0.7.10.18:
[sbcl.git] / src / code / ntrace.lisp
1 ;;;; a tracing facility based on breakpoints
2
3 ;;;; This software is part of the SBCL system. See the README file for
4 ;;;; more information.
5 ;;;;
6 ;;;; This software is derived from the CMU CL system, which was
7 ;;;; written at Carnegie Mellon University and released into the
8 ;;;; public domain. The software is in the public domain and is
9 ;;;; provided with absolutely no warranty. See the COPYING and CREDITS
10 ;;;; files for more information.
11
12 (in-package "SB-DEBUG") ; (SB-, not SB!, since we're built in warm load.)
13
14 ;;; FIXME: Why, oh why, doesn't the SB-DEBUG package use the SB-DI
15 ;;; package? That would let us get rid of a whole lot of stupid
16 ;;; prefixes..
17
18 (defvar *trace-values* nil
19   #+sb-doc
20   "This is bound to the returned values when evaluating :BREAK-AFTER and
21    :PRINT-AFTER forms.")
22
23 (defvar *trace-indentation-step* 2
24   #+sb-doc
25   "the increase in trace indentation at each call level")
26
27 (defvar *max-trace-indentation* 40
28   #+sb-doc
29   "If the trace indentation exceeds this value, then indentation restarts at
30    0.")
31
32 (defvar *trace-encapsulate-default* t
33   #+sb-doc
34   "the default value for the :ENCAPSULATE option to TRACE")
35 \f
36 ;;;; internal state
37
38 ;;; a hash table that maps each traced function to the TRACE-INFO. The
39 ;;; entry for a closure is the shared function entry object.
40 (defvar *traced-funs* (make-hash-table :test 'eq))
41
42 ;;; A TRACE-INFO object represents all the information we need to
43 ;;; trace a given function.
44 (def!struct (trace-info
45              (:make-load-form-fun sb-kernel:just-dump-it-normally)
46              (:print-object (lambda (x stream)
47                               (print-unreadable-object (x stream :type t)
48                                 (prin1 (trace-info-what x) stream)))))
49   ;; the original representation of the thing traced
50   (what nil :type (or function cons symbol))
51   ;; Is WHAT a function name whose definition we should track?
52   (named nil)
53   ;; Is tracing to be done by encapsulation rather than breakpoints?
54   ;; T implies NAMED.
55   (encapsulated *trace-encapsulate-default*)
56   ;; Has this trace been untraced?
57   (untraced nil)
58   ;; breakpoints we set up to trigger tracing
59   (start-breakpoint nil :type (or sb-di:breakpoint null))
60   (end-breakpoint nil :type (or sb-di:breakpoint null))
61   ;; the list of function names for WHEREIN, or NIL if unspecified
62   (wherein nil :type list)
63
64   ;; The following slots represent the forms that we are supposed to
65   ;; evaluate on each iteration. Each form is represented by a cons
66   ;; (Form . Function), where the Function is the cached result of
67   ;; coercing Form to a function. Forms which use the current
68   ;; environment are converted with PREPROCESS-FOR-EVAL, which gives
69   ;; us a one-arg function. Null environment forms also have one-arg
70   ;; functions, but the argument is ignored. NIL means unspecified
71   ;; (the default.)
72
73   ;; current environment forms
74   (condition nil)
75   (break nil)
76   ;; List of current environment forms
77   (print () :type list)
78   ;; null environment forms
79   (condition-after nil)
80   (break-after nil)
81   ;; list of null environment forms
82   (print-after () :type list))
83
84 ;;; This is a list of conses (fun-end-cookie . condition-satisfied),
85 ;;; which we use to note distinct dynamic entries into functions. When
86 ;;; we enter a traced function, we add a entry to this list holding
87 ;;; the new end-cookie and whether the trace condition was satisfied.
88 ;;; We must save the trace condition so that the after breakpoint
89 ;;; knows whether to print. The length of this list tells us the
90 ;;; indentation to use for printing TRACE messages.
91 ;;;
92 ;;; This list also helps us synchronize the TRACE facility dynamically
93 ;;; for detecting non-local flow of control. Whenever execution hits a
94 ;;; :FUN-END breakpoint used for TRACE'ing, we look for the
95 ;;; FUN-END-COOKIE at the top of *TRACED-ENTRIES*. If it is not
96 ;;; there, we discard any entries that come before our cookie.
97 ;;;
98 ;;; When we trace using encapsulation, we bind this variable and add
99 ;;; (NIL . CONDITION-SATISFIED), so a NIL "cookie" marks an
100 ;;; encapsulated tracing.
101 (defvar *traced-entries* ())
102 (declaim (list *traced-entries*))
103
104 ;;; This variable is used to discourage infinite recursions when some
105 ;;; trace action invokes a function that is itself traced. In this
106 ;;; case, we quietly ignore the inner tracing.
107 (defvar *in-trace* nil)
108 \f
109 ;;;; utilities
110
111 ;;; Given a function name, a function or a macro name, return the raw
112 ;;; definition and some information. "Raw" means that if the result is
113 ;;; a closure, we strip off the closure and return the bare code. The
114 ;;; second value is T if the argument was a function name. The third
115 ;;; value is one of :COMPILED, :COMPILED-CLOSURE, :INTERPRETED,
116 ;;; :INTERPRETED-CLOSURE and :FUNCALLABLE-INSTANCE.
117 (defun trace-fdefinition (x)
118   (multiple-value-bind (res named-p)
119       (typecase x
120         (symbol
121          (cond ((special-operator-p x)
122                 (error "can't trace special form ~S" x))
123                ((macro-function x))
124                (t
125                 (values (fdefinition x) t))))
126         (function x)
127         (t (values (fdefinition x) t)))
128     (case (sb-kernel:widetag-of res)
129       (#.sb-vm:closure-header-widetag
130        (values (sb-kernel:%closure-fun res)
131                named-p
132                :compiled-closure))
133       (#.sb-vm:funcallable-instance-header-widetag
134        (values res named-p :funcallable-instance))
135       (t (values res named-p :compiled)))))
136
137 ;;; When a function name is redefined, and we were tracing that name,
138 ;;; then untrace the old definition and trace the new one.
139 (defun trace-redefined-update (fname new-value)
140   (when (fboundp fname)
141     (let* ((fun (trace-fdefinition fname))
142            (info (gethash fun *traced-funs*)))
143       (when (and info (trace-info-named info))
144         (untrace-1 fname)
145         (trace-1 fname info new-value)))))
146 (push #'trace-redefined-update *setf-fdefinition-hook*)
147
148 ;;; Annotate a FORM to evaluate with pre-converted functions. FORM is
149 ;;; really a cons (EXP . FUNCTION). LOC is the code location to use
150 ;;; for the lexical environment. If LOC is NIL, evaluate in the null
151 ;;; environment. If FORM is NIL, just return NIL.
152 (defun coerce-form (form loc)
153   (when form
154     (let ((exp (car form)))
155       (if (sb-di:code-location-p loc)
156           (let ((fun (sb-di:preprocess-for-eval exp loc)))
157             (declare (type function fun))
158             (cons exp
159                   (lambda (frame)
160                     (let ((*current-frame* frame))
161                       (funcall fun frame)))))
162           (let* ((bod (ecase loc
163                         ((nil) exp)
164                         (:encapsulated
165                          `(flet ((sb-debug:arg (n)
166                                    (declare (special arg-list))
167                                    (elt arg-list n)))
168                             (declare (ignorable #'sb-debug:arg))
169                             ,exp))))
170                  (fun (coerce `(lambda () ,bod) 'function)))
171             (cons exp
172                   (lambda (frame)
173                     (declare (ignore frame))
174                     (let ((*current-frame* nil))
175                       (funcall fun)))))))))
176
177 (defun coerce-form-list (forms loc)
178   (mapcar (lambda (x) (coerce-form x loc)) forms))
179
180 ;;; Print indentation according to the number of trace entries.
181 ;;; Entries whose condition was false don't count.
182 (defun print-trace-indentation ()
183   (let ((depth 0))
184     (dolist (entry *traced-entries*)
185       (when (cdr entry) (incf depth)))
186     (format t
187             "~V,0@T~W: "
188             (+ (mod (* depth *trace-indentation-step*)
189                     (- *max-trace-indentation* *trace-indentation-step*))
190                *trace-indentation-step*)
191             depth)))
192
193 ;;; Return true if any of the NAMES appears on the stack below FRAME.
194 (defun trace-wherein-p (frame names)
195   (do ((frame (sb-di:frame-down frame) (sb-di:frame-down frame)))
196       ((not frame) nil)
197     (when (member (sb-di:debug-fun-name (sb-di:frame-debug-fun frame))
198                   names
199                   :test #'equal)
200       (return t))))
201
202 ;;; Handle PRINT and PRINT-AFTER options.
203 (defun trace-print (frame forms)
204   (dolist (ele forms)
205     (fresh-line)
206     (print-trace-indentation)
207     (format t "~@<~S ~_= ~S~:>" (car ele) (funcall (cdr ele) frame))))
208
209 ;;; Test a BREAK option, and break if true.
210 (defun trace-maybe-break (info break where frame)
211   (when (and break (funcall (cdr break) frame))
212     (sb-di:flush-frames-above frame)
213     (let ((*stack-top-hint* frame))
214       (break "breaking ~A traced call to ~S:"
215              where
216              (trace-info-what info)))))
217
218 ;;; Discard any invalid cookies on our simulated stack. Encapsulated
219 ;;; entries are always valid, since we bind *TRACED-ENTRIES* in the
220 ;;; encapsulation.
221 (defun discard-invalid-entries (frame)
222   (loop
223     (when (or (null *traced-entries*)
224               (let ((cookie (caar *traced-entries*)))
225                 (or (not cookie)
226                     (sb-di:fun-end-cookie-valid-p frame cookie))))
227       (return))
228     (pop *traced-entries*)))
229 \f
230 ;;;; hook functions
231
232 ;;; Return a closure that can be used for a function start breakpoint
233 ;;; hook function and a closure that can be used as the
234 ;;; FUN-END-COOKIE function. The first communicates the sense of
235 ;;; the Condition to the second via a closure variable.
236 (defun trace-start-breakpoint-fun (info)
237   (let (conditionp)
238     (values
239
240      (lambda (frame bpt)
241        (declare (ignore bpt))
242        (discard-invalid-entries frame)
243        (let ((condition (trace-info-condition info))
244              (wherein (trace-info-wherein info)))
245          (setq conditionp
246                (and (not *in-trace*)
247                     (or (not condition)
248                         (funcall (cdr condition) frame))
249                     (or (not wherein)
250                         (trace-wherein-p frame wherein)))))
251        (when conditionp
252          (let ((sb-kernel:*current-level-in-print* 0)
253                (*standard-output* *trace-output*)
254                (*in-trace* t))
255            (fresh-line)
256            (print-trace-indentation)
257            (if (trace-info-encapsulated info)
258                ;; FIXME: These special variables should be given
259                ;; *FOO*-style names, and probably declared globally
260                ;; with DEFVAR.
261                (locally
262                  (declare (special basic-definition arg-list))
263                  (prin1 `(,(trace-info-what info) ,@arg-list)))
264                (print-frame-call frame))
265            (terpri)
266            (trace-print frame (trace-info-print info)))
267          (trace-maybe-break info (trace-info-break info) "before" frame)))
268
269      (lambda (frame cookie)
270        (declare (ignore frame))
271        (push (cons cookie conditionp) *traced-entries*)))))
272
273 ;;; This prints a representation of the return values delivered.
274 ;;; First, this checks to see that cookie is at the top of
275 ;;; *TRACED-ENTRIES*; if it is not, then we need to adjust this list
276 ;;; to determine the correct indentation for output. We then check to
277 ;;; see whether the function is still traced and that the condition
278 ;;; succeeded before printing anything.
279 (declaim (ftype (function (trace-info) function) trace-end-breakpoint-fun))
280 (defun trace-end-breakpoint-fun (info)
281   (lambda (frame bpt *trace-values* cookie)
282     (declare (ignore bpt))
283     (unless (eq cookie (caar *traced-entries*))
284       (setf *traced-entries*
285             (member cookie *traced-entries* :key #'car)))
286
287     (let ((entry (pop *traced-entries*)))
288       (when (and (not (trace-info-untraced info))
289                  (or (cdr entry)
290                      (let ((cond (trace-info-condition-after info)))
291                        (and cond (funcall (cdr cond) frame)))))
292         (let ((sb-kernel:*current-level-in-print* 0)
293               (*standard-output* *trace-output*)
294               (*in-trace* t))
295           (fresh-line)
296           (pprint-logical-block (*standard-output* nil)
297             (print-trace-indentation)
298             (pprint-indent :current 2)
299             (format t "~S returned" (trace-info-what info))
300             (dolist (v *trace-values*)
301               (write-char #\space)
302               (pprint-newline :linear)
303               (prin1 v)))
304           (terpri)
305           (trace-print frame (trace-info-print-after info)))
306         (trace-maybe-break info
307                            (trace-info-break-after info)
308                            "after"
309                            frame)))))
310 \f
311 ;;; This function is called by the trace encapsulation. It calls the
312 ;;; breakpoint hook functions with NIL for the breakpoint and cookie,
313 ;;; which we have cleverly contrived to work for our hook functions.
314 (defun trace-call (info)
315   (multiple-value-bind (start cookie) (trace-start-breakpoint-fun info)
316     (declare (type function start cookie))
317     (let ((frame (sb-di:frame-down (sb-di:top-frame))))
318       (funcall start frame nil)
319       (let ((*traced-entries* *traced-entries*))
320         (declare (special basic-definition arg-list))
321         (funcall cookie frame nil)
322         (let ((vals
323                (multiple-value-list
324                 (apply basic-definition arg-list))))
325           (funcall (trace-end-breakpoint-fun info) frame nil vals nil)
326           (values-list vals))))))
327 \f
328 ;;; Trace one function according to the specified options. We copy the
329 ;;; trace info (it was a quoted constant), fill in the functions, and
330 ;;; then install the breakpoints or encapsulation.
331 ;;;
332 ;;; If non-null, DEFINITION is the new definition of a function that
333 ;;; we are automatically retracing.
334 (defun trace-1 (function-or-name info &optional definition)
335   (multiple-value-bind (fun named kind)
336       (if definition
337           (values definition t
338                   (nth-value 2 (trace-fdefinition definition)))
339           (trace-fdefinition function-or-name))
340     (when (gethash fun *traced-funs*)
341       (warn "~S is already TRACE'd, untracing it." function-or-name)
342       (untrace-1 fun))
343
344     (let* ((debug-fun (sb-di:fun-debug-fun fun))
345            (encapsulated
346             (if (eq (trace-info-encapsulated info) :default)
347                 (ecase kind
348                   (:compiled nil)
349                   (:compiled-closure
350                    (unless (functionp function-or-name)
351                      (warn "tracing shared code for ~S:~%  ~S"
352                            function-or-name
353                            fun))
354                    nil)
355                   ((:interpreted :interpreted-closure :funcallable-instance)
356                    t))
357                 (trace-info-encapsulated info)))
358            (loc (if encapsulated
359                     :encapsulated
360                     (sb-di:debug-fun-start-location debug-fun)))
361            (info (make-trace-info
362                   :what function-or-name
363                   :named named
364                   :encapsulated encapsulated
365                   :wherein (trace-info-wherein info)
366                   :condition (coerce-form (trace-info-condition info) loc)
367                   :break (coerce-form (trace-info-break info) loc)
368                   :print (coerce-form-list (trace-info-print info) loc)
369                   :break-after (coerce-form (trace-info-break-after info) nil)
370                   :condition-after
371                   (coerce-form (trace-info-condition-after info) nil)
372                   :print-after
373                   (coerce-form-list (trace-info-print-after info) nil))))
374
375       (dolist (wherein (trace-info-wherein info))
376         (unless (or (stringp wherein)
377                     (fboundp wherein))
378           (warn ":WHEREIN name ~S is not a defined global function."
379                 wherein)))
380
381       (cond
382        (encapsulated
383         (unless named
384           (error "can't use encapsulation to trace anonymous function ~S"
385                  fun))
386         (encapsulate function-or-name 'trace `(trace-call ',info)))
387        (t
388         (multiple-value-bind (start-fun cookie-fun)
389             (trace-start-breakpoint-fun info)
390           (let ((start (sb-di:make-breakpoint start-fun debug-fun
391                                               :kind :fun-start))
392                 (end (sb-di:make-breakpoint
393                       (trace-end-breakpoint-fun info)
394                       debug-fun :kind :fun-end
395                       :fun-end-cookie cookie-fun)))
396             (setf (trace-info-start-breakpoint info) start)
397             (setf (trace-info-end-breakpoint info) end)
398             ;; The next two forms must be in the order in which they
399             ;; appear, since the start breakpoint must run before the
400             ;; fun-end breakpoint's start helper (which calls the
401             ;; cookie function.) One reason is that cookie function
402             ;; requires that the CONDITIONP shared closure variable be
403             ;; initialized.
404             (sb-di:activate-breakpoint start)
405             (sb-di:activate-breakpoint end)))))
406
407       (setf (gethash fun *traced-funs*) info)))
408
409   function-or-name)
410 \f
411 ;;;; the TRACE macro
412
413 ;;; Parse leading trace options off of SPECS, modifying INFO
414 ;;; accordingly. The remaining portion of the list is returned when we
415 ;;; encounter a plausible function name.
416 (defun parse-trace-options (specs info)
417   (let ((current specs))
418     (loop
419       (when (endp current) (return))
420       (let ((option (first current))
421             (value (cons (second current) nil)))
422         (case option
423           (:report (error "stub: The :REPORT option is not yet implemented."))
424           (:condition (setf (trace-info-condition info) value))
425           (:condition-after
426            (setf (trace-info-condition info) (cons nil nil))
427            (setf (trace-info-condition-after info) value))
428           (:condition-all
429            (setf (trace-info-condition info) value)
430            (setf (trace-info-condition-after info) value))
431           (:wherein
432            (setf (trace-info-wherein info)
433                  (if (listp (car value)) (car value) value)))
434           (:encapsulate
435            (setf (trace-info-encapsulated info) (car value)))
436           (:break (setf (trace-info-break info) value))
437           (:break-after (setf (trace-info-break-after info) value))
438           (:break-all
439            (setf (trace-info-break info) value)
440            (setf (trace-info-break-after info) value))
441           (:print
442            (setf (trace-info-print info)
443                  (append (trace-info-print info) (list value))))
444           (:print-after
445            (setf (trace-info-print-after info)
446                  (append (trace-info-print-after info) (list value))))
447           (:print-all
448            (setf (trace-info-print info)
449                  (append (trace-info-print info) (list value)))
450            (setf (trace-info-print-after info)
451                  (append (trace-info-print-after info) (list value))))
452           (t (return)))
453         (pop current)
454         (unless current
455           (error "missing argument to ~S TRACE option" option))
456         (pop current)))
457     current))
458
459 ;;; Compute the expansion of TRACE in the non-trivial case (arguments
460 ;;; specified.) If there are no :FUNCTION specs, then don't use a LET.
461 ;;; This allows TRACE to be used without the full interpreter.
462 (defun expand-trace (specs)
463   (collect ((binds)
464             (forms))
465     (let* ((global-options (make-trace-info))
466            (current (parse-trace-options specs global-options)))
467       (loop
468         (when (endp current) (return))
469         (let ((name (pop current))
470               (options (copy-trace-info global-options)))
471           (cond
472            ((eq name :function)
473             (let ((temp (gensym)))
474               (binds `(,temp ,(pop current)))
475               (forms `(trace-1 ,temp ',options))))
476            ((and (keywordp name)
477                  (not (or (fboundp name) (macro-function name))))
478             (error "unknown TRACE option: ~S" name))
479            (t
480             (forms `(trace-1 ',name ',options))))
481           (setq current (parse-trace-options current options)))))
482
483     (if (binds)
484         `(let ,(binds) (list ,@(forms)))
485         `(list ,@(forms)))))
486
487 (defun %list-traced-funs ()
488   (loop for x being each hash-value in *traced-funs*
489         collect (trace-info-what x)))
490
491 (defmacro trace (&rest specs)
492   #+sb-doc
493   "TRACE {Option Global-Value}* {Name {Option Value}*}*
494    TRACE is a debugging tool that provides information when specified functions
495    are called. In its simplest form:
496        (trace Name-1 Name-2 ...)
497    (The Names are not evaluated.)
498
499    Options allow modification of the default behavior. Each option is a pair
500    of an option keyword and a value form. Global options are specified before
501    the first name, and affect all functions traced by a given use of TRACE.
502    Options may also be interspersed with function names, in which case they
503    act as local options, only affecting tracing of the immediately preceding
504    function name. Local options override global options.
505
506    By default, TRACE causes a printout on *TRACE-OUTPUT* each time that
507    one of the named functions is entered or returns. (This is the
508    basic, ANSI Common Lisp behavior of TRACE.) As an SBCL extension, the
509    :REPORT SB-EXT:PROFILE option can be used to instead cause information
510    to be silently recorded to be inspected later using the SB-EXT:PROFILE
511    function.
512
513    The following options are defined:
514
515    :REPORT Report-Type
516        If Report-Type is TRACE (the default) then information is reported
517        by printing immediately. If Report-Type is SB-EXT:PROFILE, information
518        is recorded for later summary by calls to SB-EXT:PROFILE. If
519        Report-Type is NIL, then the only effect of the trace is to execute
520        other options (e.g. PRINT or BREAK).
521
522    :CONDITION Form
523    :CONDITION-AFTER Form
524    :CONDITION-ALL Form
525        If :CONDITION is specified, then TRACE does nothing unless Form
526        evaluates to true at the time of the call. :CONDITION-AFTER is
527        similar, but suppresses the initial printout, and is tested when the
528        function returns. :CONDITION-ALL tries both before and after.
529
530    :BREAK Form
531    :BREAK-AFTER Form
532    :BREAK-ALL Form
533        If specified, and Form evaluates to true, then the debugger is invoked
534        at the start of the function, at the end of the function, or both,
535        according to the respective option. 
536
537    :PRINT Form
538    :PRINT-AFTER Form
539    :PRINT-ALL Form
540        In addition to the usual printout, the result of evaluating Form is
541        printed at the start of the function, at the end of the function, or
542        both, according to the respective option. Multiple print options cause
543        multiple values to be printed.
544
545    :WHEREIN Names
546        If specified, Names is a function name or list of names. TRACE does
547        nothing unless a call to one of those functions encloses the call to
548        this function (i.e. it would appear in a backtrace.)  Anonymous
549        functions have string names like \"DEFUN FOO\". 
550
551    :ENCAPSULATE {:DEFAULT | T | NIL}
552        If T, the tracing is done via encapsulation (redefining the function
553        name) rather than by modifying the function. :DEFAULT is the default,
554        and means to use encapsulation for interpreted functions and funcallable
555        instances, breakpoints otherwise. When encapsulation is used, forms are
556        *not* evaluated in the function's lexical environment, but SB-DEBUG:ARG
557        can still be used.
558
559    :FUNCTION Function-Form
560        This is a not really an option, but rather another way of specifying
561        what function to trace. The Function-Form is evaluated immediately,
562        and the resulting function is traced.
563
564    :CONDITION, :BREAK and :PRINT forms are evaluated in the lexical environment
565    of the called function; SB-DEBUG:VAR and SB-DEBUG:ARG can be used. The
566    -AFTER and -ALL forms are evaluated in the null environment."
567   (if specs
568       (expand-trace specs)
569       '(%list-traced-funs)))
570 \f
571 ;;;; untracing
572
573 ;;; Untrace one function.
574 (defun untrace-1 (function-or-name)
575   (let* ((fun (trace-fdefinition function-or-name))
576          (info (gethash fun *traced-funs*)))
577     (cond
578      ((not info)
579       (warn "Function is not TRACEd: ~S" function-or-name))
580      (t
581       (cond
582        ((trace-info-encapsulated info)
583         (unencapsulate (trace-info-what info) 'trace))
584        (t
585         (sb-di:delete-breakpoint (trace-info-start-breakpoint info))
586         (sb-di:delete-breakpoint (trace-info-end-breakpoint info))))
587       (setf (trace-info-untraced info) t)
588       (remhash fun *traced-funs*)))))
589
590 ;;; Untrace all traced functions.
591 (defun untrace-all ()
592   (dolist (fun (%list-traced-funs))
593     (untrace-1 fun))
594   t)
595
596 (defmacro untrace (&rest specs)
597   #+sb-doc
598   "Remove tracing from the specified functions. With no args, untrace all
599    functions."
600   (if specs
601       (collect ((res))
602         (let ((current specs))
603           (loop
604             (unless current (return))
605             (let ((name (pop current)))
606               (res (if (eq name :function)
607                        `(untrace-1 ,(pop current))
608                        `(untrace-1 ',name)))))
609           `(progn ,@(res) t)))
610       '(untrace-all)))