1.0.28.25: document CLOS slot type checking policy
[sbcl.git] / doc / manual / compiler.texinfo
1 @node Compiler
2 @comment  node-name,  next,  previous,  up
3 @chapter Compiler
4
5 This chapter will discuss most compiler issues other than efficiency,
6 including compiler error messages, the SBCL compiler's unusual
7 approach to type safety in the presence of type declarations, the
8 effects of various compiler optimization policies, and the way that
9 inlining and open coding may cause optimized code to differ from a
10 naive translation. Efficiency issues are sufficiently varied and
11 separate that they have their own chapter, @ref{Efficiency}.
12
13 @menu
14 * Diagnostic Messages::
15 * Handling of Types::           
16 * Compiler Policy::             
17 * Compiler Errors::             
18 * Open Coding and Inline Expansion::  
19 * Interpreter::
20 @end menu
21
22 @node  Diagnostic Messages
23 @comment  node-name,  next,  previous,  up
24 @section Diagnostic Messages
25 @cindex Messages, Compiler
26 @cindex Compiler messages
27
28 @menu
29 * Controlling Verbosity::       
30 * Diagnostic Severity::         
31 * Understanding Compiler Diagnostics::  
32 @end menu
33
34 @node Controlling Verbosity
35 @comment  node-name,  next,  previous,  up
36 @subsection Controlling Verbosity
37
38 The compiler can be quite verbose in its diagnostic reporting, rather
39 more then some users would prefer -- the amount of noise emitted can
40 be controlled, however.
41
42 To control emission of compiler diagnostics (of any severity other
43 than @code{error}: @pxref{Diagnostic Severity}) use the
44 @code{sb-ext:muffle-conditions} and @code{sb-ext:unmuffle-conditions}
45 declarations, specifying the type of condition that is to be muffled
46 (the muffling is done using an associated @code{muffle-warning} restart).
47
48 Global control:
49 @lisp
50 ;;; Muffle compiler-notes globally
51 (declaim (sb-ext:muffle-conditions sb-ext:compiler-note))
52 @end lisp
53
54 Local control:
55 @lisp
56 ;;; Muffle compiler-notes based on lexical scope
57 (defun foo (x)
58   (declare (optimize speed) (fixnum x)
59            (sb-ext:muffle-conditions sb-ext:compiler-note))
60   (values (* x 5) ; no compiler note from this
61     (locally
62       (declare (sb-ext:unmuffle-conditions sb-ext:compiler-note))
63       ;; this one gives a compiler note
64       (* x -5))))
65 @end lisp
66
67 @deffn {Declaration} sb-ext:muffle-conditions
68 Syntax: type*
69
70 Muffles the diagnostic messages that would be caused by compile-time
71 signals of given types.
72 @end deffn
73
74 @deffn {Declaration} sb-ext:unmuffle-conditions
75 Syntax: type*
76
77 Cancels the effect of a previous @code{sb-ext:muffle-condition}
78 declaration.
79 @end deffn
80
81 Various details of @emph{how} the compiler messages are printed can be
82 controlled via the alist
83 @code{sb-ext:*compiler-print-variable-alist*}.
84
85 @include var-sb-ext-star-compiler-print-variable-alist-star.texinfo
86
87 For information about muffling warnings signaled outside of the
88 compiler, see @ref{Customization Hooks for Users}.
89
90 @c <!-- FIXME: How much control over error messages is in SBCL?
91 @c      _     How much should be? How much of this documentation should
92 @c      _     we save or adapt? 
93 @c      _ 
94 @c      _ %%\node Error Message Parameterization,  , Read Errors, Interpreting Error Messages
95 @c      _ \subsection{Error Message Parameterization}
96 @c      _ \cpsubindex{error messages}{verbosity}
97 @c      _ \cpsubindex{verbosity}{of error messages}
98 @c      _ 
99 @c      _ There is some control over the verbosity of error messages.  See also
100 @c      _ \varref{undefined-warning-limit}, \code{*efficiency-note-limit*} and
101 @c      _ \varref{efficiency-note-cost-threshold}.
102 @c      _ 
103 @c      _ \begin{defvar}{}{enclosing-source-cutoff}
104 @c      _ 
105 @c      _   This variable specifies the number of enclosing actual source forms
106 @c      _   that are printed in full, rather than in the abbreviated processing
107 @c      _   path format.  Increasing the value from its default of \code{1}
108 @c      _   allows you to see more of the guts of the macroexpanded source,
109 @c      _   which is useful when debugging macros.
110 @c      _ \end{defvar}
111 @c      _ 
112 @c      _ \begin{defmac}{extensions:}{define-source-context}{%
113 @c      _     \args{\var{name} \var{lambda-list} \mstar{form}}}
114 @c      _ 
115 @c      _   This macro defines how to extract an abbreviated source context from
116 @c      _   the \var{name}d form when it appears in the compiler input.
117 @c      _   \var{lambda-list} is a \code{defmacro} style lambda-list used to
118 @c      _   parse the arguments.  The \var{body} should return a list of
119 @c      _   subforms that can be printed on about one line.  There are
120 @c      _   predefined methods for \code{defstruct}, \code{defmethod}, etc.  If
121 @c      _   no method is defined, then the first two subforms are returned.
122 @c      _   Note that this facility implicitly determines the string name
123 @c      _   associated with anonymous functions.
124 @c      _ \end{defmac}
125 @c      _ 
126 @c      _ -->
127
128 @node  Diagnostic Severity
129 @comment  node-name,  next,  previous,  up
130 @subsection Diagnostic Severity
131 @cindex Severity of compiler messages
132 @cindex Compiler Diagnostic Severity
133 @tindex error
134 @tindex warning
135 @tindex style-warning
136 @tindex compiler-note
137 @tindex code-deletion-note
138
139 There are four levels of compiler diagnostic severity: 
140
141 @enumerate 1
142 @item error
143 @item warning
144 @item style warning
145 @item note
146 @end enumerate
147
148 The first three levels correspond to condition classes which are
149 defined in the ANSI standard for Common Lisp and which have special
150 significance to the @code{compile} and @code{compile-file} functions.
151 These levels of compiler error severity occur when the compiler
152 handles conditions of these classes. 
153
154 The fourth level of compiler error severity, @emph{note}, corresponds
155 to the @code{sb-ext:compiler-note}, and is used for problems which are
156 too mild for the standard condition classes, typically hints about how
157 efficiency might be improved. The @code{sb-ext:code-deletion-note}, a
158 subtype of @code{compiler-note}, is signalled when the compiler
159 deletes user-supplied code, usually after proving that the code in
160 question is unreachable.
161
162 Future work for SBCL includes expanding this hierarchy of types to
163 allow more fine-grained control over emission of diagnostic messages.
164
165 @include condition-sb-ext-compiler-note.texinfo
166 @include condition-sb-ext-code-deletion-note.texinfo
167
168
169 @node Understanding Compiler Diagnostics
170 @comment  node-name,  next,  previous,  up
171 @subsection Understanding Compile Diagnostics
172
173 The messages emitted by the compiler contain a lot of detail in a
174 terse format, so they may be confusing at first. The messages will be
175 illustrated using this example program:
176
177 @lisp
178 (defmacro zoq (x)
179   `(roq (ploq (+ ,x 3))))
180
181 (defun foo (y)
182   (declare (symbol y))
183   (zoq y))
184 @end lisp
185
186 The main problem with this program is that it is trying to add
187 @code{3} to a symbol. Note also that the functions @code{roq} and
188 @code{ploq} aren't defined anywhere.
189
190 @menu
191 * The Parts of a Compiler Diagnostic::  
192 * The Original and Actual Source::  
193 * The Processing Path::         
194 @end menu
195
196 @node  The Parts of a Compiler Diagnostic
197 @comment  node-name,  next,  previous,  up
198 @subsubsection The Parts of a Compiler Diagnostic
199
200 When processing this program, the compiler will produce this warning:
201
202 @example
203 ; file: /tmp/foo.lisp
204 ; in: DEFUN FOO
205 ;     (ZOQ Y)
206 ; --> ROQ PLOQ
207 ; ==>
208 ;   (+ Y 3)
209 ;
210 ; caught WARNING:
211 ;   Asserted type NUMBER conflicts with derived type (VALUES SYMBOL &OPTIONAL).
212 @end example
213
214 In this example we see each of the six possible parts of a compiler
215 diagnostic:
216
217 @enumerate
218
219 @item
220 @findex with-compilation-unit
221 @samp{file: /tmp/foo.lisp} This is the name of the file that the
222 compiler read the relevant code from.  The file name is displayed
223 because it may not be immediately obvious when there is an error
224 during compilation of a large system, especially when
225 @code{with-compilation-unit} is used to delay undefined warnings.
226
227 @item
228 @samp{in: DEFUN FOO} This is the definition top level form responsible
229 for the diagnostic. It is obtained by taking the first two elements of
230 the enclosing form whose first element is a symbol beginning with
231 ``@samp{def}''. If there is no such enclosing ``@samp{def}'' form,
232 then the outermost form is used. If there are multiple @samp{def}
233 forms, then they are all printed from the outside in, separated by
234 @samp{=>}'s. In this example, the problem was in the @code{defun} for
235 @code{foo}.
236
237 @item
238 @cindex Original Source
239 @samp{(ZOQ Y)} This is the @dfn{original source} form responsible for
240 the diagnostic. Original source means that the form directly appeared
241 in the original input to the compiler, i.e. in the lambda passed to
242 @code{compile} or in the top level form read from the source file. In
243 this example, the expansion of the @code{zoq} macro was responsible
244 for the message.
245
246 @item
247 @cindex Processing Path
248 @samp{--> ROQ PLOQ} This is the @dfn{processing path} that the
249 compiler used to produce the code that caused the message to be
250 emitted. The processing path is a representation of the evaluated
251 forms enclosing the actual source that the compiler encountered when
252 processing the original source. The path is the first element of each
253 form, or the form itself if the form is not a list. These forms result
254 from the expansion of macros or source-to-source transformation done
255 by the compiler. In this example, the enclosing evaluated forms are
256 the calls to @code{roq} and @code{ploq}. These calls resulted from the
257 expansion of the @code{zoq} macro.
258
259 @item
260 @cindex Actual Source
261 @samp{==> (+ Y 3)} This is the @dfn{actual source} responsible for the
262 diagnostic. If the actual source appears in the explanation, then we
263 print the next enclosing evaluated form, instead of printing the
264 actual source twice. (This is the form that would otherwise have been
265 the last form of the processing path.) In this example, the problem is
266 with the evaluation of the reference to the variable @code{y}.
267
268 @item
269 @samp{caught WARNING: Asserted type NUMBER conflicts with derived type
270 (VALUES SYMBOL &OPTIONAL).}  This is the @dfn{explanation} of the
271 problem. In this example, the problem is that, while the call to
272 @code{+} requires that its arguments are all of type @code{number},
273 the compiler has derived that @code{y} will evaluate to a
274 @code{symbol}.  Note that @samp{(VALUES SYMBOL &OPTIONAL)} expresses
275 that @code{y} evaluates to precisely one value.
276
277 @end enumerate
278
279 Note that each part of the message is distinctively marked:
280
281 @itemize
282
283 @item
284  @samp{file:} and @samp{in:} mark the file and definition,
285 respectively.
286
287 @item
288 The original source is an indented form with no prefix.
289
290 @item
291 Each line of the processing path is prefixed with @samp{-->}
292
293 @item
294 The actual source form is indented like the original source, but is
295 marked by a preceding @samp{==>} line.
296 @comment no it isn't.
297
298 @item
299 The explanation is prefixed with the diagnostic severity, which can be
300 @samp{caught ERROR:}, @samp{caught WARNING:}, @samp{caught
301 STYLE-WARNING:}, or @samp{note:}.
302
303 @end itemize
304
305 Each part of the message is more specific than the preceding one. If
306 consecutive messages are for nearby locations, then the front part of
307 the messages would be the same. In this case, the compiler omits as
308 much of the second message as in common with the first. For example:
309
310 @example
311 ; file: /tmp/foo.lisp
312 ; in: DEFUN FOO
313 ;     (ZOQ Y)
314 ; --> ROQ
315 ; ==>
316 ;   (PLOQ (+ Y 3))
317 ;
318 ; caught STYLE-WARNING:
319 ;   undefined function: PLOQ
320  
321 ; ==>
322 ;   (ROQ (PLOQ (+ Y 3)))
323 ;
324 ; caught STYLE-WARNING:
325 ;   undefined function: ROQ
326 @end example
327 @comment fixing that weird blank line might be good
328
329 In this example, the file, definition and original source are
330 identical for the two messages, so the compiler omits them in the
331 second message. If consecutive messages are entirely identical, then
332 the compiler prints only the first message, followed by: @samp{[Last
333 message occurs @var{repeats} times]} where @var{repeats} is the number
334 of times the message was given.
335
336 If the source was not from a file, then no file line is printed. If
337 the actual source is the same as the original source, then the
338 processing path and actual source will be omitted. If no forms
339 intervene between the original source and the actual source, then the
340 processing path will also be omitted.
341
342
343 @node  The Original and Actual Source
344 @comment  node-name,  next,  previous,  up
345 @subsubsection The Original and Actual Source
346 @cindex Original Source
347 @cindex Actual Source
348
349 The @emph{original source} displayed will almost always be a list. If
350 the actual source for an message is a symbol, the original source will
351 be the immediately enclosing evaluated list form. So even if the
352 offending symbol does appear in the original source, the compiler will
353 print the enclosing list and then print the symbol as the actual
354 source (as though the symbol were introduced by a macro.)
355
356 When the @emph{actual source} is displayed (and is not a symbol), it
357 will always be code that resulted from the expansion of a macro or a
358 source-to-source compiler optimization. This is code that did not
359 appear in the original source program; it was introduced by the
360 compiler.
361
362 Keep in mind that when the compiler displays a source form in an
363 diagnostic message, it always displays the most specific (innermost)
364 responsible form. For example, compiling this function
365
366 @lisp
367 (defun bar (x)
368   (let (a)
369     (declare (fixnum a))
370     (setq a (foo x))
371     a))
372 @end lisp
373
374 gives this error message
375
376 @example
377 ; file: /tmp/foo.lisp
378 ; in: DEFUN BAR
379 ;     (LET (A)
380 ;     (DECLARE (FIXNUM A))
381 ;     (SETQ A (FOO X))
382 ;     A)
383 ;
384 ; caught WARNING:
385 ;   Asserted type FIXNUM conflicts with derived type (VALUES NULL &OPTIONAL).
386 @end example
387
388 This message is not saying ``there is a problem somewhere in this
389 @code{let}'' -- it is saying that there is a problem with the
390 @code{let} itself. In this example, the problem is that @code{a}'s
391 @code{nil} initial value is not a @code{fixnum}.
392
393 @node The Processing Path
394 @comment  node-name,  next,  previous,  up
395 @subsubsection The Processing Path
396 @cindex Processing Path
397 @cindex Macroexpansion
398 @cindex Source-to-source transformation
399
400 The processing path is mainly useful for debugging macros, so if you
401 don't write macros, you can probably ignore it. Consider this example:
402
403 @lisp
404 (defun foo (n)
405   (dotimes (i n *undefined*)))
406 @end lisp
407
408 Compiling results in this error message:
409
410 @example
411 ; in: DEFUN FOO
412 ;     (DOTIMES (I N *UNDEFINED*))
413 ; --> DO BLOCK LET TAGBODY RETURN-FROM
414 ; ==>
415 ;   (PROGN *UNDEFINED*)
416 ;
417 ; caught WARNING:
418 ;   undefined variable: *UNDEFINED*
419 @end example
420
421 Note that @code{do} appears in the processing path. This is because
422 @code{dotimes} expands into:
423
424 @lisp
425 (do ((i 0 (1+ i)) (#:g1 n))
426     ((>= i #:g1) *undefined*)
427   (declare (type unsigned-byte i)))
428 @end lisp
429
430 The rest of the processing path results from the expansion of
431 @code{do}:
432
433 @lisp
434 (block nil
435   (let ((i 0) (#:g1 n))
436     (declare (type unsigned-byte i))
437     (tagbody (go #:g3)
438       #:g2    (psetq i (1+ i))
439       #:g3    (unless (>= i #:g1) (go #:g2))
440       (return-from nil (progn *undefined*)))))
441 @end lisp
442
443 In this example, the compiler descended into the @code{block},
444 @code{let}, @code{tagbody} and @code{return-from} to reach the
445 @code{progn} printed as the actual source. This is a place where the
446 ``actual source appears in explanation'' rule was applied. The
447 innermost actual source form was the symbol @code{*undefined*} itself,
448 but that also appeared in the explanation, so the compiler backed out
449 one level.
450
451
452
453
454
455 @node  Handling of Types
456 @comment  node-name,  next,  previous,  up
457 @section Handling of Types
458
459 One of the most important features of the SBCL compiler (similar to
460 the original CMUCL compiler, also known as @dfn{Python}) is its fairly
461 sophisticated understanding of the Common Lisp type system and its
462 conservative approach to the implementation of type declarations.
463
464 These two features reward the use of type declarations throughout
465 development, even when high performance is not a concern. Also, as
466 discussed in the chapter on performance (@pxref{Efficiency}), the use
467 of appropriate type declarations can be very important for performance
468 as well.
469
470 @findex satisfies
471 The SBCL compiler also has a greater knowledge of the Common Lisp
472 type system than other compilers. Support is incomplete only for types
473 involving the @code{satisfies} type specifier.
474
475 @c <!-- FIXME: See also sections \ref{advanced-type-stuff}
476 @c      and \ref{type-inference}, once we snarf them from the
477 @c      CMU CL manual. -->
478 @c
479 @c Also see my paper on improving Baker, when I get round to it.
480 @c
481 @c Whose paper?
482
483 @menu
484 * Declarations as Assertions::  
485 * Precise Type Checking::       
486 * Getting Existing Programs to Run::  
487 * Implementation Limitations::  
488 @end menu
489
490 @node Declarations as Assertions
491 @comment  node-name,  next,  previous,  up
492 @subsection Declarations as Assertions
493 @findex safety
494
495 The SBCL compiler treats type declarations differently from most other
496 Lisp compilers. Under default compilation policy the compiler doesn't
497 blindly believe type declarations, but considers them assertions about
498 the program that should be checked: all type declarations that have
499 not been proven to always hold are asserted at runtime.
500
501 @quotation
502 @emph{Remaining bugs in the compiler's handling of types unfortunately
503 provide some exceptions to this rule, see @ref{Implementation
504 Limitations}.}
505 @end quotation
506
507 CLOS slot types form a notable exception. Types declared using the
508 @code{:type} slot option in @code{defclass} are asserted if and only
509 if the class was defined in @emph{safe code} and the slot access
510 location is in @emph{safe code} as well. This laxness does not pose
511 any internal consistency issues, as the CLOS slot types are not
512 available for the type inferencer, nor do CLOS slot types provide any
513 efficiency benefits.
514
515 There are three type checking policies available in SBCL, selectable
516 via @code{optimize} declarations.
517
518 @table @strong
519
520 @c FIXME: This should be properly integrated with general policy
521 @c stuff, once that gets cleaned up.
522
523 @item Full Type Checks
524 All declarations are considered assertions to be checked at runtime,
525 and all type checks are precise. The default compilation policy
526 provides full type checks.
527
528 Used when @code{(or (>= safety 2) (>= safety speed 1))}.
529
530 @item Weak Type Checks
531 Declared types may be simplified into faster to check supertypes: for example,
532 @code{(and unsigned-byte fixnum)} is simplified into @code{fixnum}.
533
534 @strong{Note}: it is relatively easy to corrupt the heap when weak
535 type checks are used if the program contains type-errors.
536
537 Used when @code{(and (< safety 2) (< safety speed))}
538
539 @item No Type Checks
540 All declarations are believed without assertions. Also disables
541 argument count and array bounds checking.
542
543 @strong{Note}: any type errors in code where type checks are not
544 performed are liable to corrupt the heap.
545
546 Used when @code{(= safety 0)}.
547
548 @end table
549
550 @node  Precise Type Checking
551 @comment  node-name,  next,  previous,  up
552 @subsection Precise Type Checking
553 @cindex Precise type checking
554 @cindex Type checking, precise
555
556 Precise checking means that the check is done as though @code{typep}
557 had been called with the exact type specifier that appeared in the
558 declaration.
559
560 If a variable is declared to be @code{(integer 3 17)} then its value
561 must always be an integer between @code{3} and @code{17}. If multiple
562 type declarations apply to a single variable, then all the
563 declarations must be correct; it is as though all the types were
564 intersected producing a single @code{and} type specifier.
565
566 To gain maximum benefit from the compiler's type checking, you should
567 always declare the types of function arguments and structure slots as
568 precisely as possible. This often involves the use of @code{or},
569 @code{member}, and other list-style type specifiers. 
570
571
572 @node  Getting Existing Programs to Run
573 @comment  node-name,  next,  previous,  up
574 @subsection Getting Existing Programs to Run
575 @cindex Existing programs, to run
576 @cindex Types, portability
577 @cindex Compatibility with other Lisps
578 @c     (should also have an entry in the non-ANSI-isms section)-->
579
580 Since SBCL's compiler does much more comprehensive type checking than
581 most Lisp compilers, SBCL may detect type errors in programs that have
582 been debugged using other compilers. These errors are mostly incorrect
583 declarations, although compile-time type errors can find actual bugs
584 if parts of the program have never been tested.
585
586 Some incorrect declarations can only be detected by run-time type
587 checking. It is very important to initially compile a program with
588 full type checks (high @code{safety} optimization) and then test this
589 safe version. After the checking version has been tested, then you can
590 consider weakening or eliminating type checks.  @emph{This applies
591 even to previously debugged programs,} because the SBCL compiler does
592 much more type inference than other Common Lisp compilers, so an
593 incorrect declaration can do more damage.
594
595 The most common problem is with variables whose constant initial value
596 doesn't match the type declaration. Incorrect constant initial values
597 will always be flagged by a compile-time type error, and they are
598 simple to fix once located. Consider this code fragment:
599
600 @lisp
601 (prog (foo)
602   (declare (fixnum foo))
603   (setq foo ...)
604   ...)
605 @end lisp
606
607 Here @code{foo} is given an initial value of @code{nil}, but is
608 declared to be a @code{fixnum}.  Even if it is never read, the initial
609 value of a variable must match the declared type.  There are two ways
610 to fix this problem. Change the declaration
611
612 @lisp
613 (prog (foo)
614   (declare (type (or fixnum null) foo))
615   (setq foo ...)
616   ...)
617 @end lisp
618
619 or change the initial value
620
621 @lisp
622 (prog ((foo 0))
623   (declare (fixnum foo))
624   (setq foo ...)
625   ...)
626 @end lisp
627
628 It is generally preferable to change to a legal initial value rather
629 than to weaken the declaration, but sometimes it is simpler to weaken
630 the declaration than to try to make an initial value of the
631 appropriate type.
632
633 Another declaration problem occasionally encountered is incorrect
634 declarations on @code{defmacro} arguments. This can happen when a
635 function is converted into a macro. Consider this macro:
636
637 @lisp
638 (defmacro my-1+ (x)
639   (declare (fixnum x))
640   `(the fixnum (1+ ,x)))
641 @end lisp
642
643 Although legal and well-defined Common Lisp code, this meaning of this
644 definition is almost certainly not what the writer intended. For
645 example, this call is illegal:
646
647 @lisp
648 (my-1+ (+ 4 5))
649 @end lisp
650
651 This call is illegal because the argument to the macro is @code{(+ 4
652 5)}, which is a @code{list}, not a @code{fixnum}.  Because of macro
653 semantics, it is hardly ever useful to declare the types of macro
654 arguments.  If you really want to assert something about the type of
655 the result of evaluating a macro argument, then put a @code{the} in
656 the expansion:
657
658 @lisp
659 (defmacro my-1+ (x)
660   `(the fixnum (1+ (the fixnum ,x))))
661 @end lisp
662
663 In this case, it would be stylistically preferable to change this
664 macro back to a function and declare it inline. 
665 @c <!--FIXME: <xref>inline-expansion, once we crib the 
666 @c      relevant text from the CMU CL manual.-->
667
668 Some more subtle problems are caused by incorrect declarations that
669 can't be detected at compile time.  Consider this code:
670   
671 @lisp
672 (do ((pos 0 (position #\a string :start (1+ pos))))
673   ((null pos))
674   (declare (fixnum pos))
675   ...)
676 @end lisp
677
678 Although @code{pos} is almost always a @code{fixnum}, it is @code{nil}
679 at the end of the loop. If this example is compiled with full type
680 checks (the default), then running it will signal a type error at the
681 end of the loop. If compiled without type checks, the program will go
682 into an infinite loop (or perhaps @code{position} will complain
683 because @code{(1+ nil)} isn't a sensible start.) Why? Because if you
684 compile without type checks, the compiler just quietly believes the
685 type declaration. Since the compiler believes that @code{pos} is
686 always a @code{fixnum}, it believes that @code{pos} is never
687 @code{nil}, so @code{(null pos)} is never true, and the loop exit test
688 is optimized away. Such errors are sometimes flagged by unreachable
689 code notes, but it is still important to initially compile and test
690 any system with full type checks, even if the system works fine when
691 compiled using other compilers.
692
693 In this case, the fix is to weaken the type declaration to @code{(or
694 fixnum null)} @footnote{Actually, this declaration is unnecessary in
695 SBCL, since it already knows that @code{position} returns a
696 non-negative @code{fixnum} or @code{nil}.}.
697
698 Note that there is usually little performance penalty for weakening a
699 declaration in this way. Any numeric operations in the body can still
700 assume that the variable is a @code{fixnum}, since @code{nil} is not a
701 legal numeric argument. Another possible fix would be to say:
702
703 @lisp
704 (do ((pos 0 (position #\a string :start (1+ pos))))
705     ((null pos))
706   (let ((pos pos))
707     (declare (fixnum pos))
708     ...))
709 @end lisp
710
711 This would be preferable in some circumstances, since it would allow a
712 non-standard representation to be used for the local @code{pos}
713 variable in the loop body.
714 @c <!-- FIXME: <xref>ND-variables, once we crib the text from the 
715 @c      CMU CL manual. -->
716
717 @node  Implementation Limitations
718 @comment  node-name,  next,  previous,  up
719 @subsection Implementation Limitations
720
721 Ideally, the compiler would consider @emph{all} type declarations to
722 be assertions, so that adding type declarations to a program, no
723 matter how incorrect they might be, would @emph{never} cause undefined
724 behavior. However, the compiler is known to fall short of this goal in
725 two areas:
726
727 @itemize
728
729 @item
730 @emph{Proclaimed} constraints on argument and result types of a
731 function are supposed to be checked by the function. If the function
732 type is proclaimed before function definition, type checks are
733 inserted by the compiler, but the standard allows the reversed order,
734 in which case the compiler will trust the declaration.
735
736 @item
737 The compiler cannot check types of an unknown number of values; if the
738 number of generated values is unknown, but the number of consumed is
739 known, only consumed values are checked.
740
741 For example,
742
743 @lisp
744 (defun foo (x) 
745   (the integer (bar x)))
746 @end lisp
747
748 causes the following compiler diagnostic to be emitted:
749
750 @example
751 ; note: type assertion too complex to check:
752 ;  (VALUES INTEGER &REST T).
753 @end example
754
755 A partial workaround is instead write:
756
757 @lisp
758 (defun foo (x)
759   (the (values integer &optional) (bar x)))
760 @end lisp
761
762 @end itemize
763
764 These are important issues, but are not necessarily easy to fix, so
765 they may, alas, remain in the system for a while.
766
767 @node Compiler Policy
768 @comment  node-name,  next,  previous,  up
769 @section Compiler Policy
770
771 Compiler policy is controlled by the @code{optimize} declaration,
772 supporting all ANSI optimization qualities (@code{debug},
773 @code{safety}, @code{space}, and @code{speed}).@footnote{A deprecated
774 extension @code{sb-ext:inhibit-warnings} is still supported, but
775 liable to go away at any time.}
776
777 For effects of various optimization qualities on type-safety and
778 debuggability see @ref{Declarations as Assertions} and @ref{Debugger
779 Policy Control}.
780
781 Ordinarily, when the @code{speed} quality is high, the compiler emits
782 notes to notify the programmer about its inability to apply various
783 optimizations. For selective muffling of these notes @xref{Controlling
784 Verbosity}.
785
786 The value of @code{space} mostly influences the compiler's decision
787 whether to inline operations, which tend to increase the size of
788 programs. Use the value @code{0} with caution, since it can cause the
789 compiler to inline operations so indiscriminately that the net effect
790 is to slow the program by causing cache misses or even swapping.
791
792 @c <!-- FIXME: old CMU CL compiler policy, should perhaps be adapted
793 @c      _    for SBCL. (Unfortunately, the CMU CL docs are out of sync with the
794 @c      _    CMU CL code, so adapting this requires not only reformatting
795 @c      _    the documentation, but rooting out code rot.)
796 @c      _
797 @c      _<sect2 id="compiler-policy"><title>Compiler Policy</1000
798 @c      _  INDEX {policy}{compiler}
799 @c      _  INDEX compiler policy
800 @c      _
801 @c      _<para>The policy is what tells the compiler <emphasis>how</emphasis> to
802 @c      _compile a program. This is logically (and often textually) distinct
803 @c      _from the program itself. Broad control of policy is provided by the
804 @c      _<parameter>optimize</parameter> declaration; other declarations and variables
805 @c      _control more specific aspects of compilation.
806 @c      _
807 @c      _\begin{comment}
808 @c      _* The Optimize Declaration::
809 @c      _* The Optimize-Interface Declaration::
810 @c      _\end{comment}
811 @c      _
812 @c      _%%\node The Optimize Declaration, The Optimize-Interface Declaration, Compiler Policy, Compiler Policy
813 @c      _\subsection{The Optimize Declaration}
814 @c      _\label{optimize-declaration}
815 @c      _\cindex{optimize declaration}
816 @c      _\cpsubindex{declarations}{\code{optimize}}
817 @c      _
818 @c      _The \code{optimize} declaration recognizes six different
819 @c      _\var{qualities}.  The qualities are conceptually independent aspects
820 @c      _of program performance.  In reality, increasing one quality tends to
821 @c      _have adverse effects on other qualities.  The compiler compares the
822 @c      _relative values of qualities when it needs to make a trade-off; i.e.,
823 @c      _if \code{speed} is greater than \code{safety}, then improve speed at
824 @c      _the cost of safety.
825 @c      _
826 @c      _The default for all qualities (except \code{debug}) is \code{1}.
827 @c      _Whenever qualities are equal, ties are broken according to a broad
828 @c      _idea of what a good default environment is supposed to be.  Generally
829 @c      _this downplays \code{speed}, \code{compile-speed} and \code{space} in
830 @c      _favor of \code{safety} and \code{debug}.  Novice and casual users
831 @c      _should stick to the default policy.  Advanced users often want to
832 @c      _improve speed and memory usage at the cost of safety and
833 @c      _debuggability.
834 @c      _
835 @c      _If the value for a quality is \code{0} or \code{3}, then it may have a
836 @c      _special interpretation.  A value of \code{0} means ``totally
837 @c      _unimportant'', and a \code{3} means ``ultimately important.''  These
838 @c      _extreme optimization values enable ``heroic'' compilation strategies
839 @c      _that are not always desirable and sometimes self-defeating.
840 @c      _Specifying more than one quality as \code{3} is not desirable, since
841 @c      _it doesn't tell the compiler which quality is most important.
842 @c      _
843 @c      _
844 @c      _These are the optimization qualities:
845 @c      _\begin{Lentry}
846 @c      _
847 @c      _\item[\code{speed}] \cindex{speed optimization quality}How fast the
848 @c      _  program should is run.  \code{speed 3} enables some optimizations
849 @c      _  that hurt debuggability.
850 @c      _
851 @c      _\item[\code{compilation-speed}] \cindex{compilation-speed optimization
852 @c      _    quality}How fast the compiler should run.  Note that increasing
853 @c      _  this above \code{safety} weakens type checking.
854 @c      _
855 @c      _\item[\code{space}] \cindex{space optimization quality}How much space
856 @c      _  the compiled code should take up.  Inline expansion is mostly
857 @c      _  inhibited when \code{space} is greater than \code{speed}.  A value
858 @c      _  of \code{0} enables indiscriminate inline expansion.  Wide use of a
859 @c      _  \code{0} value is not recommended, as it may waste so much space
860 @c      _  that run time is slowed.  \xlref{inline-expansion} for a discussion
861 @c      _  of inline expansion.
862 @c      _
863 @c      _\item[\code{debug}] \cindex{debug optimization quality}How debuggable
864 @c      _  the program should be.  The quality is treated differently from the
865 @c      _  other qualities: each value indicates a particular level of debugger
866 @c      _  information; it is not compared with the other qualities.
867 @c      _  \xlref{debugger-policy} for more details.
868 @c      _
869 @c      _\item[\code{safety}] \cindex{safety optimization quality}How much
870 @c      _  error checking should be done.  If \code{speed}, \code{space} or
871 @c      _  \code{compilation-speed} is more important than \code{safety}, then
872 @c      _  type checking is weakened (\pxlref{weakened-type-checks}).  If
873 @c      _  \code{safety} if \code{0}, then no run time error checking is done.
874 @c      _  In addition to suppressing type checks, \code{0} also suppresses
875 @c      _  argument count checking, unbound-symbol checking and array bounds
876 @c      _  checks.
877 @c      _  ... and checking of tag existence in RETURN-FROM and GO.
878 @c      _
879 @c      _\item[\code{extensions:inhibit-warnings}] \cindex{inhibit-warnings
880 @c      _    optimization quality}This is a CMU extension that determines how
881 @c      _  little (or how much) diagnostic output should be printed during
882 @c      _  compilation.  This quality is compared to other qualities to
883 @c      _  determine whether to print style notes and warnings concerning those
884 @c      _  qualities.  If \code{speed} is greater than \code{inhibit-warnings},
885 @c      _  then notes about how to improve speed will be printed, etc.  The
886 @c      _  default value is \code{1}, so raising the value for any standard
887 @c      _  quality above its default enables notes for that quality.  If
888 @c      _  \code{inhibit-warnings} is \code{3}, then all notes and most
889 @c      _  non-serious warnings are inhibited.  This is useful with
890 @c      _  \code{declare} to suppress warnings about unavoidable problems.
891 @c      _\end{Lentry}
892 @c      _
893 @c      _%%\node The Optimize-Interface Declaration,  , The Optimize Declaration, Compiler Policy
894 @c      _\subsection{The Optimize-Interface Declaration}
895 @c      _\label{optimize-interface-declaration}
896 @c      _\cindex{optimize-interface declaration}
897 @c      _\cpsubindex{declarations}{\code{optimize-interface}}
898 @c      _
899 @c      _The \code{extensions:optimize-interface} declaration is identical in
900 @c      _syntax to the \code{optimize} declaration, but it specifies the policy
901 @c      _used during compilation of code the compiler automatically generates
902 @c      _to check the number and type of arguments supplied to a function.  It
903 @c      _is useful to specify this policy separately, since even thoroughly
904 @c      _debugged functions are vulnerable to being passed the wrong arguments.
905 @c      _The \code{optimize-interface} declaration can specify that arguments
906 @c      _should be checked even when the general \code{optimize} policy is
907 @c      _unsafe.
908 @c      _
909 @c      _Note that this argument checking is the checking of user-supplied
910 @c      _arguments to any functions defined within the scope of the
911 @c      _declaration, \code{not} the checking of arguments to \llisp{}
912 @c      _primitives that appear in those definitions.
913 @c      _
914 @c      _The idea behind this declaration is that it allows the definition of
915 @c      _functions that appear fully safe to other callers, but that do no
916 @c      _internal error checking.  Of course, it is possible that arguments may
917 @c      _be invalid in ways other than having incorrect type.  Functions
918 @c      _compiled unsafely must still protect themselves against things like
919 @c      _user-supplied array indices that are out of bounds and improper lists.
920 @c      _See also the \kwd{context-declarations} option to
921 @c      _\macref{with-compilation-unit}.
922 @c      _
923 @c      _(end of section on compiler policy)
924 @c      _-->
925
926 @node Compiler Errors
927 @comment  node-name,  next,  previous,  up
928 @section Compiler Errors
929
930 @menu
931 * Type Errors at Compile Time::  
932 * Errors During Macroexpansion::  
933 * Read Errors::                 
934 @end menu
935
936 @node  Type Errors at Compile Time
937 @comment  node-name,  next,  previous,  up
938 @subsection Type Errors at Compile Time
939 @cindex Compile time type errors
940 @cindex Type checking, at compile time
941
942 If the compiler can prove at compile time that some portion of the
943 program cannot be executed without a type error, then it will give a
944 warning at compile time.
945
946 It is possible that the offending code would never actually be
947 executed at run-time due to some higher level consistency constraint
948 unknown to the compiler, so a type warning doesn't always indicate an
949 incorrect program.
950
951 For example, consider this code fragment:
952
953 @lisp
954 (defun raz (foo)
955   (let ((x (case foo
956               (:this 13)
957               (:that 9)
958               (:the-other 42))))
959     (declare (fixnum x))
960     (foo x)))
961 @end lisp
962
963 Compilation produces this warning:
964
965 @example
966 ; in: DEFUN RAZ
967 ;     (CASE FOO (:THIS 13) (:THAT 9) (:THE-OTHER 42))
968 ; --> LET COND IF COND IF COND IF
969 ; ==>
970 ;   (COND)
971 ;
972 ; caught WARNING:
973 ;   This is not a FIXNUM:
974 ;   NIL
975 @end example
976
977 In this case, the warning means that if @code{foo} isn't any of
978 @code{:this}, @code{:that} or @code{:the-other}, then @code{x} will be
979 initialized to @code{nil}, which the @code{fixnum} declaration makes
980 illegal. The warning will go away if @code{ecase} is used instead of
981 @code{case}, or if @code{:the-other} is changed to @code{t}.
982
983 This sort of spurious type warning happens moderately often in the
984 expansion of complex macros and in inline functions. In such cases,
985 there may be dead code that is impossible to correctly execute. The
986 compiler can't always prove this code is dead (could never be
987 executed), so it compiles the erroneous code (which will always signal
988 an error if it is executed) and gives a warning.
989
990 @node  Errors During Macroexpansion
991 @comment  node-name,  next,  previous,  up
992 @subsection Errors During Macroexpansion
993 @cindex Macroexpansion, errors during
994
995 The compiler handles errors that happen during macroexpansion, turning
996 them into compiler errors. If you want to debug the error (to debug a
997 macro), you can set @code{*break-on-signals*} to @code{error}. For
998 example, this definition:
999
1000 @lisp
1001 (defun foo (e l)
1002   (do ((current l (cdr current))
1003        ((atom current) nil))
1004       (when (eq (car current) e) (return current))))
1005 @end lisp
1006
1007 gives this error:
1008
1009 @example
1010 ; in: DEFUN FOO
1011 ;     (DO ((CURRENT L (CDR CURRENT))
1012 ;        ((ATOM CURRENT) NIL))
1013 ;       (WHEN (EQ (CAR CURRENT) E) (RETURN CURRENT)))
1014 ;
1015 ; caught ERROR:
1016 ;   (in macroexpansion of (DO # #))
1017 ;   (hint: For more precise location, try *BREAK-ON-SIGNALS*.)
1018 ;   DO step variable is not a symbol: (ATOM CURRENT)
1019 @end example
1020
1021
1022 @node  Read Errors
1023 @comment  node-name,  next,  previous,  up
1024 @subsection Read Errors
1025 @cindex Read errors, compiler
1026
1027 SBCL's compiler does not attempt to recover from read errors when
1028 reading a source file, but instead just reports the offending
1029 character position and gives up on the entire source file.
1030
1031 @node  Open Coding and Inline Expansion
1032 @comment  node-name,  next,  previous,  up
1033 @section Open Coding and Inline Expansion
1034 @cindex Open-coding
1035 @cindex Inline expansion
1036 @cindex Static functions
1037
1038 Since Common Lisp forbids the redefinition of standard functions, the
1039 compiler can have special knowledge of these standard functions
1040 embedded in it. This special knowledge is used in various ways (open
1041 coding, inline expansion, source transformation), but the implications
1042 to the user are basically the same:
1043
1044 @itemize
1045
1046 @item
1047 Attempts to redefine standard functions may be frustrated, since the
1048 function may never be called. Although it is technically illegal to
1049 redefine standard functions, users sometimes want to implicitly
1050 redefine these functions when they are debugging using the
1051 @code{trace} macro.  Special-casing of standard functions can be
1052 inhibited using the @code{notinline} declaration, but even then some
1053 phases of analysis such as type inferencing are applied by the
1054 compiler.
1055
1056 @item
1057 The compiler can have multiple alternate implementations of standard
1058 functions that implement different trade-offs of speed, space and
1059 safety.  This selection is based on the compiler policy, @ref{Compiler
1060 Policy}.
1061
1062 @end itemize
1063
1064 When a function call is @emph{open coded}, inline code whose effect is
1065 equivalent to the function call is substituted for that function
1066 call. When a function call is @emph{closed coded}, it is usually left
1067 as is, although it might be turned into a call to a different function
1068 with different arguments. As an example, if @code{nthcdr} were to be
1069 open coded, then
1070
1071 @lisp
1072 (nthcdr 4 foobar)
1073 @end lisp
1074
1075 might turn into
1076
1077 @lisp
1078 (cdr (cdr (cdr (cdr foobar))))
1079 @end lisp
1080
1081 or even
1082
1083 @lisp
1084 (do ((i 0 (1+ i))
1085   (list foobar (cdr foobar)))
1086   ((= i 4) list))
1087 @end lisp
1088
1089 If @code{nth} is closed coded, then
1090
1091 @lisp
1092 (nth x l)
1093 @end lisp
1094
1095 might stay the same, or turn into something like
1096
1097 @lisp
1098 (car (nthcdr x l))
1099 @end lisp
1100
1101 In general, open coding sacrifices space for speed, but some functions
1102 (such as @code{car}) are so simple that they are always
1103 open-coded. Even when not open-coded, a call to a standard function
1104 may be transformed into a different function call (as in the last
1105 example) or compiled as @emph{static call}. Static function call uses
1106 a more efficient calling convention that forbids redefinition.
1107
1108 @node  Interpreter
1109 @comment  node-name,  next,  previous,  up
1110 @section Interpreter
1111 @cindex Interpreter
1112 @vindex sb-ext:*evaluator-mode*
1113
1114 By default SBCL implements @code{eval} by calling the native code
1115 compiler. SBCL also includes an interpreter for use in special cases
1116 where using the compiler is undesirable, for example due to compilation
1117 overhead. Unlike in some other Lisp implementations, in SBCL interpreted
1118 code is not safer or more debuggable than compiled code.
1119
1120 Switching between the compiler and the interpreter is done using the
1121 special variable @code{sb-ext:*evaluator-mode*}. As of 0.9.17, valid
1122 values for @code{sb-ext:*evaluator-mode*} are @code{:compile} and
1123 @code{:interpret}.