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client: Unbreak standalone build
[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 Code for IEEE Std 1003.1-2001 (POSIX.1-2001) with the X/Open System
364 Interfaces Extension.  This standard includes ISO/IEC 9899:1999 (C99)
365 by reference.
366
367 Some systems may have flaws that require work-arounds.  Use Autoconf
368 to detect the flaws, and isolate the system-specific code, e.g. by
369 providing a replacement function when the system's function is flawed.
370
371 Keeping the Windows build working may require extending src/lib/w32/.
372
373 Keep the client as portable as practical.  In particular, stick to
374 C89.
375
376 FIXME sizes, printf formats
377
378 FIXME reserved names
379
380 FIXME conditional compilation is a last resort
381
382
383 Robustness
384 ----------
385
386 Error checking
387
388 Check error conditions meticulously.  The existing code is bad enough
389 at this, please don't make it worse.
390
391 FIXME what to do on error
392
393 Sanity checking
394
395 In many places, the code checks for conditions that should not happen,
396 and then tries to recover.  This is sound defensive programming.
397 Please use CANT_HAPPEN() and CANT_REACH() for this purpose, because
398 they log the error condition, and optionally abort the program, or
399 write out a core dump.  This is called an "oops".
400
401 Buffer overruns
402
403 FIXME
404
405 Thread safety
406
407 Thread stacks cannot grow.  If you use too much automatic storage, you
408 can overrun the stack with disastrous consequences.  FIXME elaborate
409
410 Empire uses non-preemptive threads: a thread runs until it yields the
411 processor.  This simplifies programming, but there are still traps to
412 avoid.  Yielding the processor is an explicit thread operation, and
413 whether a thread operation yields is documented in empthread.h.
414 However, the operation may be buried in library code.
415
416 In particular, player input may yield.  Player output may yield only
417 if it goes to the current player, and his last command doesn't have
418 the C_MOD flag.  You can use this to simplify command code: set C_MOD
419 if you don't want to worry about yield on output.  This is commonly
420 done for commands that modify game state.
421
422 Be careful with static storage.  Read-only data is fine.  More than
423 one thread writing static data is problematic, but there are safe
424 uses.  For instance, a static scratch buffer that is never used across
425 `yields' is safe.
426
427 Yielding the processor invalidates *all* the game state you copied
428 into variables.  You have to reread and possibly recheck.  See below.
429
430 Accessing game state
431
432 Game state consists of several sets of objects, e.g. sectors, ships,
433 bmaps, ...  Each set is fully held in memory and backed by a file in
434 the data directory.
435
436 There are several ways to access an object in set FOO:
437
438 * You can get a pointer to the object (not a copy!) with getFOOp().
439
440   This is inherently dangerous, because it allows you to update the
441   object in memory without updating the disk file.  It's used mostly
442   in update code, where it pays major performance dividends, but there
443   are uses in other places.  Whether they are wise is debatable.
444
445   Obviously, the object can change when you let another thread run.
446   This is not an issue in update code, because it never yields.
447
448 * You can get a copy with getFOO() and write it back with putFOO().
449
450   Putting updates both the object in memory and the disk file.
451
452   Any change to the object invalidates the copy.  Putting such an
453   invalid copy will clobber the change(s) that invalidated it,
454   possibly resulting in corrupted game state.  The code oopses on such
455   puts, but it can't repair the damage.
456
457   There are two common ways to invalidate a copy: calling a function
458   that updates the object you copied (unless it does that through your
459   copy), and yielding the processor, which lets other threads update
460   the object you copied.
461
462   Therefore, you have to re-get after a possible invalidation, and
463   deal with changes.  In particular, if you checked whether the object
464   is suitable for a task, you need to check again after re-getting it.
465   If you can afford to bail out when something changed, use
466   check_FOO_ok().
467
468   Function comments should state what objects the function can update.
469   Unfortunately, they generally don't.
470
471   It's best to keep puts close to gets, both at runtime and in the
472   source code.
473
474 * Bmaps have special access functions.
475
476   Each country has two bmaps: the working bmap and the true bmap.
477   Unfortunately, the bmap code calls the former `bmap' and the latter
478   `map'.
479
480   You update bmaps with map_set().  This doesn't write through to the
481   file; instead, it returns non-zero when the update changed anything.
482   In that case, you must write bmaps to disk with writemap() before
483   you yield.  If you only updated the working bmap, then you can call
484   writebmap() instead.
485
486 Reading player input
487
488 Reading player input can fail, and you must check for that.
489 Neglecting it can break the interrupt feature for players (normally
490 Ctrl-C), and produce extra prompts that could confuse clients.  Even
491 worse is neglecting it in a loop that terminates only when input is
492 read successfully.
493
494 When reading input fails, you should normally abort the command with
495 status RET_SYN.  There are exceptions, e.g. when aborting a pinpoint
496 bombing run over the target.
497
498 Some functions to read player input return a special error value you
499 can check, e.g. recvclient(), prmptrd() and uprmptrd() return a
500 negative value, getstring() and getstarg() return NULL.
501
502 Others return the same error value for failed read and for successful
503 read of input that is invalid.  Then you need to check
504 player->aborted; if it is set after a read, the read failed.
505
506 \f
507 Historical guidelines, superseded by the above
508
509
510 Remarks from Dave Pare:
511
512 And now, a few editorial remarks on my views on Good Techniques for
513 Modifying Existing Software:
514
515 My safari through the hot and bug-ridden jungle that Empire has become
516 has given me some new insights on the modification of large software
517 packages.  My adventure has prompted me to propose some simple coding
518 guidelines for those dreaming of hacking on the code:
519
520 1) Be invisible.  When you make a change, think not about marking your
521 place in history, or about showing off how much nicer your two-space
522 tabs are than those old, icky eight-space tabs that the stupid empire
523 hackers of old used, but think instead about the asethetics of the whole.
524 The resulting lines of code should flow smoothly from the beginning of the
525 procedure to the end.  Empire is 60,000 lines of code.  If you're the
526 general case, you're only changing fifty lines, so be aware of that.
527
528 2) Procedurize.  If you find yourself in a triple-nested loop, or a five
529 hundred line procedure, perhaps it's because you need to split some of
530 that code off into a procedure.  In general, if you've got more than two
531 levels of tabs (or indentations), or more than one or two major loops in
532 a procedure, something may well be amiss.
533
534
535 Sasha Mikheev on indentation:
536
537 The empire indentation style can be achived by using
538 indent -orig -i8 foo.c
539
540 or in old c-mode emacs (versions before 19.29):
541 ;add this to .emacs
542 (setq c-indent-level 8)
543 (setq c-continued-statement-offset 8)
544 (setq c-argdecl-indent 8)
545 (setq c-brace-offset -8)
546 (setq c-label-offset -8)
547
548
549 Further comments by Ken Stevens:
550
551 1) Global variables
552 The only variables which should be global are constants.  If you write
553 a routine which changes a global variable, then you will corrupt the
554 data when two different players run that routine at the same time.
555
556 2) Portability.
557 The following code:
558                 char    a;
559         #ifdef FOO
560                 unsigned char b;
561         #endif FOO
562 Should be rewritten as:
563                 s_char  a;
564         #ifdef FOO
565                 u_char  b;
566         #endif /* FOO */
567
568 AIX has different conventions for signed chars, and IRIX requires the
569 /* comments */ after #endif.
570
571 3) Cut-and-Paste
572 Cut-and-Paste coding is by far the biggest problem that the current
573 Empire suffers from.  This is how cut-and-paste coding happens.  Joe
574 Shmuck decides that he wants to add a new function to the server.  So
575 he goes hunting through the server to find some already existing code
576 which does something similar to what he wants to do.  This is good.
577 You should always write new code to imitate old code.  What is bad is
578 when Joe Shmuck decides to simply "copy" 200 lines of code from the old
579 function into his new function, and then just change a couple of
580 little things here and there to suit his needs.  This method, known as
581 Cut-and-Paste coding is the fastest and easiest way to code.  However,
582 it results in a server that is impossible to maintain.  What Joe
583 _should_ have done, is "move" the 200 lines of code into a new _third_
584 function which the first two both call.  This is called writing a
585 "general solution" to handle both cases.  Most of my work in the
586 Empire2 project consisted in cleaning up after a bonch of Joe Shmucks.
587 I took repeated code and "consolidated" it into general function
588 libraries.
589
590 4) Good style.
591 Just to add to Dave's "Be Invisible" motto, I'd like to give a little
592 example to illustrate some basic do's and don'ts for coding style:
593
594 The following function has bad style:
595
596 double att_combat_eff(com,own)
597 struct combat *com;
598 natid own;{
599   double str;
600   double eff=1.0;
601   if(com->type==EF_SECTOR)
602   {
603     eff=com->eff/100.0;
604     if(com->own==own){
605       str=com->sct_dcp->d_ostr;
606     }else{
607 str=com->sct_dcp->d_dstr;eff=2.0+(str-2.0)*eff;
608     }else if(com->type==EF_SHIP&&com->own!=own)
609       eff=(1.0+com->shp_mcp->m_armor/100.0);
610   return eff;}
611
612 Here is the same function written with "good" style:
613
614 double
615 att_combat_eff(com, own)
616         struct  combat *com;
617         natid   own;
618 {
619         double  eff = 1.0;
620         double  str;
621
622         if (com->type == EF_SECTOR) {
623                 eff = com->eff / 100.0;
624                 if (com->own == own)
625                         str = com->sct_dcp->d_ostr;
626                 else
627                         str = com->sct_dcp->d_dstr;
628                 eff = 2.0 + (str - 2.0) * eff;
629         } else if (com->type == EF_SHIP && com->own != own)
630                 eff = (1.0 + com->shp_mcp->m_armor / 100.0);
631
632         return eff;
633 }
634
635 These are all the things I fixed when changing the bad to the good:
636 - Function names should always start a new line (so you can search for them)
637 - There should always be a space after a ","
638 - Function arguments should be indented 8 spaces
639 - There should always be a tab after a type declaration
640 - Opening function bracket should be on a line by itself
641 - Indentation should be 8 spaces
642 - There should always be a space on both sides of every operator
643 - There should always be a space after if, for, while, switch
644 - The opening bracket should be on the same line as the if
645 - There should always be a space on either side of a {
646 - There should always be a new line after a ;
647 - The closing function bracket should be on a line by itself