
331 ram_addr_t.
333 For CPU virtual addresses there are several possible types.
334 vaddr is the best type to use to hold a CPU virtual address in
335 target-independent code. It is guaranteed to be large enough to hold a
336 virtual address for any target, and it does not change size from target
337 to target. It is always unsigned.
338 target_ulong is a type the size of a virtual address on the CPU; this means
339 it may be 32 or 64 bits depending on which target is being built. It should
340 therefore be used only in target-specific code, and in some
341 performance-critical built-per-target core code such as the TLB code.
342 There is also a signed version, target_long.
343 abi_ulong is for the ``*``-user targets, and represents a type the size of
344 'void ``*``' in that target's ABI. (This may not be the same as the size of a
345 full CPU virtual address in the case of target ABIs which use 32 bit pointers
346 on 64 bit CPUs, like sparc32plus.) Definitions of structures that must match
347 the target's ABI must use this type for anything that on the target is defined
348 to be an 'unsigned long' or a pointer type.
349 There is also a signed version, abi_long.
351 Of course, take all of the above with a grain of salt.  If you're about
352 to use some system interface that requires a type like size_t, pid_t or
353 off_t, use matching types for any corresponding variables.
355 Also, if you try to use e.g., "unsigned int" as a type, and that
356 conflicts with the signedness of a related variable, sometimes
357 it's best just to use the *wrong* type, if "pulling the thread"
358 and fixing all related variables would be too invasive.
360 Finally, while using descriptive types is important, be careful not to
361 go overboard.  If whatever you're doing causes warnings, or requires
362 casts, then reconsider or ask for help.
364 Pointers
365 --------
367 Ensure that all of your pointers are "const-correct".
368 Unless a pointer is used to modify the pointed-to storage,
369 give it the "const" attribute.  That way, the reader knows
370 up-front that this is a read-only pointer.  Perhaps more
371 importantly, if we're diligent about this, when you see a non-const
372 pointer, you're guaranteed that it is used to modify the storage
373 it points to, or it is aliased to another pointer that is.
375 Typedefs
376 --------
378 Typedefs are used to eliminate the redundant 'struct' keyword, since type
379 names have a different style than other identifiers ("CamelCase" versus
380 "snake_case").  Each named struct type should have a CamelCase name and a
381 corresponding typedef.
383 Since certain C compilers choke on duplicated typedefs, you should avoid
384 them and declare a typedef only in one header file.  For common types,
385 you can use "include/qemu/typedefs.h" for example.  However, as a matter
386 of convenience it is also perfectly fine to use forward struct
387 definitions instead of typedefs in headers and function prototypes; this
388 avoids problems with duplicated typedefs and reduces the need to include
389 headers from other headers.
391 Reserved namespaces in C and POSIX
392 ----------------------------------
394 Underscore capital, double underscore, and underscore 't' suffixes should be
395 avoided.
397 Low level memory management
398 ===========================
400 Use of the ``malloc/free/realloc/calloc/valloc/memalign/posix_memalign``
401 APIs is not allowed in the QEMU codebase. Instead of these routines,
402 use the GLib memory allocation routines
403 ``g_malloc/g_malloc0/g_new/g_new0/g_realloc/g_free``
404 or QEMU's ``qemu_memalign/qemu_blockalign/qemu_vfree`` APIs.
406 Please note that ``g_malloc`` will exit on allocation failure, so
407 there is no need to test for failure (as you would have to with
408 ``malloc``). Generally using ``g_malloc`` on start-up is fine as the
409 result of a failure to allocate memory is going to be a fatal exit
410 anyway. There may be some start-up cases where failing is unreasonable
411 (for example speculatively loading a large debug symbol table).
413 Care should be taken to avoid introducing places where the guest could
414 trigger an exit by causing a large allocation. For small allocations,
415 of the order of 4k, a failure to allocate is likely indicative of an
416 overloaded host and allowing ``g_malloc`` to ``exit`` is a reasonable
417 approach. However for larger allocations where we could realistically
418 fall-back to a smaller one if need be we should use functions like
419 ``g_try_new`` and check the result. For example this is valid approach
420 for a time/space trade-off like ``tlb_mmu_resize_locked`` in the
421 SoftMMU TLB code.
423 If the lifetime of the allocation is within the function and there are
424 multiple exist paths you can also improve the readability of the code
425 by using ``g_autofree`` and related annotations. See :ref:`autofree-ref`
426 for more details.
428 Calling ``g_malloc`` with a zero size is valid and will return NULL.
430 Prefer ``g_new(T, n)`` instead of ``g_malloc(sizeof(T) * n)`` for the following
431 reasons:
433 * It catches multiplication overflowing size_t;
434 * It returns T ``*`` instead of void ``*``, letting compiler catch more type errors.
436 Declarations like
438 .. code-block:: c
440     T *v = g_malloc(sizeof(*v))
442 are acceptable, though.
444 Memory allocated by ``qemu_memalign`` or ``qemu_blockalign`` must be freed with
445 ``qemu_vfree``, since breaking this will cause problems on Win32.
447 String manipulation
448 ===================
450 Do not use the strncpy function.  As mentioned in the man page, it does *not*
451 guarantee a NULL-terminated buffer, which makes it extremely dangerous to use.
452 It also zeros trailing destination bytes out to the specified length.  Instead,
453 use this similar function when possible, but note its different signature:
455 .. code-block:: c
457     void pstrcpy(char *dest, int dest_buf_size, const char *src)
459 Don't use strcat because it can't check for buffer overflows, but:
461 .. code-block:: c
463     char *pstrcat(char *buf, int buf_size, const char *s)
465 The same limitation exists with sprintf and vsprintf, so use snprintf and
466 vsnprintf.
468 QEMU provides other useful string functions:
470 .. code-block:: c
472     int strstart(const char *str, const char *val, const char **ptr)
473     int stristart(const char *str, const char *val, const char **ptr)
474     int qemu_strnlen(const char *s, int max_len)
476 There are also replacement character processing macros for isxyz and toxyz,
477 so instead of e.g. isalnum you should use qemu_isalnum.
479 Because of the memory management rules, you must use g_strdup/g_strndup
480 instead of plain strdup/strndup.
482 Printf-style functions
483 ======================
485 Whenever you add a new printf-style function, i.e., one with a format
486 string argument and following "..." in its prototype, be sure to use
487 gcc's printf attribute directive in the prototype.
489 This makes it so gcc's -Wformat and -Wformat-security options can do
490 their jobs and cross-check format strings with the number and types
491 of arguments.
493 C standard, implementation defined and undefined behaviors
494 ==========================================================
496 C code in QEMU should be written to the C11 language specification. A
497 copy of the final version of the C11 standard formatted as a draft,
498 can be downloaded from:
500     `<http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg14/www/docs/n1548.pdf>`_
502 The C language specification defines regions of undefined behavior and
503 implementation defined behavior (to give compiler authors enough leeway to
504 produce better code).  In general, code in QEMU should follow the language
505 specification and avoid both undefined and implementation defined
506 constructs. ("It works fine on the gcc I tested it with" is not a valid
507 argument...) However there are a few areas where we allow ourselves to
508 assume certain behaviors because in practice all the platforms we care about
509 behave in the same way and writing strictly conformant code would be
510 painful. These are:
512 * you may assume that integers are 2s complement representation
513 * you may assume that right shift of a signed integer duplicates
514   the sign bit (ie it is an arithmetic shift, not a logical shift)
516 In addition, QEMU assumes that the compiler does not use the latitude
517 given in C99 and C11 to treat aspects of signed '<<' as undefined, as
518 documented in the GNU Compiler Collection manual starting at version 4.0.
520 .. _autofree-ref:
522 Automatic memory deallocation
523 =============================
525 QEMU has a mandatory dependency on either the GCC or the Clang compiler. As
526 such it has the freedom to make use of a C language extension for
527 automatically running a cleanup function when a stack variable goes
528 out of scope. This can be used to simplify function cleanup paths,
529 often allowing many goto jumps to be eliminated, through automatic
530 free'ing of memory.
532 The GLib2 library provides a number of functions/macros for enabling
533 automatic cleanup:
535   `<https://developer.gnome.org/glib/stable/glib-Miscellaneous-Macros.html>`_
537 Most notably:
539 * g_autofree - will invoke g_free() on the variable going out of scope
541 * g_autoptr - for structs / objects, will invoke the cleanup func created
542   by a previous use of G_DEFINE_AUTOPTR_CLEANUP_FUNC. This is
543   supported for most GLib data types and GObjects
545 For example, instead of
547 .. code-block:: c
549     int somefunc(void) {
550         int ret = -1;
551         char *foo = g_strdup_printf("foo%", "wibble");
552         GList *bar = .....
554         if (eek) {
555            goto cleanup;
556         }
558         ret = 0;
560       cleanup:
561         g_free(foo);
562         g_list_free(bar);
563         return ret;
564     }
566 Using g_autofree/g_autoptr enables the code to be written as:
568 .. code-block:: c
570     int somefunc(void) {
571         g_autofree char *foo = g_strdup_printf("foo%", "wibble");
572         g_autoptr (GList) bar = .....
574         if (eek) {
575            return -1;
576         }
578         return 0;
579     }
581 While this generally results in simpler, less leak-prone code, there
582 are still some caveats to beware of
584 * Variables declared with g_auto* MUST always be initialized,
585   otherwise the cleanup function will use uninitialized stack memory
587 * If a variable declared with g_auto* holds a value which must
588   live beyond the life of the function, that value must be saved
589   and the original variable NULL'd out. This can be simpler using
590   g_steal_pointer
593 .. code-block:: c
595     char *somefunc(void) {
596         g_autofree char *foo = g_strdup_printf("foo%", "wibble");
597         g_autoptr (GList) bar = .....
599         if (eek) {
600            return NULL;
601         }
603         return g_steal_pointer(&foo);
604     }
607 QEMU Specific Idioms
608 ********************
610 Error handling and reporting
611 ============================
613 Reporting errors to the human user
614 ----------------------------------
616 Do not use printf(), fprintf() or monitor_printf().  Instead, use
617 error_report() or error_vreport() from error-report.h.  This ensures the
618 error is reported in the right place (current monitor or stderr), and in
619 a uniform format.
621 Use error_printf() & friends to print additional information.
623 error_report() prints the current location.  In certain common cases
624 like command line parsing, the current location is tracked
625 automatically.  To manipulate it manually, use the loc_``*``() from
626 error-report.h.
628 Propagating errors
629 ------------------
631 An error can't always be reported to the user right where it's detected,
632 but often needs to be propagated up the call chain to a place that can
633 handle it.  This can be done in various ways.
635 The most flexible one is Error objects.  See error.h for usage
636 information.
638 Use the simplest suitable method to communicate success / failure to
639 callers.  Stick to common methods: non-negative on success / -1 on
640 error, non-negative / -errno, non-null / null, or Error objects.
642 Example: when a function returns a non-null pointer on success, and it
643 can fail only in one way (as far as the caller is concerned), returning
644 null on failure is just fine, and certainly simpler and a lot easier on
645 the eyes than propagating an Error object through an Error ``*````*`` parameter.
647 Example: when a function's callers need to report details on failure
648 only the function really knows, use Error ``*````*``, and set suitable errors.
650 Do not report an error to the user when you're also returning an error
651 for somebody else to handle.  Leave the reporting to the place that
652 consumes the error returned.
654 Handling errors
655 ---------------
657 Calling exit() is fine when handling configuration errors during
658 startup.  It's problematic during normal operation.  In particular,
659 monitor commands should never exit().
661 Do not call exit() or abort() to handle an error that can be triggered
662 by the guest (e.g., some unimplemented corner case in guest code
663 translation or device emulation).  Guests should not be able to
664 terminate QEMU.
666 Note that &error_fatal is just another way to exit(1), and &error_abort
667 is just another way to abort().
670 trace-events style
671 ==================
673 0x prefix
674 ---------
676 In trace-events files, use a '0x' prefix to specify hex numbers, as in:
678 .. code-block:: c
680     some_trace(unsigned x, uint64_t y) "x 0x%x y 0x" PRIx64
682 An exception is made for groups of numbers that are hexadecimal by
683 convention and separated by the symbols '.', '/', ':', or ' ' (such as
684 PCI bus id):
686 .. code-block:: c
688     another_trace(int cssid, int ssid, int dev_num) "bus id: %x.%x.%04x"
690 However, you can use '0x' for such groups if you want. Anyway, be sure that
691 it is obvious that numbers are in hex, ex.:
693 .. code-block:: c
695     data_dump(uint8_t c1, uint8_t c2, uint8_t c3) "bytes (in hex): %02x %02x %02x"
697 Rationale: hex numbers are hard to read in logs when there is no 0x prefix,
698 especially when (occasionally) the representation doesn't contain any letters
699 and especially in one line with other decimal numbers. Number groups are allowed
700 to not use '0x' because for some things notations like %x.%x.%x are used not
701 only in QEMU. Also dumping raw data bytes with '0x' is less readable.
703 '#' printf flag
704 ---------------
706 Do not use printf flag '#', like '%#x'.
708 Rationale: there are two ways to add a '0x' prefix to printed number: '0x%...'
709 and '%#...'. For consistency the only one way should be used. Arguments for
710 '0x%' are:
712 * it is more popular
713 * '%#' omits the 0x for the value 0 which makes output inconsistent