]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - docs/ObjectiveCLiterals.rst
Vendor import of clang trunk r178860:
[FreeBSD/FreeBSD.git] / docs / ObjectiveCLiterals.rst
1 ====================
2 Objective-C Literals
3 ====================
4
5 Introduction
6 ============
7
8 Three new features were introduced into clang at the same time:
9 *NSNumber Literals* provide a syntax for creating ``NSNumber`` from
10 scalar literal expressions; *Collection Literals* provide a short-hand
11 for creating arrays and dictionaries; *Object Subscripting* provides a
12 way to use subscripting with Objective-C objects. Users of Apple
13 compiler releases can use these features starting with the Apple LLVM
14 Compiler 4.0. Users of open-source LLVM.org compiler releases can use
15 these features starting with clang v3.1.
16
17 These language additions simplify common Objective-C programming
18 patterns, make programs more concise, and improve the safety of
19 container creation.
20
21 This document describes how the features are implemented in clang, and
22 how to use them in your own programs.
23
24 NSNumber Literals
25 =================
26
27 The framework class ``NSNumber`` is used to wrap scalar values inside
28 objects: signed and unsigned integers (``char``, ``short``, ``int``,
29 ``long``, ``long long``), floating point numbers (``float``,
30 ``double``), and boolean values (``BOOL``, C++ ``bool``). Scalar values
31 wrapped in objects are also known as *boxed* values.
32
33 In Objective-C, any character, numeric or boolean literal prefixed with
34 the ``'@'`` character will evaluate to a pointer to an ``NSNumber``
35 object initialized with that value. C's type suffixes may be used to
36 control the size of numeric literals.
37
38 Examples
39 --------
40
41 The following program illustrates the rules for ``NSNumber`` literals:
42
43 .. code-block:: objc
44
45     void main(int argc, const char *argv[]) {
46       // character literals.
47       NSNumber *theLetterZ = @'Z';          // equivalent to [NSNumber numberWithChar:'Z']
48
49       // integral literals.
50       NSNumber *fortyTwo = @42;             // equivalent to [NSNumber numberWithInt:42]
51       NSNumber *fortyTwoUnsigned = @42U;    // equivalent to [NSNumber numberWithUnsignedInt:42U]
52       NSNumber *fortyTwoLong = @42L;        // equivalent to [NSNumber numberWithLong:42L]
53       NSNumber *fortyTwoLongLong = @42LL;   // equivalent to [NSNumber numberWithLongLong:42LL]
54
55       // floating point literals.
56       NSNumber *piFloat = @3.141592654F;    // equivalent to [NSNumber numberWithFloat:3.141592654F]
57       NSNumber *piDouble = @3.1415926535;   // equivalent to [NSNumber numberWithDouble:3.1415926535]
58
59       // BOOL literals.
60       NSNumber *yesNumber = @YES;           // equivalent to [NSNumber numberWithBool:YES]
61       NSNumber *noNumber = @NO;             // equivalent to [NSNumber numberWithBool:NO]
62
63     #ifdef __cplusplus
64       NSNumber *trueNumber = @true;         // equivalent to [NSNumber numberWithBool:(BOOL)true]
65       NSNumber *falseNumber = @false;       // equivalent to [NSNumber numberWithBool:(BOOL)false]
66     #endif
67     }
68
69 Discussion
70 ----------
71
72 NSNumber literals only support literal scalar values after the ``'@'``.
73 Consequently, ``@INT_MAX`` works, but ``@INT_MIN`` does not, because
74 they are defined like this:
75
76 .. code-block:: objc
77
78     #define INT_MAX   2147483647  /* max value for an int */
79     #define INT_MIN   (-2147483647-1) /* min value for an int */
80
81 The definition of ``INT_MIN`` is not a simple literal, but a
82 parenthesized expression. Parenthesized expressions are supported using
83 the `boxed expression <#objc_boxed_expressions>`_ syntax, which is
84 described in the next section.
85
86 Because ``NSNumber`` does not currently support wrapping ``long double``
87 values, the use of a ``long double NSNumber`` literal (e.g.
88 ``@123.23L``) will be rejected by the compiler.
89
90 Previously, the ``BOOL`` type was simply a typedef for ``signed char``,
91 and ``YES`` and ``NO`` were macros that expand to ``(BOOL)1`` and
92 ``(BOOL)0`` respectively. To support ``@YES`` and ``@NO`` expressions,
93 these macros are now defined using new language keywords in
94 ``&LT;objc/objc.h&GT;``:
95
96 .. code-block:: objc
97
98     #if __has_feature(objc_bool)
99     #define YES             __objc_yes
100     #define NO              __objc_no
101     #else
102     #define YES             ((BOOL)1)
103     #define NO              ((BOOL)0)
104     #endif
105
106 The compiler implicitly converts ``__objc_yes`` and ``__objc_no`` to
107 ``(BOOL)1`` and ``(BOOL)0``. The keywords are used to disambiguate
108 ``BOOL`` and integer literals.
109
110 Objective-C++ also supports ``@true`` and ``@false`` expressions, which
111 are equivalent to ``@YES`` and ``@NO``.
112
113 Boxed Expressions
114 =================
115
116 Objective-C provides a new syntax for boxing C expressions:
117
118 .. code-block:: objc
119
120     @( <expression> )
121
122 Expressions of scalar (numeric, enumerated, BOOL) and C string pointer
123 types are supported:
124
125 .. code-block:: objc
126
127     // numbers.
128     NSNumber *smallestInt = @(-INT_MAX - 1);  // [NSNumber numberWithInt:(-INT_MAX - 1)]
129     NSNumber *piOverTwo = @(M_PI / 2);        // [NSNumber numberWithDouble:(M_PI / 2)]
130
131     // enumerated types.
132     typedef enum { Red, Green, Blue } Color;
133     NSNumber *favoriteColor = @(Green);       // [NSNumber numberWithInt:((int)Green)]
134
135     // strings.
136     NSString *path = @(getenv("PATH"));       // [NSString stringWithUTF8String:(getenv("PATH"))]
137     NSArray *pathComponents = [path componentsSeparatedByString:@":"];
138
139 Boxed Enums
140 -----------
141
142 Cocoa frameworks frequently define constant values using *enums.*
143 Although enum values are integral, they may not be used directly as
144 boxed literals (this avoids conflicts with future ``'@'``-prefixed
145 Objective-C keywords). Instead, an enum value must be placed inside a
146 boxed expression. The following example demonstrates configuring an
147 ``AVAudioRecorder`` using a dictionary that contains a boxed enumeration
148 value:
149
150 .. code-block:: objc
151
152     enum {
153       AVAudioQualityMin = 0,
154       AVAudioQualityLow = 0x20,
155       AVAudioQualityMedium = 0x40,
156       AVAudioQualityHigh = 0x60,
157       AVAudioQualityMax = 0x7F
158     };
159
160     - (AVAudioRecorder *)recordToFile:(NSURL *)fileURL {
161       NSDictionary *settings = @{ AVEncoderAudioQualityKey : @(AVAudioQualityMax) };
162       return [[AVAudioRecorder alloc] initWithURL:fileURL settings:settings error:NULL];
163     }
164
165 The expression ``@(AVAudioQualityMax)`` converts ``AVAudioQualityMax``
166 to an integer type, and boxes the value accordingly. If the enum has a
167 :ref:`fixed underlying type <objc-fixed-enum>` as in:
168
169 .. code-block:: objc
170
171     typedef enum : unsigned char { Red, Green, Blue } Color;
172     NSNumber *red = @(Red), *green = @(Green), *blue = @(Blue); // => [NSNumber numberWithUnsignedChar:]
173
174 then the fixed underlying type will be used to select the correct
175 ``NSNumber`` creation method.
176
177 Boxing a value of enum type will result in a ``NSNumber`` pointer with a
178 creation method according to the underlying type of the enum, which can
179 be a :ref:`fixed underlying type <objc-fixed-enum>`
180 or a compiler-defined integer type capable of representing the values of
181 all the members of the enumeration:
182
183 .. code-block:: objc
184
185     typedef enum : unsigned char { Red, Green, Blue } Color;
186     Color col = Red;
187     NSNumber *nsCol = @(col); // => [NSNumber numberWithUnsignedChar:]
188
189 Boxed C Strings
190 ---------------
191
192 A C string literal prefixed by the ``'@'`` token denotes an ``NSString``
193 literal in the same way a numeric literal prefixed by the ``'@'`` token
194 denotes an ``NSNumber`` literal. When the type of the parenthesized
195 expression is ``(char *)`` or ``(const char *)``, the result of the
196 boxed expression is a pointer to an ``NSString`` object containing
197 equivalent character data, which is assumed to be '\\0'-terminated and
198 UTF-8 encoded. The following example converts C-style command line
199 arguments into ``NSString`` objects.
200
201 .. code-block:: objc
202
203     // Partition command line arguments into positional and option arguments.
204     NSMutableArray *args = [NSMutableArray new];
205     NSMutableDictionary *options = [NSMutableDictionary new];
206     while (--argc) {
207         const char *arg = *++argv;
208         if (strncmp(arg, "--", 2) == 0) {
209             options[@(arg + 2)] = @(*++argv);   // --key value
210         } else {
211             [args addObject:@(arg)];            // positional argument
212         }
213     }
214
215 As with all C pointers, character pointer expressions can involve
216 arbitrary pointer arithmetic, therefore programmers must ensure that the
217 character data is valid. Passing ``NULL`` as the character pointer will
218 raise an exception at runtime. When possible, the compiler will reject
219 ``NULL`` character pointers used in boxed expressions.
220
221 Availability
222 ------------
223
224 Boxed expressions will be available in clang 3.2. It is not currently
225 available in any Apple compiler.
226
227 Container Literals
228 ==================
229
230 Objective-C now supports a new expression syntax for creating immutable
231 array and dictionary container objects.
232
233 Examples
234 --------
235
236 Immutable array expression:
237
238 .. code-block:: objc
239
240     NSArray *array = @[ @"Hello", NSApp, [NSNumber numberWithInt:42] ];
241
242 This creates an ``NSArray`` with 3 elements. The comma-separated
243 sub-expressions of an array literal can be any Objective-C object
244 pointer typed expression.
245
246 Immutable dictionary expression:
247
248 .. code-block:: objc
249
250     NSDictionary *dictionary = @{
251         @"name" : NSUserName(),
252         @"date" : [NSDate date],
253         @"processInfo" : [NSProcessInfo processInfo]
254     };
255
256 This creates an ``NSDictionary`` with 3 key/value pairs. Value
257 sub-expressions of a dictionary literal must be Objective-C object
258 pointer typed, as in array literals. Key sub-expressions must be of an
259 Objective-C object pointer type that implements the
260 ``&LT;NSCopying&GT;`` protocol.
261
262 Discussion
263 ----------
264
265 Neither keys nor values can have the value ``nil`` in containers. If the
266 compiler can prove that a key or value is ``nil`` at compile time, then
267 a warning will be emitted. Otherwise, a runtime error will occur.
268
269 Using array and dictionary literals is safer than the variadic creation
270 forms commonly in use today. Array literal expressions expand to calls
271 to ``+[NSArray arrayWithObjects:count:]``, which validates that all
272 objects are non-``nil``. The variadic form,
273 ``+[NSArray arrayWithObjects:]`` uses ``nil`` as an argument list
274 terminator, which can lead to malformed array objects. Dictionary
275 literals are similarly created with
276 ``+[NSDictionary dictionaryWithObjects:forKeys:count:]`` which validates
277 all objects and keys, unlike
278 ``+[NSDictionary dictionaryWithObjectsAndKeys:]`` which also uses a
279 ``nil`` parameter as an argument list terminator.
280
281 Object Subscripting
282 ===================
283
284 Objective-C object pointer values can now be used with C's subscripting
285 operator.
286
287 Examples
288 --------
289
290 The following code demonstrates the use of object subscripting syntax
291 with ``NSMutableArray`` and ``NSMutableDictionary`` objects:
292
293 .. code-block:: objc
294
295     NSMutableArray *array = ...;
296     NSUInteger idx = ...;
297     id newObject = ...;
298     id oldObject = array[idx];
299     array[idx] = newObject;         // replace oldObject with newObject
300
301     NSMutableDictionary *dictionary = ...;
302     NSString *key = ...;
303     oldObject = dictionary[key];
304     dictionary[key] = newObject;    // replace oldObject with newObject
305
306 The next section explains how subscripting expressions map to accessor
307 methods.
308
309 Subscripting Methods
310 --------------------
311
312 Objective-C supports two kinds of subscript expressions: *array-style*
313 subscript expressions use integer typed subscripts; *dictionary-style*
314 subscript expressions use Objective-C object pointer typed subscripts.
315 Each type of subscript expression is mapped to a message send using a
316 predefined selector. The advantage of this design is flexibility: class
317 designers are free to introduce subscripting by declaring methods or by
318 adopting protocols. Moreover, because the method names are selected by
319 the type of the subscript, an object can be subscripted using both array
320 and dictionary styles.
321
322 Array-Style Subscripting
323 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
324
325 When the subscript operand has an integral type, the expression is
326 rewritten to use one of two different selectors, depending on whether
327 the element is being read or written. When an expression reads an
328 element using an integral index, as in the following example:
329
330 .. code-block:: objc
331
332     NSUInteger idx = ...;
333     id value = object[idx];
334
335 it is translated into a call to ``objectAtIndexedSubscript:``
336
337 .. code-block:: objc
338
339     id value = [object objectAtIndexedSubscript:idx];
340
341 When an expression writes an element using an integral index:
342
343 .. code-block:: objc
344
345     object[idx] = newValue;
346
347 it is translated to a call to ``setObject:atIndexedSubscript:``
348
349 .. code-block:: objc
350
351     [object setObject:newValue atIndexedSubscript:idx];
352
353 These message sends are then type-checked and performed just like
354 explicit message sends. The method used for objectAtIndexedSubscript:
355 must be declared with an argument of integral type and a return value of
356 some Objective-C object pointer type. The method used for
357 setObject:atIndexedSubscript: must be declared with its first argument
358 having some Objective-C pointer type and its second argument having
359 integral type.
360
361 The meaning of indexes is left up to the declaring class. The compiler
362 will coerce the index to the appropriate argument type of the method it
363 uses for type-checking. For an instance of ``NSArray``, reading an
364 element using an index outside the range ``[0, array.count)`` will raise
365 an exception. For an instance of ``NSMutableArray``, assigning to an
366 element using an index within this range will replace that element, but
367 assigning to an element using an index outside this range will raise an
368 exception; no syntax is provided for inserting, appending, or removing
369 elements for mutable arrays.
370
371 A class need not declare both methods in order to take advantage of this
372 language feature. For example, the class ``NSArray`` declares only
373 ``objectAtIndexedSubscript:``, so that assignments to elements will fail
374 to type-check; moreover, its subclass ``NSMutableArray`` declares
375 ``setObject:atIndexedSubscript:``.
376
377 Dictionary-Style Subscripting
378 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
379
380 When the subscript operand has an Objective-C object pointer type, the
381 expression is rewritten to use one of two different selectors, depending
382 on whether the element is being read from or written to. When an
383 expression reads an element using an Objective-C object pointer
384 subscript operand, as in the following example:
385
386 .. code-block:: objc
387
388     id key = ...;
389     id value = object[key];
390
391 it is translated into a call to the ``objectForKeyedSubscript:`` method:
392
393 .. code-block:: objc
394
395     id value = [object objectForKeyedSubscript:key];
396
397 When an expression writes an element using an Objective-C object pointer
398 subscript:
399
400 .. code-block:: objc
401
402     object[key] = newValue;
403
404 it is translated to a call to ``setObject:forKeyedSubscript:``
405
406 .. code-block:: objc
407
408     [object setObject:newValue forKeyedSubscript:key];
409
410 The behavior of ``setObject:forKeyedSubscript:`` is class-specific; but
411 in general it should replace an existing value if one is already
412 associated with a key, otherwise it should add a new value for the key.
413 No syntax is provided for removing elements from mutable dictionaries.
414
415 Discussion
416 ----------
417
418 An Objective-C subscript expression occurs when the base operand of the
419 C subscript operator has an Objective-C object pointer type. Since this
420 potentially collides with pointer arithmetic on the value, these
421 expressions are only supported under the modern Objective-C runtime,
422 which categorically forbids such arithmetic.
423
424 Currently, only subscripts of integral or Objective-C object pointer
425 type are supported. In C++, a class type can be used if it has a single
426 conversion function to an integral or Objective-C pointer type, in which
427 case that conversion is applied and analysis continues as appropriate.
428 Otherwise, the expression is ill-formed.
429
430 An Objective-C object subscript expression is always an l-value. If the
431 expression appears on the left-hand side of a simple assignment operator
432 (=), the element is written as described below. If the expression
433 appears on the left-hand side of a compound assignment operator (e.g.
434 +=), the program is ill-formed, because the result of reading an element
435 is always an Objective-C object pointer and no binary operators are
436 legal on such pointers. If the expression appears in any other position,
437 the element is read as described below. It is an error to take the
438 address of a subscript expression, or (in C++) to bind a reference to
439 it.
440
441 Programs can use object subscripting with Objective-C object pointers of
442 type ``id``. Normal dynamic message send rules apply; the compiler must
443 see *some* declaration of the subscripting methods, and will pick the
444 declaration seen first.
445
446 Caveats
447 =======
448
449 Objects created using the literal or boxed expression syntax are not
450 guaranteed to be uniqued by the runtime, but nor are they guaranteed to
451 be newly-allocated. As such, the result of performing direct comparisons
452 against the location of an object literal (using ``==``, ``!=``, ``<``,
453 ``<=``, ``>``, or ``>=``) is not well-defined. This is usually a simple
454 mistake in code that intended to call the ``isEqual:`` method (or the
455 ``compare:`` method).
456
457 This caveat applies to compile-time string literals as well.
458 Historically, string literals (using the ``@"..."`` syntax) have been
459 uniqued across translation units during linking. This is an
460 implementation detail of the compiler and should not be relied upon. If
461 you are using such code, please use global string constants instead
462 (``NSString * const MyConst = @"..."``) or use ``isEqual:``.
463
464 Grammar Additions
465 =================
466
467 To support the new syntax described above, the Objective-C
468 ``@``-expression grammar has the following new productions:
469
470 ::
471
472     objc-at-expression : '@' (string-literal | encode-literal | selector-literal | protocol-literal | object-literal)
473                        ;
474
475     object-literal : ('+' | '-')? numeric-constant
476                    | character-constant
477                    | boolean-constant
478                    | array-literal
479                    | dictionary-literal
480                    ;
481
482     boolean-constant : '__objc_yes' | '__objc_no' | 'true' | 'false'  /* boolean keywords. */
483                      ;
484
485     array-literal : '[' assignment-expression-list ']'
486                   ;
487
488     assignment-expression-list : assignment-expression (',' assignment-expression-list)?
489                                | /* empty */
490                                ;
491
492     dictionary-literal : '{' key-value-list '}'
493                        ;
494
495     key-value-list : key-value-pair (',' key-value-list)?
496                    | /* empty */
497                    ;
498
499     key-value-pair : assignment-expression ':' assignment-expression
500                    ;
501
502 Note: ``@true`` and ``@false`` are only supported in Objective-C++.
503
504 Availability Checks
505 ===================
506
507 Programs test for the new features by using clang's \_\_has\_feature
508 checks. Here are examples of their use:
509
510 .. code-block:: objc
511
512     #if __has_feature(objc_array_literals)
513         // new way.
514         NSArray *elements = @[ @"H", @"He", @"O", @"C" ];
515     #else
516         // old way (equivalent).
517         id objects[] = { @"H", @"He", @"O", @"C" };
518         NSArray *elements = [NSArray arrayWithObjects:objects count:4];
519     #endif
520
521     #if __has_feature(objc_dictionary_literals)
522         // new way.
523         NSDictionary *masses = @{ @"H" : @1.0078,  @"He" : @4.0026, @"O" : @15.9990, @"C" : @12.0096 };
524     #else
525         // old way (equivalent).
526         id keys[] = { @"H", @"He", @"O", @"C" };
527         id values[] = { [NSNumber numberWithDouble:1.0078], [NSNumber numberWithDouble:4.0026],
528                         [NSNumber numberWithDouble:15.9990], [NSNumber numberWithDouble:12.0096] };
529         NSDictionary *masses = [NSDictionary dictionaryWithObjects:objects forKeys:keys count:4];
530     #endif
531
532     #if __has_feature(objc_subscripting)
533         NSUInteger i, count = elements.count;
534         for (i = 0; i < count; ++i) {
535             NSString *element = elements[i];
536             NSNumber *mass = masses[element];
537             NSLog(@"the mass of %@ is %@", element, mass);
538         }
539     #else
540         NSUInteger i, count = [elements count];
541         for (i = 0; i < count; ++i) {
542             NSString *element = [elements objectAtIndex:i];
543             NSNumber *mass = [masses objectForKey:element];
544             NSLog(@"the mass of %@ is %@", element, mass);
545         }
546     #endif
547
548 Code can use also ``__has_feature(objc_bool)`` to check for the
549 availability of numeric literals support. This checks for the new
550 ``__objc_yes / __objc_no`` keywords, which enable the use of
551 ``@YES / @NO`` literals.
552
553 To check whether boxed expressions are supported, use
554 ``__has_feature(objc_boxed_expressions)`` feature macro.