ast.h

   1 #ifndef GMQCC_AST_HDR
   2 #define GMQCC_AST_HDR
   3 #include <vector>
   4 #include "ir.h"
   5
   6 typedef uint16_t ast_flag_t;
   7
   8 /* Note: I will not be using a _t suffix for the
   9  * "main" ast node types for now.
  10  */
  11
  12 struct ast_node;
  13 struct ast_expression;
  14 struct ast_value;
  15 struct ast_function;
  16 struct ast_block;
  17 struct ast_binary;
  18 struct ast_store;
  19 struct ast_binstore;
  20 struct ast_entfield;
  21 struct ast_ifthen;
  22 struct ast_ternary;
  23 struct ast_loop;
  24 struct ast_call;
  25 struct ast_unary;
  26 struct ast_return;
  27 struct ast_member;
  28 struct ast_array_index;
  29 struct ast_breakcont;
  30 struct ast_switch;
  31 struct ast_label;
  32 struct ast_goto;
  33 struct ast_argpipe;
  34 struct ast_state;
  35
  36 enum {
  37     AST_FLAG_VARIADIC       = 1 << 0,
  38     AST_FLAG_NORETURN       = 1 << 1,
  39     AST_FLAG_INLINE         = 1 << 2,
  40     AST_FLAG_INITIALIZED    = 1 << 3,
  41     AST_FLAG_DEPRECATED     = 1 << 4,
  42     AST_FLAG_INCLUDE_DEF    = 1 << 5,
  43     AST_FLAG_IS_VARARG      = 1 << 6,
  44     AST_FLAG_ALIAS          = 1 << 7,
  45     AST_FLAG_ERASEABLE      = 1 << 8,
  46     AST_FLAG_ACCUMULATE     = 1 << 9,
  47
  48     /* An array declared as []
  49      * so that the size is taken from the initializer
  50      */
  51     AST_FLAG_ARRAY_INIT     = 1 << 10,
  52
  53     AST_FLAG_FINAL_DECL     = 1 << 11,
  54
  55     /* Several coverage options
  56      * AST_FLAG_COVERAGE means there was an explicit [[coverage]] attribute,
  57      * which will overwrite the default set via the commandline switches.
  58      * BLOCK_COVERAGE inserts coverage() calls into every basic block.
  59      * In the future there might be more options like tracking variable access
  60      * by creating get/set wrapper functions.
  61      */
  62     AST_FLAG_COVERAGE       = 1 << 12,
  63     AST_FLAG_BLOCK_COVERAGE = 1 << 13,
  64
  65     AST_FLAG_LAST,
  66     AST_FLAG_TYPE_MASK      = (AST_FLAG_VARIADIC | AST_FLAG_NORETURN),
  67     AST_FLAG_COVERAGE_MASK  = (AST_FLAG_BLOCK_COVERAGE)
  68 };
  69
  70 enum {
  71     TYPE_ast_node,        /*  0 */
  72     TYPE_ast_expression,  /*  1 */
  73     TYPE_ast_value,       /*  2 */
  74     TYPE_ast_function,    /*  3 */
  75     TYPE_ast_block,       /*  4 */
  76     TYPE_ast_binary,      /*  5 */
  77     TYPE_ast_store,       /*  6 */
  78     TYPE_ast_binstore,    /*  7 */
  79     TYPE_ast_entfield,    /*  8 */
  80     TYPE_ast_ifthen,      /*  9 */
  81     TYPE_ast_ternary,     /* 10 */
  82     TYPE_ast_loop,        /* 11 */
  83     TYPE_ast_call,        /* 12 */
  84     TYPE_ast_unary,       /* 13 */
  85     TYPE_ast_return,      /* 14 */
  86     TYPE_ast_member,      /* 15 */
  87     TYPE_ast_array_index, /* 16 */
  88     TYPE_ast_breakcont,   /* 17 */
  89     TYPE_ast_switch,      /* 18 */
  90     TYPE_ast_label,       /* 19 */
  91     TYPE_ast_goto,        /* 20 */
  92     TYPE_ast_argpipe,     /* 21 */
  93     TYPE_ast_state        /* 22 */
  94 };
  95
  96 #define ast_istype(x, t) ( ((ast_node*)x)->node_type == (TYPE_##t) )
  97 #define ast_ctx(node) (((ast_node*)(node))->context)
  98 #define ast_side_effects(node) (((ast_node*)(node))->side_effects)
  99
 100 /* Node interface with common components
 101  */
 102 typedef void ast_node_delete(ast_node*);
 103
 104 struct ast_node
 105 {
 106     lex_ctx_t context;
 107     /* I don't feel comfortable using keywords like 'delete' as names... */
 108     ast_node_delete *destroy;
 109     int              node_type;
 110     /* keep_node: if a node contains this node, 'keep_node'
 111      * prevents its dtor from destroying this node as well.
 112      */
 113     bool             keep_node;
 114     bool             side_effects;
 115 };
 116
 117 #define ast_delete(x) (*( ((ast_node*)(x))->destroy ))((ast_node*)(x))
 118 #define ast_unref(x) do                     \
 119 {                                           \
 120     if (! (((ast_node*)(x))->keep_node) ) { \
 121         ast_delete(x);                      \
 122     }                                       \
 123 } while(0)
 124
 125 /* Expression interface
 126  *
 127  * Any expression or block returns an ir_value, and needs
 128  * to know the current function.
 129  */
 130 typedef bool ast_expression_codegen(ast_expression*,
 131                                     ast_function*,
 132                                     bool lvalue,
 133                                     ir_value**);
 134 /* TODO: the codegen function should take an output-type parameter
 135  * indicating whether a variable, type, label etc. is expected, and
 136  * an environment!
 137  * Then later an ast_ident could have a codegen using this to figure
 138  * out what to look for.
 139  * eg. in code which uses a not-yet defined variable, the expression
 140  * would take an ast_ident, and the codegen would be called with
 141  * type `expression`, so the ast_ident's codegen would search for
 142  * variables through the environment (or functions, constants...).
 143  */
 144 struct ast_expression : ast_node {
 145     ast_expression() {}
 146
 147     ast_expression_codegen *codegen;
 148     int                     vtype;
 149     ast_expression         *next;
 150     /* arrays get a member-count */
 151     size_t                  count;
 152     std::vector<ast_value*> type_params;
 153
 154     ast_flag_t              flags;
 155     /* void foo(string...) gets varparam set as a restriction
 156      * for variadic parameters
 157      */
 158     ast_expression         *varparam;
 159     /* The codegen functions should store their output values
 160      * so we can call it multiple times without re-evaluating.
 161      * Store lvalue and rvalue seperately though. So that
 162      * ast_entfield for example can generate both if required.
 163      */
 164     ir_value               *outl;
 165     ir_value               *outr;
 166 };
 167
 168 /* Value
 169  *
 170  * Types are also values, both have a type and a name.
 171  * especially considering possible constructs like typedefs.
 172  * typedef float foo;
 173  * is like creating a 'float foo', foo serving as the type's name.
 174  */
 175 union basic_value_t {
 176     qcfloat_t vfloat;
 177     int vint;
 178     vec3_t vvec;
 179     const char *vstring;
 180     int ventity;
 181     ast_function *vfunc;
 182     ast_value *vfield;
 183 };
 184
 185 struct ast_value
 186 {
 187     ast_expression expression;
 188
 189     const char *name;
 190     const char *desc;
 191
 192     const char *argcounter;
 193
 194     int cvq;     /* const/var qualifier */
 195     bool isfield; /* this declares a field */
 196     bool isimm;   /* an immediate, not just const */
 197     bool hasvalue;
 198     bool inexact; /* inexact coming from folded expression */
 199     basic_value_t constval;
 200     /* for TYPE_ARRAY we have an optional vector
 201      * of constants when an initializer list
 202      * was provided.
 203      */
 204     std::vector<basic_value_t> initlist;
 205
 206     /* usecount for the parser */
 207     size_t uses;
 208
 209     ir_value *ir_v;
 210     ir_value **ir_values;
 211     size_t ir_value_count;
 212
 213     /* ONLY for arrays in progs version up to 6 */
 214     ast_value *setter;
 215     ast_value *getter;
 216
 217
 218     bool intrinsic; /* true if associated with intrinsic */
 219 };
 220
 221 ast_value* ast_value_new(lex_ctx_t ctx, const char *name, int qctype);
 222 ast_value* ast_value_copy(const ast_value *self);
 223 /* This will NOT delete an underlying ast_function */
 224 void ast_value_delete(ast_value*);
 225
 226 bool ast_value_set_name(ast_value*, const char *name);
 227
 228 /*
 229 bool ast_value_codegen(ast_value*, ast_function*, bool lvalue, ir_value**);
 230 bool ast_local_codegen(ast_value *self, ir_function *func, bool isparam);
 231 */
 232
 233 bool ast_global_codegen(ast_value *self, ir_builder *ir, bool isfield);
 234
 235 void ast_value_params_add(ast_value*, ast_value*);
 236
 237 bool ast_compare_type(ast_expression *a, ast_expression *b);
 238 ast_expression* ast_type_copy(lex_ctx_t ctx, const ast_expression *ex);
 239 #define ast_type_adopt(a, b) ast_type_adopt_impl((ast_expression*)(a), (ast_expression*)(b))
 240 void ast_type_adopt_impl(ast_expression *self, const ast_expression *other);
 241 void ast_type_to_string(ast_expression *e, char *buf, size_t bufsize);
 242
 243 enum ast_binary_ref {
 244     AST_REF_NONE  = 0,
 245     AST_REF_LEFT  = 1 << 1,
 246     AST_REF_RIGHT = 1 << 2,
 247     AST_REF_ALL   = (AST_REF_LEFT | AST_REF_RIGHT)
 248 };
 249
 250
 251 /* Binary
 252  *
 253  * A value-returning binary expression.
 254  */
 255 struct ast_binary
 256 {
 257     ast_expression expression;
 258     int op;
 259     ast_expression *left;
 260     ast_expression *right;
 261     ast_binary_ref refs;
 262     bool right_first;
 263 };
 264 ast_binary* ast_binary_new(lex_ctx_t    ctx,
 265                            int        op,
 266                            ast_expression *left,
 267                            ast_expression *right);
 268
 269 /* Binstore
 270  *
 271  * An assignment including a binary expression with the source as left operand.
 272  * Eg. a += b; is a binstore { INSTR_STORE, INSTR_ADD, a, b }
 273  */
 274 struct ast_binstore
 275 {
 276     ast_expression expression;
 277     int opstore;
 278     int opbin;
 279     ast_expression *dest;
 280     ast_expression *source;
 281     /* for &~= which uses the destination in a binary in source we can use this */
 282     bool keep_dest;
 283 };
 284 ast_binstore* ast_binstore_new(lex_ctx_t    ctx,
 285                                int        storeop,
 286                                int        op,
 287                                ast_expression *left,
 288                                ast_expression *right);
 289
 290 /* Unary
 291  *
 292  * Regular unary expressions: not,neg
 293  */
 294 struct ast_unary
 295 {
 296     ast_expression expression;
 297     int op;
 298     ast_expression *operand;
 299 };
 300 ast_unary* ast_unary_new(lex_ctx_t ctx,
 301                          int op,
 302                          ast_expression *expr);
 303
 304 /* Return
 305  *
 306  * Make sure 'return' only happens at the end of a block, otherwise the IR
 307  * will refuse to create further instructions.
 308  * This should be honored by the parser.
 309  */
 310 struct ast_return
 311 {
 312     ast_expression expression;
 313     ast_expression *operand;
 314 };
 315 ast_return* ast_return_new(lex_ctx_t ctx,
 316                            ast_expression *expr);
 317
 318 /* Entity-field
 319  *
 320  * This must do 2 things:
 321  * -) Provide a way to fetch an entity field value. (Rvalue)
 322  * -) Provide a pointer to an entity field. (Lvalue)
 323  * The problem:
 324  * In original QC, there's only a STORE via pointer, but
 325  * no LOAD via pointer.
 326  * So we must know beforehand if we are going to read or assign
 327  * the field.
 328  * For this we will have to extend the codegen() functions with
 329  * a flag saying whether or not we need an L or an R-value.
 330  */
 331 struct ast_entfield
 332 {
 333     ast_expression expression;
 334     /* The entity can come from an expression of course. */
 335     ast_expression *entity;
 336     /* As can the field, it just must result in a value of TYPE_FIELD */
 337     ast_expression *field;
 338 };
 339 ast_entfield* ast_entfield_new(lex_ctx_t ctx, ast_expression *entity, ast_expression *field);
 340 ast_entfield* ast_entfield_new_force(lex_ctx_t ctx, ast_expression *entity, ast_expression *field, const ast_expression *outtype);
 341
 342 /* Member access:
 343  *
 344  * For now used for vectors. If we get structs or unions
 345  * we can have them handled here as well.
 346  */
 347 struct ast_member
 348 {
 349     ast_expression expression;
 350     ast_expression *owner;
 351     unsigned int field;
 352     const char *name;
 353     bool rvalue;
 354 };
 355 ast_member* ast_member_new(lex_ctx_t ctx, ast_expression *owner, unsigned int field, const char *name);
 356 void ast_member_delete(ast_member*);
 357 bool ast_member_set_name(ast_member*, const char *name);
 358
 359
 360 /* Array index access:
 361  *
 362  * QC forces us to take special action on arrays:
 363  * an ast_store on an ast_array_index must not codegen the index,
 364  * but call its setter - unless we have an instruction set which supports
 365  * what we need.
 366  * Any other array index access will be codegened to a call to the getter.
 367  * In any case, accessing an element via a compiletime-constant index will
 368  * result in quick access to that variable.
 369  */
 370 struct ast_array_index
 371 {
 372     ast_expression expression;
 373     ast_expression *array;
 374     ast_expression *index;
 375 };
 376 ast_array_index* ast_array_index_new(lex_ctx_t ctx, ast_expression *array, ast_expression *index);
 377
 378 /* Vararg pipe node:
 379  *
 380  * copy all varargs starting from a specific index
 381  */
 382 struct ast_argpipe
 383 {
 384     ast_expression expression;
 385     ast_expression *index;
 386 };
 387 ast_argpipe* ast_argpipe_new(lex_ctx_t ctx, ast_expression *index);
 388
 389 /* Store
 390  *
 391  * Stores left<-right and returns left.
 392  * Specialized binary expression node
 393  */
 394 struct ast_store
 395 {
 396     ast_expression expression;
 397     int op;
 398     ast_expression *dest;
 399     ast_expression *source;
 400 };
 401 ast_store* ast_store_new(lex_ctx_t ctx, int op,
 402                          ast_expression *d, ast_expression *s);
 403
 404 /* If
 405  *
 406  * A general 'if then else' statement, either side can be nullptr and will
 407  * thus be omitted. It is an error for *both* cases to be nullptr at once.
 408  *
 409  * During its 'codegen' it'll be changing the ast_function's block.
 410  *
 411  * An if is also an "expression". Its codegen will put nullptr into the
 412  * output field though. For ternary expressions an ast_ternary will be
 413  * added.
 414  */
 415 struct ast_ifthen
 416 {
 417     ast_expression expression;
 418     ast_expression *cond;
 419     /* It's all just 'expressions', since an ast_block is one too. */
 420     ast_expression *on_true;
 421     ast_expression *on_false;
 422 };
 423 ast_ifthen* ast_ifthen_new(lex_ctx_t ctx, ast_expression *cond, ast_expression *ontrue, ast_expression *onfalse);
 424
 425 /* Ternary expressions...
 426  *
 427  * Contrary to 'if-then-else' nodes, ternary expressions actually
 428  * return a value, otherwise they behave the very same way.
 429  * The difference in 'codegen' is that it'll return the value of
 430  * a PHI node.
 431  *
 432  * The other difference is that in an ast_ternary, NEITHER side
 433  * must be nullptr, there's ALWAYS an else branch.
 434  *
 435  * This is the only ast_node beside ast_value which contains
 436  * an ir_value. Theoretically we don't need to remember it though.
 437  */
 438 struct ast_ternary
 439 {
 440     ast_expression expression;
 441     ast_expression *cond;
 442     /* It's all just 'expressions', since an ast_block is one too. */
 443     ast_expression *on_true;
 444     ast_expression *on_false;
 445 };
 446 ast_ternary* ast_ternary_new(lex_ctx_t ctx, ast_expression *cond, ast_expression *ontrue, ast_expression *onfalse);
 447
 448 /* A general loop node
 449  *
 450  * For convenience it contains 4 parts:
 451  * -) (ini) = initializing expression
 452  * -) (pre) = pre-loop condition
 453  * -) (pst) = post-loop condition
 454  * -) (inc) = "increment" expression
 455  * The following is a psudo-representation of this loop
 456  * note that '=>' bears the logical meaning of "implies".
 457  * (a => b) equals (!a || b)
 458
 459 {ini};
 460 while (has_pre => {pre})
 461 {
 462     {body};
 463
 464 continue:      // a 'continue' will jump here
 465     if (has_pst => {pst})
 466         break;
 467
 468     {inc};
 469 }
 470  */
 471 struct ast_loop
 472 {
 473     ast_expression expression;
 474     ast_expression *initexpr;
 475     ast_expression *precond;
 476     ast_expression *postcond;
 477     ast_expression *increment;
 478     ast_expression *body;
 479     /* For now we allow a seperate flag on whether or not the condition
 480      * is supposed to be true or false.
 481      * That way, the parser can generate a 'while not(!x)' for `while(x)`
 482      * if desired, which is useful for the new -f{true,false}-empty-strings
 483      * flag.
 484      */
 485     bool pre_not;
 486     bool post_not;
 487 };
 488 ast_loop* ast_loop_new(lex_ctx_t ctx,
 489                        ast_expression *initexpr,
 490                        ast_expression *precond, bool pre_not,
 491                        ast_expression *postcond, bool post_not,
 492                        ast_expression *increment,
 493                        ast_expression *body);
 494
 495 /* Break/Continue
 496  */
 497 struct ast_breakcont
 498 {
 499     ast_expression expression;
 500     bool is_continue;
 501     unsigned int levels;
 502 };
 503 ast_breakcont* ast_breakcont_new(lex_ctx_t ctx, bool iscont, unsigned int levels);
 504
 505 /* Switch Statements
 506  *
 507  * A few notes about this: with the original QCVM, no real optimization
 508  * is possible. The SWITCH instruction set isn't really helping a lot, since
 509  * it only collapes the EQ and IF instructions into one.
 510  * Note: Declaring local variables inside caseblocks is normal.
 511  * Since we don't have to deal with a stack there's no unnatural behaviour to
 512  * be expected from it.
 513  * TODO: Ticket #20
 514  */
 515 struct ast_switch_case {
 516     ast_expression *value; /* #20 will replace this */
 517     ast_expression *code;
 518 };
 519
 520 struct ast_switch
 521 {
 522     ast_expression expression;
 523     ast_expression *operand;
 524     std::vector<ast_switch_case> cases;
 525 };
 526
 527 ast_switch* ast_switch_new(lex_ctx_t ctx, ast_expression *op);
 528
 529 /* Label nodes
 530  *
 531  * Introduce a label which can be used together with 'goto'
 532  */
 533 struct ast_label
 534 {
 535     ast_expression expression;
 536     const char *name;
 537     ir_block *irblock;
 538     std::vector<ast_goto*> gotos;
 539
 540     /* means it has not yet been defined */
 541     bool undefined;
 542 };
 543
 544 ast_label* ast_label_new(lex_ctx_t ctx, const char *name, bool undefined);
 545
 546 /* GOTO nodes
 547  *
 548  * Go to a label, the label node is filled in at a later point!
 549  */
 550 struct ast_goto
 551 {
 552     ast_expression expression;
 553     const char *name;
 554     ast_label *target;
 555     ir_block *irblock_from;
 556 };
 557
 558 ast_goto* ast_goto_new(lex_ctx_t ctx, const char *name);
 559 void ast_goto_set_label(ast_goto*, ast_label*);
 560
 561 /* STATE node
 562  *
 563  * For frame/think state updates: void foo() [framenum, nextthink] {}
 564  */
 565 struct ast_state
 566 {
 567     ast_expression expression;
 568     ast_expression *framenum;
 569     ast_expression *nextthink;
 570 };
 571 ast_state* ast_state_new(lex_ctx_t ctx, ast_expression *frame, ast_expression *think);
 572 void ast_state_delete(ast_state*);
 573
 574 /* CALL node
 575  *
 576  * Contains an ast_expression as target, rather than an ast_function/value.
 577  * Since it's how QC works, every ast_function has an ast_value
 578  * associated anyway - in other words, the VM contains function
 579  * pointers for every function anyway. Thus, this node will call
 580  * expression.
 581  * Additionally it contains a list of ast_expressions as parameters.
 582  * Since calls can return values, an ast_call is also an ast_expression.
 583  */
 584 struct ast_call
 585 {
 586     ast_expression expression;
 587     ast_expression *func;
 588     std::vector<ast_expression *> params;
 589     ast_expression *va_count;
 590 };
 591 ast_call* ast_call_new(lex_ctx_t ctx,
 592                        ast_expression *funcexpr);
 593 bool ast_call_check_types(ast_call*, ast_expression *this_func_va_type);
 594
 595 /* Blocks
 596  *
 597  */
 598 struct ast_block
 599 {
 600     ast_expression expression;
 601
 602     std::vector<ast_value*> locals;
 603     std::vector<ast_expression*> exprs;
 604     std::vector<ast_expression*> collect;
 605 };
 606 ast_block* ast_block_new(lex_ctx_t ctx);
 607 void ast_block_delete(ast_block*);
 608 void ast_block_set_type(ast_block*, ast_expression *from);
 609 void ast_block_collect(ast_block*, ast_expression*);
 610
 611 bool GMQCC_WARN ast_block_add_expr(ast_block*, ast_expression*);
 612
 613 /* Function
 614  *
 615  * Contains a list of blocks... at least in theory.
 616  * Usually there's just the main block, other blocks are inside that.
 617  *
 618  * Technically, functions don't need to be an AST node, since we have
 619  * neither functions inside functions, nor lambdas, and function
 620  * pointers could just work with a name. However, this way could be
 621  * more flexible, and adds no real complexity.
 622  */
 623 struct ast_function
 624 {
 625     ast_node node;
 626
 627     ast_value  *function_type;
 628     const char *name;
 629
 630     int builtin;
 631
 632     /* list of used-up names for statics without the count suffix */
 633     std::vector<char*> static_names;
 634     /* number of static variables, by convention this includes the
 635      * ones without the count-suffix - remember this when dealing
 636      * with savegames. uint instead of size_t as %zu in printf is
 637      * C99, so no windows support. */
 638     unsigned int static_count;
 639
 640     ir_function *ir_func;
 641     ir_block *curblock;
 642     std::vector<ir_block*> breakblocks;
 643     std::vector<ir_block*> continueblocks;
 644
 645     size_t labelcount;
 646     /* in order for thread safety - for the optional
 647      * channel abesed multithreading... keeping a buffer
 648      * here to use in ast_function_label.
 649      */
 650     char labelbuf[64];
 651     std::vector<ast_block*> blocks;
 652     ast_value *varargs;
 653     ast_value *argc;
 654     ast_value *fixedparams;
 655     ast_value *return_value;
 656 };
 657 ast_function* ast_function_new(lex_ctx_t ctx, const char *name, ast_value *vtype);
 658 /* This will NOT delete the underlying ast_value */
 659 void ast_function_delete(ast_function*);
 660 /* For "optimized" builds this can just keep returning "foo"...
 661  * or whatever...
 662  */
 663 const char* ast_function_label(ast_function*, const char *prefix);
 664
 665 bool ast_function_codegen(ast_function *self, ir_builder *builder);
 666 bool ast_generate_accessors(ast_value *asvalue, ir_builder *ir);
 667
 668 /*
 669  * If the condition creates a situation where this becomes -1 size it means there are
 670  * more AST_FLAGs than the type ast_flag_t is capable of holding. So either eliminate
 671  * the AST flag count or change the ast_flag_t typedef to a type large enough to accomodate
 672  * all the flags.
 673  */
 674 typedef int static_assert_is_ast_flag_safe [((AST_FLAG_LAST) <= (ast_flag_t)(-1)) ? 1 : -1];
 675 #endif