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New section on booleans. Elaborate thread safety.
[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
48 Source tree organization
49 ------------------------
50
51 FIXME
52
53
54 Code formatting
55 ---------------
56
57     In My Egotistical Opinion, most people's C programs should be
58     indented six feet downward and covered with dirt."
59         -- Blair P. Houghton
60
61 Over the years, enough Empire coders lacked the good taste to preserve
62 the style of the original Empire code in their changes, and thus
63 turned the source code into an unreadable mess.  In 2003, we fed it to
64 GNU indent.
65
66 We tried to restore things to the original style, mostly.  There is
67 one noteable change: basic indentation is now four spaces.  Restoring
68 the original eight spaces would have resulted in many more long lines,
69 which would have to be broken by indent.  Since indent isn't good at
70 breaking lines tastefully, we reluctantly chose four instead.
71
72 FIXME mention src/scripts/intend-emp, even better: convert it into an
73 indent profile and mention that.
74
75 If you use Emacs, `stroustrup' indentation style produces satisfactory
76 results.  The command `c-set-style', normally bound to `C-c .', lets
77 you set the style for the current buffer.  Set variable
78 `c-default-style' to "stroustrup" to switch to this style for all
79 buffers.
80
81 Tab character use
82
83 Whether you use tab characters or not doesn't really matter that much,
84 but tab stops are every eight characters, period.
85
86 Indentation, placement of braces, function name
87
88 Basic indentation is four spaces.  The opening brace goes on the same
89 line as `if', `struct', etc.  Put `else' and do loops' `while' one the
90 same line as the closing brace.  You are encouraged to leave out
91 syntactically optional braces.  Don't indent case labels.
92
93 Example:
94
95         if (is_fubar())
96             despair();
97         else {
98             do {
99                 char ch = getchar();
100                 switch (ch) {
101                 case EOF:
102                     return;
103                 case '\n':
104                     break;
105                 default:
106                     grind_along(ch);
107                 }
108             } while (happy());
109         }
110
111 In a function definition, the return type, function name and the
112 braces must all start on a new line, unindented, like this:
113
114         type
115         name(arguments)
116         {
117             body
118         }
119
120 This does not apply to function declarations.
121
122 Breaking long lines
123
124 Line length should not exceed 75 characters.  Break such lines at a
125 logical place, preferably before an operator with low precedence.
126 Line up the continuation line with the innermost unclosed parenthesis,
127 if there is one, else indent it four spaces.
128
129 Example:
130
131         FIXME
132
133 Bad example:
134
135         FIXME
136
137 Blank lines
138
139 Use blank lines to separate different things.  Functions must be
140 separated by a blank line.  You are encouraged to insert a blank line
141 between a block's declarations and statements.
142
143 Spaces
144
145 There is a space after `for', `if', and `while'.  If `for' and `while'
146 are followed by `;' (empty loop body) on the same line, there is a
147 space before the `;'.  There is no space between the function name and
148 the `(', but there is a space after each `,'.  There should be no
149 space between type cast operator and operand.  There is no extra space
150 after '(' and before ')'.
151
152 Example:
153
154         for (p = s; *p; ++p) ;
155         printf("%ld\n", (long)(p-s));
156
157 Comments
158
159 The function comment describing what a function does goes directly
160 above the definition.
161
162 Comments to the right of code should start in column 32 if possible
163 (counting from zero).
164
165 Comment lines should be indented exactly like the code the belong to.
166
167 You are encouraged to format multi-line comments like this:
168
169         /*
170          * Please use complete sentences, with proper grammer,
171          * capitalization and punctuation.  Use two spaces between
172          * sentences.
173          */
174
175 But please avoid elaborate boxes like this:
176
177         /***********************************************************
178          * Such decorations are a waste of time, hard to edit, and *
179          * ugly, too.                                              *
180          ***********************************************************/
181
182 Do not use
183
184         // C++/C99 comments
185
186 because they are not portable C89.
187
188
189 Conditional compilation
190
191 Unless the conditional code is very short, please comment it like
192 this:
193
194         #ifdef FOO
195         ...
196         #endif /* FOO */
197
198         #ifdef BAR
199         ...
200         #else  /* !BAR */
201         ...
202         #endif /* !BAR */
203
204
205 Style
206 -----
207
208 Names
209
210 DoNotUseStudlyCaps!  Stick to lower_case and use underscores.  Upper
211 case is for macros and enumeration constants.
212
213 File names should not differ in case only, since not all file systems
214 distinguish case.  Best stick to lower case.  Avoid funny characters
215 in file names.  This includes space.
216
217 Preprocessor
218
219 Like many good things, the preprocessor is best used sparingly.
220 Especially conditional compilation.
221
222 Do not use the preprocessor to `improve' the syntax of C!
223
224 Macro names should be ALL_CAPS to make them stand out.  Otherwise,
225 they can be mistaken for objects or functions.  This is bad, because
226 `interesting' behavior can hide inside macros, like not evaluating
227 arguments, or changing them.  Exception: if a function-like macro
228 behaves exactly like a function, then you may use a lower case name.
229
230 Parameters that can take expression arguments must be parenthesized in
231 the expansion.  If the expansion is an expression, it should be
232 parenthesized as well.
233
234 You are encouraged to use enumeration constants instead of macros when
235 possible.  The existing code doesn't, but it makes sense all the same.
236
237 Comments
238
239 Every file should have a file comment FIXME
240
241 Every function should have a function comment that describes what it
242 does.  FIXME elaborate.  Writing such comments helps both future
243 maintainers and yourself: if it's too hard to write a concise function
244 comment, then your function is likely too complicated and could use a
245 redesign.
246
247 The existing code has very little useful comments, and it'll likely
248 take us years to fix it.  Please don't make it harder than it already
249 is.
250
251 Declarations
252
253 Do not declare system functions yourself; include the appropriate
254 system header.
255
256 Use prototypes, not old-style function declarations.
257
258 To get the best use of C's type checking, each function or variable
259 with external linkage should have exactly one declaration, in some
260 header file, and that declaration must be in scope at the definition.
261 No other declarations should exist.  In particular, please include the
262 appropriate header instead of just declaring stuff again.  The code
263 used to be full of this kind of junk, and it was quite some work to
264 clean it up.
265
266 Forward declarations of static functions should all go in one place
267 near the beginning of the file.
268
269 If you want a typedef name in addition to a structure or union tag,
270 give it the same name, like this:
271
272         typedef struct foo foo;
273
274 Yes, this is incompatble with C++.  Reducing the number of names for
275 the same thing is more useful than compatibility to a programming
276 language we don't use.
277
278 Please don't hide away pointers with typedefs, like this:
279
280        typedef struct foo *foop;
281
282 When I see `foo *', I *know* what it is.  When I see `foop', I have to
283 look it up.
284
285 Booleans
286
287 Do not use increment operators to set a variable to logical true!  It
288 obfuscates the purpose, and narrow variables could even overflow.
289 Just assign 1.  A lot of cleanup remains to be done there.
290
291 Type casts
292
293 Casting pointers to and from `void *' clutters the code and serves no
294 purpose (repeat after me: C is not C++).  It is also unsafe, because
295 the cast suppresses type warnings.
296
297 Casting function values to void clutters the code and serves little
298 purpose (repeat after me: C is not Pascal).
299
300 Casting an argument to the type of the parameter clutters the code and
301 serves no purpose (repeat after me: ISO C is not K&R C).
302
303 Factor out common code
304
305 Do not gratuitiously duplicate code!  Ken Stevens said it well, and
306 it's as relevant as ever:
307
308   Cut-and-Paste coding is by far the biggest problem that the current
309   Empire suffers from.  This is how cut-and-paste coding happens.  Joe
310   Shmuck decides that he wants to add a new function to the server.
311   So he goes hunting through the server to find some already existing
312   code which does something similar to what he wants to do.  This is
313   good.  You should always write new code to imitate old code.  What
314   is bad is when Joe Shmuck decides to simply "copy" 200 lines of code
315   from the old function into his new function, and then just change a
316   couple of little things here and there to suit his needs.  This
317   method, known as Cut-and-Paste coding is the fastest and easiest way
318   to code.  However, it results in a server that is impossible to
319   maintain.  What Joe _should_ have done, is "move" the 200 lines of
320   code into a new _third_ function which the first two both call.
321   This is called writing a "general solution" to handle both cases.
322   Most of my work in the Empire2 project consisted in cleaning up
323   after a bunch of Joe Shmucks.
324
325
326 Portability
327 -----------
328
329 FIXME C89, POSIX
330
331 FIXME sizes, printf formats
332
333 FIXME reserved names
334
335 FIXME conditional compilation is a last resort
336
337 FIXME s_char
338
339
340 Robustness
341 ----------
342
343 Error checking
344
345 Check error conditions meticulously.  The existing code is bad enough
346 at this, please don't make it worse.
347
348 FIXME what to do on error
349
350 Buffer overruns
351
352 FIXME
353
354 Thread safety
355
356 Thread stacks cannot grow.  If you use too much automatic storage, you
357 can overrun the stack with disastrous consequences.  FIXME elaborate
358
359 Empire uses non-preemptive threads: a thread runs until it yields the
360 processor.  This simplifies programming, but there are still traps to
361 avoid.  Yielding the processor is an explicit thread operation, and
362 whether a thread operation yields is documented in empthread.h.
363 However, the operation may be buried in library code.
364
365 In particular, player input may yield.  Player output may yield only
366 if it goes to the current player, and his last command doesn't have
367 the C_MOD flag.  You can use this to simplify command code: set C_MOD
368 if you don't want to worry about yield on output.  This is commonly
369 done for commands that modify game state.
370
371 Be careful with static storage.  Read-only data is fine.  More than
372 one thread writing static data is problematic, but there are safe
373 uses.  For instance, a static scratch buffer that is never used across
374 `yields' is safe.
375
376 Yielding the processor invalidates *all* the game state you copied
377 into variables.  You have to reread and possibly recheck.  See below.
378
379 Accessing game state
380
381 Game state consists of several sets of objects, e.g. sectors, ships,
382 bmaps, ...  Each set is fully held in memory and backed by a file in
383 the data directory.
384
385 There are several ways to access an object in set FOO:
386
387 * You can get a pointer to the object (not a copy!) with getFOOp().
388
389   This is inherently dangerous, because it allows you to update the
390   object in memory without updating the disk file.  It's used mostly
391   in update code, where it pays major performance dividends, but there
392   are uses in other places.  Whether they are wise is debatable.
393
394   Obviously, the object can change when you let another thread run.
395   This is not an issue in update code, because it never yields.
396
397 * You can get a copy with getFOO() and write it back with putFOO().
398
399   Yielding the processor invalidates the copy.  In particular, if you
400   yield the processor between get and put, and another thread changes
401   the game data, then put will clobber that change, possibly resulting
402   in a corrupted game.
403
404   Therefore, you have to re-get after a yield, and repeat any checks
405   you already made.  If you can afford to bail out when something
406   changed at all, use check_FOO_ok().
407
408   Putting updates both the object in memory and the disk file.
409
410   If you write a function that takes a pointer to an object, think
411   twice before you put it, and if you do, mention it in the function
412   comment.
413
414 * Bmaps have special access functions.
415
416   Each country has two bmaps: the working bmap and the true bmap.
417   Unfortunately, the bmap code calls the former `bmap' and the latter
418   `map'.
419
420   You update bmaps with map_set().  This doesn't write through to the
421   file; instead, it returns non-zero when the update changed anything.
422   In that case, you must write bmaps to disk with writemap() before
423   you yield.  If you only updated the working bmap, then you can call
424   writebmap() instead.
425
426
427 CVS
428 ---
429
430 Commit related changes together, unrelated changes separately.
431
432 See chapter Change Logs in the GNU coding standards for guidelines on
433 log messages.  Try http://www.gnu.org/prep/standards_40.html#SEC40 or
434 search the web for `gnu coding standards change logs'.
435
436 Don't change whitespace gratuitiously, say just because your editor
437 screws up tabs.  Such changes make it much harder to figure out who
438 changed what and when.
439
440 \f
441 Historical guidelines, superseded by the above
442
443
444 Remarks from Dave Pare:
445
446 And now, a few editorial remarks on my views on Good Techniques for
447 Modifying Existing Software:
448
449 My safari through the hot and bug-ridden jungle that Empire has become
450 has given me some new insights on the modification of large software
451 packages.  My adventure has prompted me to propose some simple coding
452 guidelines for those dreaming of hacking on the code:
453
454 1) Be invisible.  When you make a change, think not about marking your
455 place in history, or about showing off how much nicer your two-space
456 tabs are than those old, icky eight-space tabs that the stupid empire
457 hackers of old used, but think instead about the asethetics of the whole.
458 The resulting lines of code should flow smoothly from the beginning of the
459 procedure to the end.  Empire is 60,000 lines of code.  If you're the
460 general case, you're only changing fifty lines, so be aware of that.
461
462 2) Procedurize.  If you find yourself in a triple-nested loop, or a five
463 hundred line procedure, perhaps it's because you need to split some of
464 that code off into a procedure.  In general, if you've got more than two
465 levels of tabs (or indentations), or more than one or two major loops in
466 a procedure, something may well be amiss.
467
468
469 Sasha Mikheev on indentation:
470
471 The empire indentation style can be achived by using 
472 indent -orig -i8 foo.c
473
474 or in old c-mode emacs (versions before 19.29):
475 ;add this to .emacs
476 (setq c-indent-level 8)
477 (setq c-continued-statement-offset 8)
478 (setq c-argdecl-indent 8)
479 (setq c-brace-offset -8)
480 (setq c-label-offset -8)
481
482
483 Further comments by Ken Stevens:
484
485 1) Global variables
486 The only variables which should be global are constants.  If you write
487 a routine which changes a global variable, then you will corrupt the
488 data when two different players run that routine at the same time.
489
490 2) Portability.
491 The following code:
492                 char    a;
493         #ifdef FOO
494                 unsigned char b;
495         #endif FOO
496 Should be rewritten as:
497                 s_char  a;
498         #ifdef FOO
499                 u_char  b;
500         #endif /* FOO */
501
502 AIX has different conventions for signed chars, and IRIX requires the
503 /* comments */ after #endif.
504
505 3) Cut-and-Paste
506 Cut-and-Paste coding is by far the biggest problem that the current
507 Empire suffers from.  This is how cut-and-paste coding happens.  Joe
508 Shmuck decides that he wants to add a new function to the server.  So
509 he goes hunting through the server to find some already existing code
510 which does something similar to what he wants to do.  This is good.
511 You should always write new code to imitate old code.  What is bad is
512 when Joe Shmuck decides to simply "copy" 200 lines of code from the old
513 function into his new function, and then just change a couple of
514 little things here and there to suit his needs.  This method, known as
515 Cut-and-Paste coding is the fastest and easiest way to code.  However,
516 it results in a server that is impossible to maintain.  What Joe
517 _should_ have done, is "move" the 200 lines of code into a new _third_
518 function which the first two both call.  This is called writing a
519 "general solution" to handle both cases.  Most of my work in the
520 Empire2 project consisted in cleaning up after a bonch of Joe Shmucks.
521 I took repeated code and "consolidated" it into general function
522 libraries.
523
524 4) Good style.
525 Just to add to Dave's "Be Invisible" motto, I'd like to give a little
526 example to illustrate some basic do's and don'ts for coding style:
527
528 The following function has bad style:
529
530 double att_combat_eff(com,own)
531 struct combat *com;
532 natid own;{
533   double str;
534   double eff=1.0;
535   if(com->type==EF_SECTOR)
536   {
537     eff=com->eff/100.0;
538     if(com->own==own){
539       str=com->sct_dcp->d_ostr;
540     }else{
541 str=com->sct_dcp->d_dstr;eff=2.0+(str-2.0)*eff;
542     }else if(com->type==EF_SHIP&&com->own!=own)
543       eff=(1.0+com->shp_mcp->m_armor/100.0);
544   return eff;}
545
546 Here is the same function written with "good" style:
547
548 double
549 att_combat_eff(com, own)
550         struct  combat *com;
551         natid   own;
552 {
553         double  eff = 1.0;
554         double  str;
555
556         if (com->type == EF_SECTOR) {
557                 eff = com->eff / 100.0;
558                 if (com->own == own)
559                         str = com->sct_dcp->d_ostr;
560                 else
561                         str = com->sct_dcp->d_dstr;
562                 eff = 2.0 + (str - 2.0) * eff;
563         } else if (com->type == EF_SHIP && com->own != own)
564                 eff = (1.0 + com->shp_mcp->m_armor / 100.0);
565
566         return eff;
567 }
568
569 These are all the things I fixed when changing the bad to the good:
570 - Function names should always start a new line (so you can search for them)
571 - There should always be a space after a ","
572 - Function arguments should be indented 8 spaces
573 - There should always be a tab after a type declaration
574 - Opening function bracket should be on a line by itself
575 - Indentation should be 8 spaces
576 - There should always be a space on both sides of every operator
577 - There should always be a space after if, for, while, switch
578 - The opening bracket should be on the same line as the if
579 - There should always be a space on either side of a {
580 - There should always be a new line after a ;
581 - The closing function bracket should be on a line by itself
582
583