Don't allow code like: v * '0 1 0' = 3; to actually work...
[xonotic/gmqcc.git] / ast.h
1 /*
2  * Copyright (C) 2012
3  *     Wolfgang Bumiller
4  *
5  * Permission is hereby granted, free of charge, to any person obtaining a copy of
6  * this software and associated documentation files (the "Software"), to deal in
7  * the Software without restriction, including without limitation the rights to
8  * use, copy, modify, merge, publish, distribute, sublicense, and/or sell copies
9  * of the Software, and to permit persons to whom the Software is furnished to do
10  * so, subject to the following conditions:
11  *
12  * The above copyright notice and this permission notice shall be included in all
13  * copies or substantial portions of the Software.
14  *
15  * THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EXPRESS OR
16  * IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES OF MERCHANTABILITY,
17  * FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND NONINFRINGEMENT. IN NO EVENT SHALL THE
18  * AUTHORS OR COPYRIGHT HOLDERS BE LIABLE FOR ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER
19  * LIABILITY, WHETHER IN AN ACTION OF CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, ARISING FROM,
20  * OUT OF OR IN CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR OTHER DEALINGS IN THE
21  * SOFTWARE.
22  */
23 #ifndef GMQCC_AST_HDR
24 #define GMQCC_AST_HDR
25 #include "ir.h"
26
27 /* Note: I will not be using a _t suffix for the
28  * "main" ast node types for now.
29  */
30
31 typedef union ast_node_u ast_node;
32 typedef union ast_expression_u ast_expression;
33
34 typedef struct ast_value_s       ast_value;
35 typedef struct ast_function_s    ast_function;
36 typedef struct ast_block_s       ast_block;
37 typedef struct ast_binary_s      ast_binary;
38 typedef struct ast_store_s       ast_store;
39 typedef struct ast_binstore_s    ast_binstore;
40 typedef struct ast_entfield_s    ast_entfield;
41 typedef struct ast_ifthen_s      ast_ifthen;
42 typedef struct ast_ternary_s     ast_ternary;
43 typedef struct ast_loop_s        ast_loop;
44 typedef struct ast_call_s        ast_call;
45 typedef struct ast_unary_s       ast_unary;
46 typedef struct ast_return_s      ast_return;
47 typedef struct ast_member_s      ast_member;
48 typedef struct ast_array_index_s ast_array_index;
49 typedef struct ast_breakcont_s   ast_breakcont;
50 typedef struct ast_switch_s      ast_switch;
51 typedef struct ast_label_s       ast_label;
52 typedef struct ast_goto_s        ast_goto;
53
54 enum {
55     TYPE_ast_node,        /*  0 */
56     TYPE_ast_expression,  /*  1 */
57     TYPE_ast_value,       /*  2 */
58     TYPE_ast_function,    /*  3 */
59     TYPE_ast_block,       /*  4 */
60     TYPE_ast_binary,      /*  5 */
61     TYPE_ast_store,       /*  6 */
62     TYPE_ast_binstore,    /*  7 */
63     TYPE_ast_entfield,    /*  8 */
64     TYPE_ast_ifthen,      /*  9 */
65     TYPE_ast_ternary,     /* 10 */
66     TYPE_ast_loop,        /* 11 */
67     TYPE_ast_call,        /* 12 */
68     TYPE_ast_unary,       /* 13 */
69     TYPE_ast_return,      /* 14 */
70     TYPE_ast_member,      /* 15 */
71     TYPE_ast_array_index, /* 16 */
72     TYPE_ast_breakcont,   /* 17 */
73     TYPE_ast_switch,      /* 18 */
74     TYPE_ast_label,       /* 19 */
75     TYPE_ast_goto         /* 20 */
76 };
77
78 #define ast_istype(x, t) ( ((ast_node_common*)x)->nodetype == (TYPE_##t) )
79 #define ast_ctx(node) (((ast_node_common*)(node))->context)
80 #define ast_side_effects(node) (((ast_node_common*)(node))->side_effects)
81
82 /* Node interface with common components
83  */
84 typedef void ast_node_delete(ast_node*);
85 typedef struct
86 {
87     lex_ctx          context;
88     /* I don't feel comfortable using keywords like 'delete' as names... */
89     ast_node_delete *destroy;
90     int              nodetype;
91     /* keep: if a node contains this node, 'keep'
92      * prevents its dtor from destroying this node as well.
93      */
94     bool             keep;
95     bool             side_effects;
96 } ast_node_common;
97
98 #define ast_delete(x) (*( ((ast_node*)(x))->node.destroy ))((ast_node*)(x))
99 #define ast_unref(x) do                     \
100 {                                           \
101     if (! (((ast_node*)(x))->node.keep) ) { \
102         ast_delete(x);                      \
103     }                                       \
104 } while(0)
105
106 /* Expression interface
107  *
108  * Any expression or block returns an ir_value, and needs
109  * to know the current function.
110  */
111 typedef bool ast_expression_codegen(ast_expression*,
112                                     ast_function*,
113                                     bool lvalue,
114                                     ir_value**);
115 /* TODO: the codegen function should take an output-type parameter
116  * indicating whether a variable, type, label etc. is expected, and
117  * an environment!
118  * Then later an ast_ident could have a codegen using this to figure
119  * out what to look for.
120  * eg. in code which uses a not-yet defined variable, the expression
121  * would take an ast_ident, and the codegen would be called with
122  * type `expression`, so the ast_ident's codegen would search for
123  * variables through the environment (or functions, constants...).
124  */
125 typedef struct
126 {
127     ast_node_common         node;
128     ast_expression_codegen *codegen;
129     int                     vtype;
130     ast_expression         *next;
131     /* arrays get a member-count */
132     size_t                  count;
133     ast_value*             *params;
134     uint32_t                flags;
135     /* The codegen functions should store their output values
136      * so we can call it multiple times without re-evaluating.
137      * Store lvalue and rvalue seperately though. So that
138      * ast_entfield for example can generate both if required.
139      */
140     ir_value               *outl;
141     ir_value               *outr;
142 } ast_expression_common;
143 #define AST_FLAG_VARIADIC     (1<<0)
144 #define AST_FLAG_NORETURN     (1<<1)
145 #define AST_FLAG_INLINE       (1<<2)
146
147 /* Value
148  *
149  * Types are also values, both have a type and a name.
150  * especially considering possible constructs like typedefs.
151  * typedef float foo;
152  * is like creating a 'float foo', foo serving as the type's name.
153  */
154 struct ast_value_s
155 {
156     ast_expression_common expression;
157
158     const char *name;
159
160     /*
161     int         vtype;
162     ast_value  *next;
163     */
164
165     int  cvq;     /* const/var qualifier */
166     bool isfield; /* this declares a field */
167     bool hasvalue;
168     union {
169         double        vfloat;
170         int           vint;
171         vector        vvec;
172         const char   *vstring;
173         int           ventity;
174         ast_function *vfunc;
175         ast_value    *vfield;
176     } constval;
177
178     /* usecount for the parser */
179     size_t uses;
180
181     ir_value *ir_v;
182     ir_value **ir_values;
183     size_t   ir_value_count;
184
185     /* ONLY for arrays in progs version up to 6 */
186     ast_value *setter;
187     ast_value *getter;
188 };
189
190 ast_value* ast_value_new(lex_ctx ctx, const char *name, int qctype);
191 ast_value* ast_value_copy(const ast_value *self);
192 /* This will NOT delete an underlying ast_function */
193 void ast_value_delete(ast_value*);
194
195 bool ast_value_set_name(ast_value*, const char *name);
196
197 bool ast_value_codegen(ast_value*, ast_function*, bool lvalue, ir_value**);
198 bool ast_local_codegen(ast_value *self, ir_function *func, bool isparam);
199 bool ast_global_codegen(ast_value *self, ir_builder *ir, bool isfield);
200
201 void ast_value_params_add(ast_value*, ast_value*);
202
203 bool ast_compare_type(ast_expression *a, ast_expression *b);
204 ast_expression* ast_type_copy(lex_ctx ctx, const ast_expression *ex);
205 #define ast_type_adopt(a, b) ast_type_adopt_impl((ast_expression*)(a), (ast_expression*)(b))
206 bool ast_type_adopt_impl(ast_expression *self, const ast_expression *other);
207 void ast_type_to_string(ast_expression *e, char *buf, size_t bufsize);
208
209 /* Binary
210  *
211  * A value-returning binary expression.
212  */
213 struct ast_binary_s
214 {
215     ast_expression_common expression;
216
217     int             op;
218     ast_expression *left;
219     ast_expression *right;
220 };
221 ast_binary* ast_binary_new(lex_ctx    ctx,
222                            int        op,
223                            ast_expression *left,
224                            ast_expression *right);
225 void ast_binary_delete(ast_binary*);
226
227 bool ast_binary_codegen(ast_binary*, ast_function*, bool lvalue, ir_value**);
228
229 /* Binstore
230  *
231  * An assignment including a binary expression with the source as left operand.
232  * Eg. a += b; is a binstore { INSTR_STORE, INSTR_ADD, a, b }
233  */
234 struct ast_binstore_s
235 {
236     ast_expression_common expression;
237
238     int             opstore;
239     int             opbin;
240     ast_expression *dest;
241     ast_expression *source;
242     /* for &~= which uses the destination in a binary in source we can use this */
243     bool            keep_dest;
244 };
245 ast_binstore* ast_binstore_new(lex_ctx    ctx,
246                                int        storeop,
247                                int        op,
248                                ast_expression *left,
249                                ast_expression *right);
250 void ast_binstore_delete(ast_binstore*);
251
252 bool ast_binstore_codegen(ast_binstore*, ast_function*, bool lvalue, ir_value**);
253
254 /* Unary
255  *
256  * Regular unary expressions: not,neg
257  */
258 struct ast_unary_s
259 {
260     ast_expression_common expression;
261
262     int             op;
263     ast_expression *operand;
264 };
265 ast_unary* ast_unary_new(lex_ctx    ctx,
266                          int        op,
267                          ast_expression *expr);
268 void ast_unary_delete(ast_unary*);
269
270 bool ast_unary_codegen(ast_unary*, ast_function*, bool lvalue, ir_value**);
271
272 /* Return
273  *
274  * Make sure 'return' only happens at the end of a block, otherwise the IR
275  * will refuse to create further instructions.
276  * This should be honored by the parser.
277  */
278 struct ast_return_s
279 {
280     ast_expression_common expression;
281     ast_expression *operand;
282 };
283 ast_return* ast_return_new(lex_ctx    ctx,
284                            ast_expression *expr);
285 void ast_return_delete(ast_return*);
286
287 bool ast_return_codegen(ast_return*, ast_function*, bool lvalue, ir_value**);
288
289 /* Entity-field
290  *
291  * This must do 2 things:
292  * -) Provide a way to fetch an entity field value. (Rvalue)
293  * -) Provide a pointer to an entity field. (Lvalue)
294  * The problem:
295  * In original QC, there's only a STORE via pointer, but
296  * no LOAD via pointer.
297  * So we must know beforehand if we are going to read or assign
298  * the field.
299  * For this we will have to extend the codegen() functions with
300  * a flag saying whether or not we need an L or an R-value.
301  */
302 struct ast_entfield_s
303 {
304     ast_expression_common expression;
305     /* The entity can come from an expression of course. */
306     ast_expression *entity;
307     /* As can the field, it just must result in a value of TYPE_FIELD */
308     ast_expression *field;
309 };
310 ast_entfield* ast_entfield_new(lex_ctx ctx, ast_expression *entity, ast_expression *field);
311 ast_entfield* ast_entfield_new_force(lex_ctx ctx, ast_expression *entity, ast_expression *field, const ast_expression *outtype);
312 void ast_entfield_delete(ast_entfield*);
313
314 bool ast_entfield_codegen(ast_entfield*, ast_function*, bool lvalue, ir_value**);
315
316 /* Member access:
317  *
318  * For now used for vectors. If we get structs or unions
319  * we can have them handled here as well.
320  */
321 struct ast_member_s
322 {
323     ast_expression_common expression;
324     ast_expression *owner;
325     unsigned int    field;
326     const char     *name;
327     bool            rvalue;
328 };
329 ast_member* ast_member_new(lex_ctx ctx, ast_expression *owner, unsigned int field, const char *name);
330 void ast_member_delete(ast_member*);
331 bool ast_member_set_name(ast_member*, const char *name);
332
333 bool ast_member_codegen(ast_member*, ast_function*, bool lvalue, ir_value**);
334
335 /* Array index access:
336  *
337  * QC forces us to take special action on arrays:
338  * an ast_store on an ast_array_index must not codegen the index,
339  * but call its setter - unless we have an instruction set which supports
340  * what we need.
341  * Any other array index access will be codegened to a call to the getter.
342  * In any case, accessing an element via a compiletime-constant index will
343  * result in quick access to that variable.
344  */
345 struct ast_array_index_s
346 {
347     ast_expression_common expression;
348     ast_expression *array;
349     ast_expression *index;
350 };
351 ast_array_index* ast_array_index_new(lex_ctx ctx, ast_expression *array, ast_expression *index);
352 void ast_array_index_delete(ast_array_index*);
353
354 bool ast_array_index_codegen(ast_array_index*, ast_function*, bool lvalue, ir_value**);
355
356 /* Store
357  *
358  * Stores left<-right and returns left.
359  * Specialized binary expression node
360  */
361 struct ast_store_s
362 {
363     ast_expression_common expression;
364     int             op;
365     ast_expression *dest;
366     ast_expression *source;
367 };
368 ast_store* ast_store_new(lex_ctx ctx, int op,
369                          ast_expression *d, ast_expression *s);
370 void ast_store_delete(ast_store*);
371
372 bool ast_store_codegen(ast_store*, ast_function*, bool lvalue, ir_value**);
373
374 /* If
375  *
376  * A general 'if then else' statement, either side can be NULL and will
377  * thus be omitted. It is an error for *both* cases to be NULL at once.
378  *
379  * During its 'codegen' it'll be changing the ast_function's block.
380  *
381  * An if is also an "expression". Its codegen will put NULL into the
382  * output field though. For ternary expressions an ast_ternary will be
383  * added.
384  */
385 struct ast_ifthen_s
386 {
387     ast_expression_common expression;
388     ast_expression *cond;
389     /* It's all just 'expressions', since an ast_block is one too. */
390     ast_expression *on_true;
391     ast_expression *on_false;
392 };
393 ast_ifthen* ast_ifthen_new(lex_ctx ctx, ast_expression *cond, ast_expression *ontrue, ast_expression *onfalse);
394 void ast_ifthen_delete(ast_ifthen*);
395
396 bool ast_ifthen_codegen(ast_ifthen*, ast_function*, bool lvalue, ir_value**);
397
398 /* Ternary expressions...
399  *
400  * Contrary to 'if-then-else' nodes, ternary expressions actually
401  * return a value, otherwise they behave the very same way.
402  * The difference in 'codegen' is that it'll return the value of
403  * a PHI node.
404  *
405  * The other difference is that in an ast_ternary, NEITHER side
406  * must be NULL, there's ALWAYS an else branch.
407  *
408  * This is the only ast_node beside ast_value which contains
409  * an ir_value. Theoretically we don't need to remember it though.
410  */
411 struct ast_ternary_s
412 {
413     ast_expression_common expression;
414     ast_expression *cond;
415     /* It's all just 'expressions', since an ast_block is one too. */
416     ast_expression *on_true;
417     ast_expression *on_false;
418 };
419 ast_ternary* ast_ternary_new(lex_ctx ctx, ast_expression *cond, ast_expression *ontrue, ast_expression *onfalse);
420 void ast_ternary_delete(ast_ternary*);
421
422 bool ast_ternary_codegen(ast_ternary*, ast_function*, bool lvalue, ir_value**);
423
424 /* A general loop node
425  *
426  * For convenience it contains 4 parts:
427  * -) (ini) = initializing expression
428  * -) (pre) = pre-loop condition
429  * -) (pst) = post-loop condition
430  * -) (inc) = "increment" expression
431  * The following is a psudo-representation of this loop
432  * note that '=>' bears the logical meaning of "implies".
433  * (a => b) equals (!a || b)
434
435 {ini};
436 while (has_pre => {pre})
437 {
438     {body};
439
440 continue:      // a 'continue' will jump here
441     if (has_pst => {pst})
442         break;
443
444     {inc};
445 }
446  */
447 struct ast_loop_s
448 {
449     ast_expression_common expression;
450     ast_expression *initexpr;
451     ast_expression *precond;
452     ast_expression *postcond;
453     ast_expression *increment;
454     ast_expression *body;
455     /* For now we allow a seperate flag on whether or not the condition
456      * is supposed to be true or false.
457      * That way, the parser can generate a 'while not(!x)' for `while(x)`
458      * if desired, which is useful for the new -f{true,false}-empty-strings
459      * flag.
460      */
461     bool pre_not;
462     bool post_not;
463 };
464 ast_loop* ast_loop_new(lex_ctx ctx,
465                        ast_expression *initexpr,
466                        ast_expression *precond, bool pre_not,
467                        ast_expression *postcond, bool post_not,
468                        ast_expression *increment,
469                        ast_expression *body);
470 void ast_loop_delete(ast_loop*);
471
472 bool ast_loop_codegen(ast_loop*, ast_function*, bool lvalue, ir_value**);
473
474 /* Break/Continue
475  */
476 struct ast_breakcont_s
477 {
478     ast_expression_common expression;
479     bool         is_continue;
480     unsigned int levels;
481 };
482 ast_breakcont* ast_breakcont_new(lex_ctx ctx, bool iscont, unsigned int levels);
483 void ast_breakcont_delete(ast_breakcont*);
484
485 bool ast_breakcont_codegen(ast_breakcont*, ast_function*, bool lvalue, ir_value**);
486
487 /* Switch Statements
488  *
489  * A few notes about this: with the original QCVM, no real optimization
490  * is possible. The SWITCH instruction set isn't really helping a lot, since
491  * it only collapes the EQ and IF instructions into one.
492  * Note: Declaring local variables inside caseblocks is normal.
493  * Since we don't have to deal with a stack there's no unnatural behaviour to
494  * be expected from it.
495  * TODO: Ticket #20
496  */
497 typedef struct {
498     ast_expression *value; /* #20 will replace this */
499     ast_expression *code;
500 } ast_switch_case;
501 struct ast_switch_s
502 {
503     ast_expression_common expression;
504
505     ast_expression  *operand;
506     ast_switch_case *cases;
507 };
508
509 ast_switch* ast_switch_new(lex_ctx ctx, ast_expression *op);
510 void ast_switch_delete(ast_switch*);
511
512 bool ast_switch_codegen(ast_switch*, ast_function*, bool lvalue, ir_value**);
513
514 /* Label nodes
515  *
516  * Introduce a label which can be used together with 'goto'
517  */
518 struct ast_label_s
519 {
520     ast_expression_common expression;
521     const char *name;
522     ir_block   *irblock;
523     ast_goto  **gotos;
524 };
525
526 ast_label* ast_label_new(lex_ctx ctx, const char *name);
527 void ast_label_delete(ast_label*);
528 void ast_label_register_goto(ast_label*, ast_goto*);
529
530 bool ast_label_codegen(ast_label*, ast_function*, bool lvalue, ir_value**);
531
532 /* GOTO nodes
533  *
534  * Go to a label, the label node is filled in at a later point!
535  */
536 struct ast_goto_s
537 {
538     ast_expression_common expression;
539     const char *name;
540     ast_label  *target;
541     ir_block   *irblock_from;
542 };
543
544 ast_goto* ast_goto_new(lex_ctx ctx, const char *name);
545 void ast_goto_delete(ast_goto*);
546 void ast_goto_set_label(ast_goto*, ast_label*);
547
548 bool ast_goto_codegen(ast_goto*, ast_function*, bool lvalue, ir_value**);
549
550 /* CALL node
551  *
552  * Contains an ast_expression as target, rather than an ast_function/value.
553  * Since it's how QC works, every ast_function has an ast_value
554  * associated anyway - in other words, the VM contains function
555  * pointers for every function anyway. Thus, this node will call
556  * expression.
557  * Additionally it contains a list of ast_expressions as parameters.
558  * Since calls can return values, an ast_call is also an ast_expression.
559  */
560 struct ast_call_s
561 {
562     ast_expression_common expression;
563     ast_expression *func;
564     ast_expression* *params;
565 };
566 ast_call* ast_call_new(lex_ctx ctx,
567                        ast_expression *funcexpr);
568 void ast_call_delete(ast_call*);
569 bool ast_call_codegen(ast_call*, ast_function*, bool lvalue, ir_value**);
570 bool ast_call_check_types(ast_call*);
571
572 /* Blocks
573  *
574  */
575 struct ast_block_s
576 {
577     ast_expression_common expression;
578
579     ast_value*      *locals;
580     ast_expression* *exprs;
581     ast_expression* *collect;
582 };
583 ast_block* ast_block_new(lex_ctx ctx);
584 void ast_block_delete(ast_block*);
585 bool ast_block_set_type(ast_block*, ast_expression *from);
586
587 bool ast_block_codegen(ast_block*, ast_function*, bool lvalue, ir_value**);
588 void ast_block_collect(ast_block*, ast_expression*);
589
590 bool GMQCC_WARN ast_block_add_expr(ast_block*, ast_expression*);
591
592 /* Function
593  *
594  * Contains a list of blocks... at least in theory.
595  * Usually there's just the main block, other blocks are inside that.
596  *
597  * Technically, functions don't need to be an AST node, since we have
598  * neither functions inside functions, nor lambdas, and function
599  * pointers could just work with a name. However, this way could be
600  * more flexible, and adds no real complexity.
601  */
602 struct ast_function_s
603 {
604     ast_node_common node;
605
606     ast_value  *vtype;
607     const char *name;
608
609     int builtin;
610
611     ir_function *ir_func;
612     ir_block    *curblock;
613     ir_block    **breakblocks;
614     ir_block    **continueblocks;
615
616 #if 0
617     /* In order for early-out logic not to go over
618      * excessive jumps, we remember their target
619      * blocks...
620      */
621     ir_block    *iftrue;
622     ir_block    *iffalse;
623 #endif
624
625     size_t       labelcount;
626     /* in order for thread safety - for the optional
627      * channel abesed multithreading... keeping a buffer
628      * here to use in ast_function_label.
629      */
630     char         labelbuf[64];
631
632     ast_block* *blocks;
633 };
634 ast_function* ast_function_new(lex_ctx ctx, const char *name, ast_value *vtype);
635 /* This will NOT delete the underlying ast_value */
636 void ast_function_delete(ast_function*);
637 /* For "optimized" builds this can just keep returning "foo"...
638  * or whatever...
639  */
640 const char* ast_function_label(ast_function*, const char *prefix);
641
642 bool ast_function_codegen(ast_function *self, ir_builder *builder);
643 bool ast_generate_accessors(ast_value *asvalue, ir_builder *ir);
644
645 /* Expression union
646  */
647 union ast_expression_u
648 {
649     ast_expression_common expression;
650
651     ast_value    value;
652     ast_binary   binary;
653     ast_block    block;
654     ast_ternary  ternary;
655     ast_ifthen   ifthen;
656     ast_store    store;
657     ast_entfield entfield;
658 };
659
660 /* Node union
661  */
662 union ast_node_u
663 {
664     ast_node_common node;
665     ast_expression  expression;
666 };
667
668 #endif