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Clarify build requirements
[empserver] / doc / coding
1                 Guidelines for Writing Empire Code
2
3              compiled and edited by Markus Armbruster
4
5 Preface
6 -------
7
8 Empire is an old program, and the age shows in places.  It took a lot
9 of people a lot of effort to write it.  Chances are that some of them
10 were smarter than you and me.  Treat the code with the respect it
11 deserves.
12
13 These guidelines are just that: guidelines.  Not law.  There's no
14 Empire Coding Police.  People hacked on Empire code long before I knew
15 it existed, and I hope they still will when I fade into Empire
16 history.  But there's substantial experience behind these guidelines,
17 so don't dismiss them cavalierly.
18
19 Here's our goal: algorithmic clarity.  All the rules and guidelines
20 are subservient to it.  If you'd have to obfuscate your code to
21 satisfy the letter of some guideline, don't!
22
23 Mind, I said `clarity', not `self-realization' or `expression of your
24 individuality'.  Dave Pare wrote:
25
26   Be invisible.  When you make a change, think not about marking your
27   place in history, or about showing off how much nicer your two-space
28   tabs are than those old, icky eight-space tabs that the stupid
29   empire hackers of old used, but think instead about the aesthetics
30   of the whole.  The resulting lines of code should flow smoothly from
31   the beginning of the procedure to the end.  Empire is 60,000 lines
32   of code.  If you're the general case, you're only changing fifty
33   lines, so be aware of that.
34
35 Some guidelines are more serious than others.  When I use words like
36 `is', `shall' or `must', I mean it.  When I write `should', it's a
37 recommendation.
38
39 Many guidelines concern style, i.e. they involve matters of taste.
40 That's how it has to be.  Uniformity of style is important for
41 clarity.
42
43 These guidelines don't attempt to be exhaustive.  More complete
44 guidelines that are mostly compatible with Empire can be found at
45 <http://www.jetcafe.org/~jim/c-style.html>.
46
47 See also doc/contributing.
48
49
50 Source tree organization
51 ------------------------
52
53 FIXME
54
55
56 Code formatting
57 ---------------
58
59     In My Egotistical Opinion, most people's C programs should be
60     indented six feet downward and covered with dirt."
61         -- Blair P. Houghton
62
63 Over the years, enough Empire coders lacked the good taste to preserve
64 the style of the original Empire code in their changes, and thus
65 turned the source code into an unreadable mess.  In 2003, we fed it to
66 GNU indent.
67
68 We tried to restore things to the original style, mostly.  There is
69 one notable change: basic indentation is now four spaces.  Restoring
70 the original eight spaces would have resulted in many more long lines,
71 which would have to be broken by indent.  Since indent isn't good at
72 breaking lines tastefully, we reluctantly chose four instead.
73
74 FIXME mention src/scripts/intend-emp, even better: convert it into an
75 indent profile and mention that.
76
77 If you use Emacs, `stroustrup' indentation style produces satisfactory
78 results.  The command `c-set-style', normally bound to `C-c .', lets
79 you set the style for the current buffer.  Set variable
80 `c-default-style' to "stroustrup" to switch to this style for all
81 buffers.
82
83 Avoid gratuitous space change
84
85 Don't change whitespace gratuitiously, say just because your editor
86 screws up tabs.  Such changes make it much harder to figure out who
87 changed what and when.
88
89 TAB character use
90
91 Whether you use TAB characters or not doesn't really matter that much,
92 but TAB stops are every eight characters, period.
93
94 Indentation, placement of braces, function name
95
96 Basic indentation is four spaces.  The opening brace goes on the same
97 line as `if', `struct', etc.  Put `else' and do loops' `while' one the
98 same line as the closing brace.  You are encouraged to leave out
99 syntactically optional braces.  Don't indent case labels.
100
101 Example:
102
103         if (is_fubar())
104             despair();
105         else {
106             do {
107                 char ch = getchar();
108                 switch (ch) {
109                 case EOF:
110                     return;
111                 case '\n':
112                     break;
113                 default:
114                     grind_along(ch);
115                 }
116             } while (happy());
117         }
118
119 In a function definition, the return type, function name and the
120 braces must all start on a new line, unindented, like this:
121
122         type
123         name(arguments)
124         {
125             body
126         }
127
128 This does not apply to function declarations.
129
130 Breaking long lines
131
132 Line length should not exceed 75 characters.  Break such lines at a
133 logical place, preferably before an operator with low precedence.
134 Line up the continuation line with the innermost unclosed parenthesis,
135 if there is one, else indent it four spaces.
136
137 Example:
138
139         FIXME
140
141 Bad example:
142
143         FIXME
144
145 Blank lines
146
147 Use blank lines to separate different things.  Functions must be
148 separated by a blank line.  You are encouraged to insert a blank line
149 between a block's declarations and statements.
150
151 Spaces
152
153 There is a space after `for', `if', and `while'.  If `for' and `while'
154 are followed by `;' (empty loop body) on the same line, there is a
155 space before the `;'.  There is no space between the function name and
156 the `(', but there is a space after each `,'.  There should be no
157 space between type cast operator and operand.  There is no extra space
158 after '(' and before ')'.
159
160 Example:
161
162         for (p = s; *p; ++p) ;
163         printf("%ld\n", (long)(p-s));
164
165 Comments
166
167 The function comment describing what a function does goes directly
168 above the definition.
169
170 Comments to the right of code should start in column 32 if possible
171 (counting from zero).
172
173 Comment lines should be indented exactly like the code they belong to.
174
175 You are encouraged to format multi-line comments like this:
176
177         /*
178          * Please use complete sentences, with proper grammar,
179          * capitalization and punctuation.  Use two spaces between
180          * sentences.
181          */
182
183 But please avoid elaborate boxes like this:
184
185         /***********************************************************
186          * Such decorations are a waste of time, hard to edit, and *
187          * ugly, too.                                              *
188          ***********************************************************/
189
190 Do not use
191
192         // C++/C99 comments
193
194 Conditional compilation
195
196 Unless the conditional code is very short, please comment it like
197 this:
198
199         #ifdef FOO
200         ...
201         #endif /* FOO */
202
203         #ifdef BAR
204         ...
205         #else  /* !BAR */
206         ...
207         #endif /* !BAR */
208
209
210 Style
211 -----
212
213 Names
214
215 DoNotUseStudlyCaps!  Stick to lower_case and use underscores.  Upper
216 case is for macros and enumeration constants.
217
218 File names should not differ in case only, since not all file systems
219 distinguish case.  Best stick to lower case.  Avoid funny characters
220 in file names.  This includes space.
221
222 Preprocessor
223
224 Like many good things, the preprocessor is best used sparingly.
225 Especially conditional compilation.
226
227 Do not use the preprocessor to `improve' the syntax of C!
228
229 Macro names should be ALL_CAPS to make them stand out.  Otherwise,
230 they can be mistaken for objects or functions.  This is bad, because
231 `interesting' behavior can hide inside macros, like not evaluating
232 arguments, or changing them.  Exception: if a function-like macro
233 behaves exactly like a function, then you may use a lower case name.
234
235 Parameters that can take expression arguments must be parenthesized in
236 the expansion.  If the expansion is an expression, it should be
237 parenthesized as well.
238
239 You are encouraged to use enumeration constants instead of macros when
240 possible.  The existing code doesn't, but it makes sense all the same.
241
242 Comments
243
244 Every file should have a file comment FIXME
245
246 Every function should have a function comment that describes what it
247 does, unless it's blatantly obvious.  If the function is longer than a
248 few lines, it's almost certainly not obvious.
249
250 The function comment should serve as a contract: state the
251 preconditions, side effects, return values.  Make sure to cover error
252 conditions.
253
254 Writing such comments helps both future maintainers and yourself: when
255 writing a concise function comment is too hard, then your function is
256 likely too complicated and could use a redesign.
257
258 Use @param to refer to parameters.  Use func() to refer to functions
259 or function-like macros.  Use arr[] to refer to arrays.  This is to
260 make the references stand out and to avoid ambiguity.
261
262 Example:
263
264     /*
265      * Read update schedule from file @fname.
266      * Put the first @n-1 updates after @t0 into @sched[] in ascending order,
267      * terminated with a zero.
268      * Use @anchor as initial anchor for anchor-relative times.
269      * Return 0 on success, -1 on failure.
270      */
271     int
272     read_schedule(char *fname, time_t sched[], int n, time_t t0, time_t anchor)
273
274 When documenting a struct or union, use @member to refer to its
275 members.
276
277 The existing code has very little useful comments, and it'll likely
278 take us years to fix it.  Please don't make it harder than it already
279 is.
280
281 Declarations
282
283 Do not declare system functions yourself; include the appropriate
284 system header.
285
286 Use prototypes, not old-style function declarations.
287
288 To get the best use of C's type checking, each function or variable
289 with external linkage should have exactly one declaration, in some
290 header file, and that declaration must be in scope at the definition.
291 No other declarations should exist.  In particular, please include the
292 appropriate header instead of just declaring stuff again.  The code
293 used to be full of this kind of junk, and it was quite some work to
294 clean it up.
295
296 Forward declarations of static functions should all go in one place
297 near the beginning of the file.
298
299 If you want a typedef name in addition to a structure or union tag,
300 give it the same name, like this:
301
302         typedef struct foo foo;
303
304 Yes, this is incompatible with C++.  Reducing the number of names for
305 the same thing is more useful than compatibility to a programming
306 language we don't use.
307
308 Please don't hide away pointers with typedefs, like this:
309
310        typedef struct foo *foop;
311
312 When I see `foo *', I *know* what it is.  When I see `foop', I have to
313 look it up.
314
315 Booleans
316
317 Do not use increment operators to set a variable to logical true!  It
318 obfuscates the purpose, and narrow variables could even overflow.
319 Just assign 1.  A lot of cleanup remains to be done there.
320
321 Null pointer constant
322
323 Please use NULL for clarity, not just 0.
324
325 Type casts
326
327 Casting pointers to and from `void *' clutters the code and serves no
328 purpose (repeat after me: C is not C++).  It is also unsafe, because
329 the cast suppresses type warnings.
330
331 Casting function values to void clutters the code and serves little
332 purpose (repeat after me: C is not Pascal).
333
334 Casting an argument to the type of the parameter clutters the code and
335 serves no purpose (repeat after me: ISO C is not K&R C).
336
337 Factor out common code
338
339 Do not gratuitously duplicate code!  Ken Stevens said it well, and
340 it's as relevant as ever:
341
342   Cut-and-Paste coding is by far the biggest problem that the current
343   Empire suffers from.  This is how cut-and-paste coding happens.  Joe
344   Shmuck decides that he wants to add a new function to the server.
345   So he goes hunting through the server to find some already existing
346   code which does something similar to what he wants to do.  This is
347   good.  You should always write new code to imitate old code.  What
348   is bad is when Joe Shmuck decides to simply "copy" 200 lines of code
349   from the old function into his new function, and then just change a
350   couple of little things here and there to suit his needs.  This
351   method, known as Cut-and-Paste coding is the fastest and easiest way
352   to code.  However, it results in a server that is impossible to
353   maintain.  What Joe _should_ have done, is "move" the 200 lines of
354   code into a new _third_ function which the first two both call.
355   This is called writing a "general solution" to handle both cases.
356   Most of my work in the Empire2 project consisted in cleaning up
357   after a bunch of Joe Shmucks.
358
359
360 Portability
361 -----------
362
363 FIXME C99, POSIX
364
365 FIXME sizes, printf formats
366
367 FIXME reserved names
368
369 FIXME conditional compilation is a last resort
370
371
372 Robustness
373 ----------
374
375 Error checking
376
377 Check error conditions meticulously.  The existing code is bad enough
378 at this, please don't make it worse.
379
380 FIXME what to do on error
381
382 Sanity checking
383
384 In many places, the code checks for conditions that should not happen,
385 and then tries to recover.  This is sound defensive programming.
386 Please use CANT_HAPPEN() and CANT_REACH() for this purpose, because
387 they log the error condition, and optionally abort the program, or
388 write out a core dump.  This is called an "oops".
389
390 Buffer overruns
391
392 FIXME
393
394 Thread safety
395
396 Thread stacks cannot grow.  If you use too much automatic storage, you
397 can overrun the stack with disastrous consequences.  FIXME elaborate
398
399 Empire uses non-preemptive threads: a thread runs until it yields the
400 processor.  This simplifies programming, but there are still traps to
401 avoid.  Yielding the processor is an explicit thread operation, and
402 whether a thread operation yields is documented in empthread.h.
403 However, the operation may be buried in library code.
404
405 In particular, player input may yield.  Player output may yield only
406 if it goes to the current player, and his last command doesn't have
407 the C_MOD flag.  You can use this to simplify command code: set C_MOD
408 if you don't want to worry about yield on output.  This is commonly
409 done for commands that modify game state.
410
411 Be careful with static storage.  Read-only data is fine.  More than
412 one thread writing static data is problematic, but there are safe
413 uses.  For instance, a static scratch buffer that is never used across
414 `yields' is safe.
415
416 Yielding the processor invalidates *all* the game state you copied
417 into variables.  You have to reread and possibly recheck.  See below.
418
419 Accessing game state
420
421 Game state consists of several sets of objects, e.g. sectors, ships,
422 bmaps, ...  Each set is fully held in memory and backed by a file in
423 the data directory.
424
425 There are several ways to access an object in set FOO:
426
427 * You can get a pointer to the object (not a copy!) with getFOOp().
428
429   This is inherently dangerous, because it allows you to update the
430   object in memory without updating the disk file.  It's used mostly
431   in update code, where it pays major performance dividends, but there
432   are uses in other places.  Whether they are wise is debatable.
433
434   Obviously, the object can change when you let another thread run.
435   This is not an issue in update code, because it never yields.
436
437 * You can get a copy with getFOO() and write it back with putFOO().
438
439   Putting updates both the object in memory and the disk file.
440
441   Any change to the object invalidates the copy.  Putting such an
442   invalid copy will clobber the change(s) that invalidated it,
443   possibly resulting in corrupted game state.  The code oopses on such
444   puts, but it can't repair the damage.
445
446   There are two common ways to invalidate a copy: calling a function
447   that updates the object you copied (unless it does that through your
448   copy), and yielding the processor, which lets other threads update
449   the object you copied.
450
451   Therefore, you have to re-get after a possible invalidation, and
452   deal with changes.  In particular, if you checked whether the object
453   is suitable for a task, you need to check again after re-getting it.
454   If you can afford to bail out when something changed, use
455   check_FOO_ok().
456
457   Function comments should state what objects the function can update.
458   Unfortunately, they generally don't.
459
460   It's best to keep puts close to gets, both at runtime and in the
461   source code.
462
463 * Bmaps have special access functions.
464
465   Each country has two bmaps: the working bmap and the true bmap.
466   Unfortunately, the bmap code calls the former `bmap' and the latter
467   `map'.
468
469   You update bmaps with map_set().  This doesn't write through to the
470   file; instead, it returns non-zero when the update changed anything.
471   In that case, you must write bmaps to disk with writemap() before
472   you yield.  If you only updated the working bmap, then you can call
473   writebmap() instead.
474
475 Reading player input
476
477 Reading player input can fail, and you must check for that.
478 Neglecting it can break the interrupt feature for players (normally
479 Ctrl-C), and produce extra prompts that could confuse clients.  Even
480 worse is neglecting it in a loop that terminates only when input is
481 read successfully.
482
483 When reading input fails, you should normally abort the command with
484 status RET_SYN.  There are exceptions, e.g. when aborting a pinpoint
485 bombing run over the target.
486
487 Some functions to read player input return a special error value you
488 can check, e.g. recvclient(), prmptrd() and uprmptrd() return a
489 negative value, getstring() and getstarg() return NULL.
490
491 Others return the same error value for failed read and for successful
492 read of input that is invalid.  Then you need to check
493 player->aborted; if it is set after a read, the read failed.
494
495 \f
496 Historical guidelines, superseded by the above
497
498
499 Remarks from Dave Pare:
500
501 And now, a few editorial remarks on my views on Good Techniques for
502 Modifying Existing Software:
503
504 My safari through the hot and bug-ridden jungle that Empire has become
505 has given me some new insights on the modification of large software
506 packages.  My adventure has prompted me to propose some simple coding
507 guidelines for those dreaming of hacking on the code:
508
509 1) Be invisible.  When you make a change, think not about marking your
510 place in history, or about showing off how much nicer your two-space
511 tabs are than those old, icky eight-space tabs that the stupid empire
512 hackers of old used, but think instead about the asethetics of the whole.
513 The resulting lines of code should flow smoothly from the beginning of the
514 procedure to the end.  Empire is 60,000 lines of code.  If you're the
515 general case, you're only changing fifty lines, so be aware of that.
516
517 2) Procedurize.  If you find yourself in a triple-nested loop, or a five
518 hundred line procedure, perhaps it's because you need to split some of
519 that code off into a procedure.  In general, if you've got more than two
520 levels of tabs (or indentations), or more than one or two major loops in
521 a procedure, something may well be amiss.
522
523
524 Sasha Mikheev on indentation:
525
526 The empire indentation style can be achived by using
527 indent -orig -i8 foo.c
528
529 or in old c-mode emacs (versions before 19.29):
530 ;add this to .emacs
531 (setq c-indent-level 8)
532 (setq c-continued-statement-offset 8)
533 (setq c-argdecl-indent 8)
534 (setq c-brace-offset -8)
535 (setq c-label-offset -8)
536
537
538 Further comments by Ken Stevens:
539
540 1) Global variables
541 The only variables which should be global are constants.  If you write
542 a routine which changes a global variable, then you will corrupt the
543 data when two different players run that routine at the same time.
544
545 2) Portability.
546 The following code:
547                 char    a;
548         #ifdef FOO
549                 unsigned char b;
550         #endif FOO
551 Should be rewritten as:
552                 s_char  a;
553         #ifdef FOO
554                 u_char  b;
555         #endif /* FOO */
556
557 AIX has different conventions for signed chars, and IRIX requires the
558 /* comments */ after #endif.
559
560 3) Cut-and-Paste
561 Cut-and-Paste coding is by far the biggest problem that the current
562 Empire suffers from.  This is how cut-and-paste coding happens.  Joe
563 Shmuck decides that he wants to add a new function to the server.  So
564 he goes hunting through the server to find some already existing code
565 which does something similar to what he wants to do.  This is good.
566 You should always write new code to imitate old code.  What is bad is
567 when Joe Shmuck decides to simply "copy" 200 lines of code from the old
568 function into his new function, and then just change a couple of
569 little things here and there to suit his needs.  This method, known as
570 Cut-and-Paste coding is the fastest and easiest way to code.  However,
571 it results in a server that is impossible to maintain.  What Joe
572 _should_ have done, is "move" the 200 lines of code into a new _third_
573 function which the first two both call.  This is called writing a
574 "general solution" to handle both cases.  Most of my work in the
575 Empire2 project consisted in cleaning up after a bonch of Joe Shmucks.
576 I took repeated code and "consolidated" it into general function
577 libraries.
578
579 4) Good style.
580 Just to add to Dave's "Be Invisible" motto, I'd like to give a little
581 example to illustrate some basic do's and don'ts for coding style:
582
583 The following function has bad style:
584
585 double att_combat_eff(com,own)
586 struct combat *com;
587 natid own;{
588   double str;
589   double eff=1.0;
590   if(com->type==EF_SECTOR)
591   {
592     eff=com->eff/100.0;
593     if(com->own==own){
594       str=com->sct_dcp->d_ostr;
595     }else{
596 str=com->sct_dcp->d_dstr;eff=2.0+(str-2.0)*eff;
597     }else if(com->type==EF_SHIP&&com->own!=own)
598       eff=(1.0+com->shp_mcp->m_armor/100.0);
599   return eff;}
600
601 Here is the same function written with "good" style:
602
603 double
604 att_combat_eff(com, own)
605         struct  combat *com;
606         natid   own;
607 {
608         double  eff = 1.0;
609         double  str;
610
611         if (com->type == EF_SECTOR) {
612                 eff = com->eff / 100.0;
613                 if (com->own == own)
614                         str = com->sct_dcp->d_ostr;
615                 else
616                         str = com->sct_dcp->d_dstr;
617                 eff = 2.0 + (str - 2.0) * eff;
618         } else if (com->type == EF_SHIP && com->own != own)
619                 eff = (1.0 + com->shp_mcp->m_armor / 100.0);
620
621         return eff;
622 }
623
624 These are all the things I fixed when changing the bad to the good:
625 - Function names should always start a new line (so you can search for them)
626 - There should always be a space after a ","
627 - Function arguments should be indented 8 spaces
628 - There should always be a tab after a type declaration
629 - Opening function bracket should be on a line by itself
630 - Indentation should be 8 spaces
631 - There should always be a space on both sides of every operator
632 - There should always be a space after if, for, while, switch
633 - The opening bracket should be on the same line as the if
634 - There should always be a space on either side of a {
635 - There should always be a new line after a ;
636 - The closing function bracket should be on a line by itself