target/mips/rel6_translate: Change license to GNU LGPL v2.1 (or later)
[qemu/ar7.git] / docs / devel / style.rst
blob260e3263fa06d54639373de80889497b5f6ffd30
1 =================
2 QEMU Coding Style
3 =================
5 .. contents:: Table of Contents
7 Please use the script checkpatch.pl in the scripts directory to check
8 patches before submitting.
10 Formatting and style
11 ********************
13 Whitespace
14 ==========
16 Of course, the most important aspect in any coding style is whitespace.
17 Crusty old coders who have trouble spotting the glasses on their noses
18 can tell the difference between a tab and eight spaces from a distance
19 of approximately fifteen parsecs.  Many a flamewar has been fought and
20 lost on this issue.
22 QEMU indents are four spaces.  Tabs are never used, except in Makefiles
23 where they have been irreversibly coded into the syntax.
24 Spaces of course are superior to tabs because:
26 * You have just one way to specify whitespace, not two.  Ambiguity breeds
27   mistakes.
28 * The confusion surrounding 'use tabs to indent, spaces to justify' is gone.
29 * Tab indents push your code to the right, making your screen seriously
30   unbalanced.
31 * Tabs will be rendered incorrectly on editors who are misconfigured not
32   to use tab stops of eight positions.
33 * Tabs are rendered badly in patches, causing off-by-one errors in almost
34   every line.
35 * It is the QEMU coding style.
37 Do not leave whitespace dangling off the ends of lines.
39 Multiline Indent
40 ----------------
42 There are several places where indent is necessary:
44 * if/else
45 * while/for
46 * function definition & call
48 When breaking up a long line to fit within line width, we need a proper indent
49 for the following lines.
51 In case of if/else, while/for, align the secondary lines just after the
52 opening parenthesis of the first.
54 For example:
56 .. code-block:: c
58     if (a == 1 &&
59         b == 2) {
61     while (a == 1 &&
62            b == 2) {
64 In case of function, there are several variants:
66 * 4 spaces indent from the beginning
67 * align the secondary lines just after the opening parenthesis of the first
69 For example:
71 .. code-block:: c
73     do_something(x, y,
74         z);
76     do_something(x, y,
77                  z);
79     do_something(x, do_another(y,
80                                z));
82 Line width
83 ==========
85 Lines should be 80 characters; try not to make them longer.
87 Sometimes it is hard to do, especially when dealing with QEMU subsystems
88 that use long function or symbol names. If wrapping the line at 80 columns
89 is obviously less readable and more awkward, prefer not to wrap it; better
90 to have an 85 character line than one which is awkwardly wrapped.
92 Even in that case, try not to make lines much longer than 80 characters.
93 (The checkpatch script will warn at 100 characters, but this is intended
94 as a guard against obviously-overlength lines, not a target.)
96 Rationale:
98 * Some people like to tile their 24" screens with a 6x4 matrix of 80x24
99   xterms and use vi in all of them.  The best way to punish them is to
100   let them keep doing it.
101 * Code and especially patches is much more readable if limited to a sane
102   line length.  Eighty is traditional.
103 * The four-space indentation makes the most common excuse ("But look
104   at all that white space on the left!") moot.
105 * It is the QEMU coding style.
107 Naming
108 ======
110 Variables are lower_case_with_underscores; easy to type and read.  Structured
111 type names are in CamelCase; harder to type but standing out.  Enum type
112 names and function type names should also be in CamelCase.  Scalar type
113 names are lower_case_with_underscores_ending_with_a_t, like the POSIX
114 uint64_t and family.  Note that this last convention contradicts POSIX
115 and is therefore likely to be changed.
117 Variable Naming Conventions
118 ---------------------------
120 A number of short naming conventions exist for variables that use
121 common QEMU types. For example, the architecture independent CPUState
122 is often held as a ``cs`` pointer variable, whereas the concrete
123 CPUArchState is usually held in a pointer called ``env``.
125 Likewise, in device emulation code the common DeviceState is usually
126 called ``dev``.
128 Function Naming Conventions
129 ---------------------------
131 Wrapped version of standard library or GLib functions use a ``qemu_``
132 prefix to alert readers that they are seeing a wrapped version, for
133 example ``qemu_strtol`` or ``qemu_mutex_lock``.  Other utility functions
134 that are widely called from across the codebase should not have any
135 prefix, for example ``pstrcpy`` or bit manipulation functions such as
136 ``find_first_bit``.
138 The ``qemu_`` prefix is also used for functions that modify global
139 emulator state, for example ``qemu_add_vm_change_state_handler``.
140 However, if there is an obvious subsystem-specific prefix it should be
141 used instead.
143 Public functions from a file or subsystem (declared in headers) tend
144 to have a consistent prefix to show where they came from. For example,
145 ``tlb_`` for functions from ``cputlb.c`` or ``cpu_`` for functions
146 from cpus.c.
148 If there are two versions of a function to be called with or without a
149 lock held, the function that expects the lock to be already held
150 usually uses the suffix ``_locked``.
153 Block structure
154 ===============
156 Every indented statement is braced; even if the block contains just one
157 statement.  The opening brace is on the line that contains the control
158 flow statement that introduces the new block; the closing brace is on the
159 same line as the else keyword, or on a line by itself if there is no else
160 keyword.  Example:
162 .. code-block:: c
164     if (a == 5) {
165         printf("a was 5.\n");
166     } else if (a == 6) {
167         printf("a was 6.\n");
168     } else {
169         printf("a was something else entirely.\n");
170     }
172 Note that 'else if' is considered a single statement; otherwise a long if/
173 else if/else if/.../else sequence would need an indent for every else
174 statement.
176 An exception is the opening brace for a function; for reasons of tradition
177 and clarity it comes on a line by itself:
179 .. code-block:: c
181     void a_function(void)
182     {
183         do_something();
184     }
186 Rationale: a consistent (except for functions...) bracing style reduces
187 ambiguity and avoids needless churn when lines are added or removed.
188 Furthermore, it is the QEMU coding style.
190 Declarations
191 ============
193 Mixed declarations (interleaving statements and declarations within
194 blocks) are generally not allowed; declarations should be at the beginning
195 of blocks.
197 Every now and then, an exception is made for declarations inside a
198 #ifdef or #ifndef block: if the code looks nicer, such declarations can
199 be placed at the top of the block even if there are statements above.
200 On the other hand, however, it's often best to move that #ifdef/#ifndef
201 block to a separate function altogether.
203 Conditional statements
204 ======================
206 When comparing a variable for (in)equality with a constant, list the
207 constant on the right, as in:
209 .. code-block:: c
211     if (a == 1) {
212         /* Reads like: "If a equals 1" */
213         do_something();
214     }
216 Rationale: Yoda conditions (as in 'if (1 == a)') are awkward to read.
217 Besides, good compilers already warn users when '==' is mis-typed as '=',
218 even when the constant is on the right.
220 Comment style
221 =============
223 We use traditional C-style /``*`` ``*``/ comments and avoid // comments.
225 Rationale: The // form is valid in C99, so this is purely a matter of
226 consistency of style. The checkpatch script will warn you about this.
228 Multiline comment blocks should have a row of stars on the left,
229 and the initial /``*`` and terminating ``*``/ both on their own lines:
231 .. code-block:: c
233     /*
234      * like
235      * this
236      */
238 This is the same format required by the Linux kernel coding style.
240 (Some of the existing comments in the codebase use the GNU Coding
241 Standards form which does not have stars on the left, or other
242 variations; avoid these when writing new comments, but don't worry
243 about converting to the preferred form unless you're editing that
244 comment anyway.)
246 Rationale: Consistency, and ease of visually picking out a multiline
247 comment from the surrounding code.
249 Language usage
250 **************
252 Preprocessor
253 ============
255 Variadic macros
256 ---------------
258 For variadic macros, stick with this C99-like syntax:
260 .. code-block:: c
262     #define DPRINTF(fmt, ...)                                       \
263         do { printf("IRQ: " fmt, ## __VA_ARGS__); } while (0)
265 Include directives
266 ------------------
268 Order include directives as follows:
270 .. code-block:: c
272     #include "qemu/osdep.h"  /* Always first... */
273     #include <...>           /* then system headers... */
274     #include "..."           /* and finally QEMU headers. */
276 The "qemu/osdep.h" header contains preprocessor macros that affect the behavior
277 of core system headers like <stdint.h>.  It must be the first include so that
278 core system headers included by external libraries get the preprocessor macros
279 that QEMU depends on.
281 Do not include "qemu/osdep.h" from header files since the .c file will have
282 already included it.
284 C types
285 =======
287 It should be common sense to use the right type, but we have collected
288 a few useful guidelines here.
290 Scalars
291 -------
293 If you're using "int" or "long", odds are good that there's a better type.
294 If a variable is counting something, it should be declared with an
295 unsigned type.
297 If it's host memory-size related, size_t should be a good choice (use
298 ssize_t only if required). Guest RAM memory offsets must use ram_addr_t,
299 but only for RAM, it may not cover whole guest address space.
301 If it's file-size related, use off_t.
302 If it's file-offset related (i.e., signed), use off_t.
303 If it's just counting small numbers use "unsigned int";
304 (on all but oddball embedded systems, you can assume that that
305 type is at least four bytes wide).
307 In the event that you require a specific width, use a standard type
308 like int32_t, uint32_t, uint64_t, etc.  The specific types are
309 mandatory for VMState fields.
311 Don't use Linux kernel internal types like u32, __u32 or __le32.
313 Use hwaddr for guest physical addresses except pcibus_t
314 for PCI addresses.  In addition, ram_addr_t is a QEMU internal address
315 space that maps guest RAM physical addresses into an intermediate
316 address space that can map to host virtual address spaces.  Generally
317 speaking, the size of guest memory can always fit into ram_addr_t but
318 it would not be correct to store an actual guest physical address in a
319 ram_addr_t.
321 For CPU virtual addresses there are several possible types.
322 vaddr is the best type to use to hold a CPU virtual address in
323 target-independent code. It is guaranteed to be large enough to hold a
324 virtual address for any target, and it does not change size from target
325 to target. It is always unsigned.
326 target_ulong is a type the size of a virtual address on the CPU; this means
327 it may be 32 or 64 bits depending on which target is being built. It should
328 therefore be used only in target-specific code, and in some
329 performance-critical built-per-target core code such as the TLB code.
330 There is also a signed version, target_long.
331 abi_ulong is for the ``*``-user targets, and represents a type the size of
332 'void ``*``' in that target's ABI. (This may not be the same as the size of a
333 full CPU virtual address in the case of target ABIs which use 32 bit pointers
334 on 64 bit CPUs, like sparc32plus.) Definitions of structures that must match
335 the target's ABI must use this type for anything that on the target is defined
336 to be an 'unsigned long' or a pointer type.
337 There is also a signed version, abi_long.
339 Of course, take all of the above with a grain of salt.  If you're about
340 to use some system interface that requires a type like size_t, pid_t or
341 off_t, use matching types for any corresponding variables.
343 Also, if you try to use e.g., "unsigned int" as a type, and that
344 conflicts with the signedness of a related variable, sometimes
345 it's best just to use the *wrong* type, if "pulling the thread"
346 and fixing all related variables would be too invasive.
348 Finally, while using descriptive types is important, be careful not to
349 go overboard.  If whatever you're doing causes warnings, or requires
350 casts, then reconsider or ask for help.
352 Pointers
353 --------
355 Ensure that all of your pointers are "const-correct".
356 Unless a pointer is used to modify the pointed-to storage,
357 give it the "const" attribute.  That way, the reader knows
358 up-front that this is a read-only pointer.  Perhaps more
359 importantly, if we're diligent about this, when you see a non-const
360 pointer, you're guaranteed that it is used to modify the storage
361 it points to, or it is aliased to another pointer that is.
363 Typedefs
364 --------
366 Typedefs are used to eliminate the redundant 'struct' keyword, since type
367 names have a different style than other identifiers ("CamelCase" versus
368 "snake_case").  Each named struct type should have a CamelCase name and a
369 corresponding typedef.
371 Since certain C compilers choke on duplicated typedefs, you should avoid
372 them and declare a typedef only in one header file.  For common types,
373 you can use "include/qemu/typedefs.h" for example.  However, as a matter
374 of convenience it is also perfectly fine to use forward struct
375 definitions instead of typedefs in headers and function prototypes; this
376 avoids problems with duplicated typedefs and reduces the need to include
377 headers from other headers.
379 Reserved namespaces in C and POSIX
380 ----------------------------------
382 Underscore capital, double underscore, and underscore 't' suffixes should be
383 avoided.
385 Low level memory management
386 ===========================
388 Use of the ``malloc/free/realloc/calloc/valloc/memalign/posix_memalign``
389 APIs is not allowed in the QEMU codebase. Instead of these routines,
390 use the GLib memory allocation routines
391 ``g_malloc/g_malloc0/g_new/g_new0/g_realloc/g_free``
392 or QEMU's ``qemu_memalign/qemu_blockalign/qemu_vfree`` APIs.
394 Please note that ``g_malloc`` will exit on allocation failure, so
395 there is no need to test for failure (as you would have to with
396 ``malloc``). Generally using ``g_malloc`` on start-up is fine as the
397 result of a failure to allocate memory is going to be a fatal exit
398 anyway. There may be some start-up cases where failing is unreasonable
399 (for example speculatively loading a large debug symbol table).
401 Care should be taken to avoid introducing places where the guest could
402 trigger an exit by causing a large allocation. For small allocations,
403 of the order of 4k, a failure to allocate is likely indicative of an
404 overloaded host and allowing ``g_malloc`` to ``exit`` is a reasonable
405 approach. However for larger allocations where we could realistically
406 fall-back to a smaller one if need be we should use functions like
407 ``g_try_new`` and check the result. For example this is valid approach
408 for a time/space trade-off like ``tlb_mmu_resize_locked`` in the
409 SoftMMU TLB code.
411 If the lifetime of the allocation is within the function and there are
412 multiple exist paths you can also improve the readability of the code
413 by using ``g_autofree`` and related annotations. See :ref:`autofree-ref`
414 for more details.
416 Calling ``g_malloc`` with a zero size is valid and will return NULL.
418 Prefer ``g_new(T, n)`` instead of ``g_malloc(sizeof(T) * n)`` for the following
419 reasons:
421 * It catches multiplication overflowing size_t;
422 * It returns T ``*`` instead of void ``*``, letting compiler catch more type errors.
424 Declarations like
426 .. code-block:: c
428     T *v = g_malloc(sizeof(*v))
430 are acceptable, though.
432 Memory allocated by ``qemu_memalign`` or ``qemu_blockalign`` must be freed with
433 ``qemu_vfree``, since breaking this will cause problems on Win32.
435 String manipulation
436 ===================
438 Do not use the strncpy function.  As mentioned in the man page, it does *not*
439 guarantee a NULL-terminated buffer, which makes it extremely dangerous to use.
440 It also zeros trailing destination bytes out to the specified length.  Instead,
441 use this similar function when possible, but note its different signature:
443 .. code-block:: c
445     void pstrcpy(char *dest, int dest_buf_size, const char *src)
447 Don't use strcat because it can't check for buffer overflows, but:
449 .. code-block:: c
451     char *pstrcat(char *buf, int buf_size, const char *s)
453 The same limitation exists with sprintf and vsprintf, so use snprintf and
454 vsnprintf.
456 QEMU provides other useful string functions:
458 .. code-block:: c
460     int strstart(const char *str, const char *val, const char **ptr)
461     int stristart(const char *str, const char *val, const char **ptr)
462     int qemu_strnlen(const char *s, int max_len)
464 There are also replacement character processing macros for isxyz and toxyz,
465 so instead of e.g. isalnum you should use qemu_isalnum.
467 Because of the memory management rules, you must use g_strdup/g_strndup
468 instead of plain strdup/strndup.
470 Printf-style functions
471 ======================
473 Whenever you add a new printf-style function, i.e., one with a format
474 string argument and following "..." in its prototype, be sure to use
475 gcc's printf attribute directive in the prototype.
477 This makes it so gcc's -Wformat and -Wformat-security options can do
478 their jobs and cross-check format strings with the number and types
479 of arguments.
481 C standard, implementation defined and undefined behaviors
482 ==========================================================
484 C code in QEMU should be written to the C99 language specification. A copy
485 of the final version of the C99 standard with corrigenda TC1, TC2, and TC3
486 included, formatted as a draft, can be downloaded from:
488     `<http://www.open-std.org/jtc1/sc22/WG14/www/docs/n1256.pdf>`_
490 The C language specification defines regions of undefined behavior and
491 implementation defined behavior (to give compiler authors enough leeway to
492 produce better code).  In general, code in QEMU should follow the language
493 specification and avoid both undefined and implementation defined
494 constructs. ("It works fine on the gcc I tested it with" is not a valid
495 argument...) However there are a few areas where we allow ourselves to
496 assume certain behaviors because in practice all the platforms we care about
497 behave in the same way and writing strictly conformant code would be
498 painful. These are:
500 * you may assume that integers are 2s complement representation
501 * you may assume that right shift of a signed integer duplicates
502   the sign bit (ie it is an arithmetic shift, not a logical shift)
504 In addition, QEMU assumes that the compiler does not use the latitude
505 given in C99 and C11 to treat aspects of signed '<<' as undefined, as
506 documented in the GNU Compiler Collection manual starting at version 4.0.
508 .. _autofree-ref:
510 Automatic memory deallocation
511 =============================
513 QEMU has a mandatory dependency either the GCC or CLang compiler. As
514 such it has the freedom to make use of a C language extension for
515 automatically running a cleanup function when a stack variable goes
516 out of scope. This can be used to simplify function cleanup paths,
517 often allowing many goto jumps to be eliminated, through automatic
518 free'ing of memory.
520 The GLib2 library provides a number of functions/macros for enabling
521 automatic cleanup:
523   `<https://developer.gnome.org/glib/stable/glib-Miscellaneous-Macros.html>`_
525 Most notably:
527 * g_autofree - will invoke g_free() on the variable going out of scope
529 * g_autoptr - for structs / objects, will invoke the cleanup func created
530   by a previous use of G_DEFINE_AUTOPTR_CLEANUP_FUNC. This is
531   supported for most GLib data types and GObjects
533 For example, instead of
535 .. code-block:: c
537     int somefunc(void) {
538         int ret = -1;
539         char *foo = g_strdup_printf("foo%", "wibble");
540         GList *bar = .....
542         if (eek) {
543            goto cleanup;
544         }
546         ret = 0;
548       cleanup:
549         g_free(foo);
550         g_list_free(bar);
551         return ret;
552     }
554 Using g_autofree/g_autoptr enables the code to be written as:
556 .. code-block:: c
558     int somefunc(void) {
559         g_autofree char *foo = g_strdup_printf("foo%", "wibble");
560         g_autoptr (GList) bar = .....
562         if (eek) {
563            return -1;
564         }
566         return 0;
567     }
569 While this generally results in simpler, less leak-prone code, there
570 are still some caveats to beware of
572 * Variables declared with g_auto* MUST always be initialized,
573   otherwise the cleanup function will use uninitialized stack memory
575 * If a variable declared with g_auto* holds a value which must
576   live beyond the life of the function, that value must be saved
577   and the original variable NULL'd out. This can be simpler using
578   g_steal_pointer
581 .. code-block:: c
583     char *somefunc(void) {
584         g_autofree char *foo = g_strdup_printf("foo%", "wibble");
585         g_autoptr (GList) bar = .....
587         if (eek) {
588            return NULL;
589         }
591         return g_steal_pointer(&foo);
592     }
595 QEMU Specific Idioms
596 ********************
598 Error handling and reporting
599 ============================
601 Reporting errors to the human user
602 ----------------------------------
604 Do not use printf(), fprintf() or monitor_printf().  Instead, use
605 error_report() or error_vreport() from error-report.h.  This ensures the
606 error is reported in the right place (current monitor or stderr), and in
607 a uniform format.
609 Use error_printf() & friends to print additional information.
611 error_report() prints the current location.  In certain common cases
612 like command line parsing, the current location is tracked
613 automatically.  To manipulate it manually, use the loc_``*``() from
614 error-report.h.
616 Propagating errors
617 ------------------
619 An error can't always be reported to the user right where it's detected,
620 but often needs to be propagated up the call chain to a place that can
621 handle it.  This can be done in various ways.
623 The most flexible one is Error objects.  See error.h for usage
624 information.
626 Use the simplest suitable method to communicate success / failure to
627 callers.  Stick to common methods: non-negative on success / -1 on
628 error, non-negative / -errno, non-null / null, or Error objects.
630 Example: when a function returns a non-null pointer on success, and it
631 can fail only in one way (as far as the caller is concerned), returning
632 null on failure is just fine, and certainly simpler and a lot easier on
633 the eyes than propagating an Error object through an Error ``*````*`` parameter.
635 Example: when a function's callers need to report details on failure
636 only the function really knows, use Error ``*````*``, and set suitable errors.
638 Do not report an error to the user when you're also returning an error
639 for somebody else to handle.  Leave the reporting to the place that
640 consumes the error returned.
642 Handling errors
643 ---------------
645 Calling exit() is fine when handling configuration errors during
646 startup.  It's problematic during normal operation.  In particular,
647 monitor commands should never exit().
649 Do not call exit() or abort() to handle an error that can be triggered
650 by the guest (e.g., some unimplemented corner case in guest code
651 translation or device emulation).  Guests should not be able to
652 terminate QEMU.
654 Note that &error_fatal is just another way to exit(1), and &error_abort
655 is just another way to abort().
658 trace-events style
659 ==================
661 0x prefix
662 ---------
664 In trace-events files, use a '0x' prefix to specify hex numbers, as in:
666 .. code-block:: c
668     some_trace(unsigned x, uint64_t y) "x 0x%x y 0x" PRIx64
670 An exception is made for groups of numbers that are hexadecimal by
671 convention and separated by the symbols '.', '/', ':', or ' ' (such as
672 PCI bus id):
674 .. code-block:: c
676     another_trace(int cssid, int ssid, int dev_num) "bus id: %x.%x.%04x"
678 However, you can use '0x' for such groups if you want. Anyway, be sure that
679 it is obvious that numbers are in hex, ex.:
681 .. code-block:: c
683     data_dump(uint8_t c1, uint8_t c2, uint8_t c3) "bytes (in hex): %02x %02x %02x"
685 Rationale: hex numbers are hard to read in logs when there is no 0x prefix,
686 especially when (occasionally) the representation doesn't contain any letters
687 and especially in one line with other decimal numbers. Number groups are allowed
688 to not use '0x' because for some things notations like %x.%x.%x are used not
689 only in Qemu. Also dumping raw data bytes with '0x' is less readable.
691 '#' printf flag
692 ---------------
694 Do not use printf flag '#', like '%#x'.
696 Rationale: there are two ways to add a '0x' prefix to printed number: '0x%...'
697 and '%#...'. For consistency the only one way should be used. Arguments for
698 '0x%' are:
700 * it is more popular
701 * '%#' omits the 0x for the value 0 which makes output inconsistent