Merge tag 'block-6.1-2022-12-02' of git://git.kernel.dk/linux
[platform/kernel/linux-starfive.git] / Documentation / process / coding-style.rst
1 .. _codingstyle:
2
3 Linux kernel coding style
4 =========================
5
6 This is a short document describing the preferred coding style for the
7 linux kernel.  Coding style is very personal, and I won't **force** my
8 views on anybody, but this is what goes for anything that I have to be
9 able to maintain, and I'd prefer it for most other things too.  Please
10 at least consider the points made here.
11
12 First off, I'd suggest printing out a copy of the GNU coding standards,
13 and NOT read it.  Burn them, it's a great symbolic gesture.
14
15 Anyway, here goes:
16
17
18 1) Indentation
19 --------------
20
21 Tabs are 8 characters, and thus indentations are also 8 characters.
22 There are heretic movements that try to make indentations 4 (or even 2!)
23 characters deep, and that is akin to trying to define the value of PI to
24 be 3.
25
26 Rationale: The whole idea behind indentation is to clearly define where
27 a block of control starts and ends.  Especially when you've been looking
28 at your screen for 20 straight hours, you'll find it a lot easier to see
29 how the indentation works if you have large indentations.
30
31 Now, some people will claim that having 8-character indentations makes
32 the code move too far to the right, and makes it hard to read on a
33 80-character terminal screen.  The answer to that is that if you need
34 more than 3 levels of indentation, you're screwed anyway, and should fix
35 your program.
36
37 In short, 8-char indents make things easier to read, and have the added
38 benefit of warning you when you're nesting your functions too deep.
39 Heed that warning.
40
41 The preferred way to ease multiple indentation levels in a switch statement is
42 to align the ``switch`` and its subordinate ``case`` labels in the same column
43 instead of ``double-indenting`` the ``case`` labels.  E.g.:
44
45 .. code-block:: c
46
47         switch (suffix) {
48         case 'G':
49         case 'g':
50                 mem <<= 30;
51                 break;
52         case 'M':
53         case 'm':
54                 mem <<= 20;
55                 break;
56         case 'K':
57         case 'k':
58                 mem <<= 10;
59                 fallthrough;
60         default:
61                 break;
62         }
63
64 Don't put multiple statements on a single line unless you have
65 something to hide:
66
67 .. code-block:: c
68
69         if (condition) do_this;
70           do_something_everytime;
71
72 Don't use commas to avoid using braces:
73
74 .. code-block:: c
75
76         if (condition)
77                 do_this(), do_that();
78
79 Always uses braces for multiple statements:
80
81 .. code-block:: c
82
83         if (condition) {
84                 do_this();
85                 do_that();
86         }
87
88 Don't put multiple assignments on a single line either.  Kernel coding style
89 is super simple.  Avoid tricky expressions.
90
91
92 Outside of comments, documentation and except in Kconfig, spaces are never
93 used for indentation, and the above example is deliberately broken.
94
95 Get a decent editor and don't leave whitespace at the end of lines.
96
97
98 2) Breaking long lines and strings
99 ----------------------------------
100
101 Coding style is all about readability and maintainability using commonly
102 available tools.
103
104 The preferred limit on the length of a single line is 80 columns.
105
106 Statements longer than 80 columns should be broken into sensible chunks,
107 unless exceeding 80 columns significantly increases readability and does
108 not hide information.
109
110 Descendants are always substantially shorter than the parent and
111 are placed substantially to the right.  A very commonly used style
112 is to align descendants to a function open parenthesis.
113
114 These same rules are applied to function headers with a long argument list.
115
116 However, never break user-visible strings such as printk messages because
117 that breaks the ability to grep for them.
118
119
120 3) Placing Braces and Spaces
121 ----------------------------
122
123 The other issue that always comes up in C styling is the placement of
124 braces.  Unlike the indent size, there are few technical reasons to
125 choose one placement strategy over the other, but the preferred way, as
126 shown to us by the prophets Kernighan and Ritchie, is to put the opening
127 brace last on the line, and put the closing brace first, thusly:
128
129 .. code-block:: c
130
131         if (x is true) {
132                 we do y
133         }
134
135 This applies to all non-function statement blocks (if, switch, for,
136 while, do).  E.g.:
137
138 .. code-block:: c
139
140         switch (action) {
141         case KOBJ_ADD:
142                 return "add";
143         case KOBJ_REMOVE:
144                 return "remove";
145         case KOBJ_CHANGE:
146                 return "change";
147         default:
148                 return NULL;
149         }
150
151 However, there is one special case, namely functions: they have the
152 opening brace at the beginning of the next line, thus:
153
154 .. code-block:: c
155
156         int function(int x)
157         {
158                 body of function
159         }
160
161 Heretic people all over the world have claimed that this inconsistency
162 is ...  well ...  inconsistent, but all right-thinking people know that
163 (a) K&R are **right** and (b) K&R are right.  Besides, functions are
164 special anyway (you can't nest them in C).
165
166 Note that the closing brace is empty on a line of its own, **except** in
167 the cases where it is followed by a continuation of the same statement,
168 ie a ``while`` in a do-statement or an ``else`` in an if-statement, like
169 this:
170
171 .. code-block:: c
172
173         do {
174                 body of do-loop
175         } while (condition);
176
177 and
178
179 .. code-block:: c
180
181         if (x == y) {
182                 ..
183         } else if (x > y) {
184                 ...
185         } else {
186                 ....
187         }
188
189 Rationale: K&R.
190
191 Also, note that this brace-placement also minimizes the number of empty
192 (or almost empty) lines, without any loss of readability.  Thus, as the
193 supply of new-lines on your screen is not a renewable resource (think
194 25-line terminal screens here), you have more empty lines to put
195 comments on.
196
197 Do not unnecessarily use braces where a single statement will do.
198
199 .. code-block:: c
200
201         if (condition)
202                 action();
203
204 and
205
206 .. code-block:: none
207
208         if (condition)
209                 do_this();
210         else
211                 do_that();
212
213 This does not apply if only one branch of a conditional statement is a single
214 statement; in the latter case use braces in both branches:
215
216 .. code-block:: c
217
218         if (condition) {
219                 do_this();
220                 do_that();
221         } else {
222                 otherwise();
223         }
224
225 Also, use braces when a loop contains more than a single simple statement:
226
227 .. code-block:: c
228
229         while (condition) {
230                 if (test)
231                         do_something();
232         }
233
234 3.1) Spaces
235 ***********
236
237 Linux kernel style for use of spaces depends (mostly) on
238 function-versus-keyword usage.  Use a space after (most) keywords.  The
239 notable exceptions are sizeof, typeof, alignof, and __attribute__, which look
240 somewhat like functions (and are usually used with parentheses in Linux,
241 although they are not required in the language, as in: ``sizeof info`` after
242 ``struct fileinfo info;`` is declared).
243
244 So use a space after these keywords::
245
246         if, switch, case, for, do, while
247
248 but not with sizeof, typeof, alignof, or __attribute__.  E.g.,
249
250 .. code-block:: c
251
252
253         s = sizeof(struct file);
254
255 Do not add spaces around (inside) parenthesized expressions.  This example is
256 **bad**:
257
258 .. code-block:: c
259
260
261         s = sizeof( struct file );
262
263 When declaring pointer data or a function that returns a pointer type, the
264 preferred use of ``*`` is adjacent to the data name or function name and not
265 adjacent to the type name.  Examples:
266
267 .. code-block:: c
268
269
270         char *linux_banner;
271         unsigned long long memparse(char *ptr, char **retptr);
272         char *match_strdup(substring_t *s);
273
274 Use one space around (on each side of) most binary and ternary operators,
275 such as any of these::
276
277         =  +  -  <  >  *  /  %  |  &  ^  <=  >=  ==  !=  ?  :
278
279 but no space after unary operators::
280
281         &  *  +  -  ~  !  sizeof  typeof  alignof  __attribute__  defined
282
283 no space before the postfix increment & decrement unary operators::
284
285         ++  --
286
287 no space after the prefix increment & decrement unary operators::
288
289         ++  --
290
291 and no space around the ``.`` and ``->`` structure member operators.
292
293 Do not leave trailing whitespace at the ends of lines.  Some editors with
294 ``smart`` indentation will insert whitespace at the beginning of new lines as
295 appropriate, so you can start typing the next line of code right away.
296 However, some such editors do not remove the whitespace if you end up not
297 putting a line of code there, such as if you leave a blank line.  As a result,
298 you end up with lines containing trailing whitespace.
299
300 Git will warn you about patches that introduce trailing whitespace, and can
301 optionally strip the trailing whitespace for you; however, if applying a series
302 of patches, this may make later patches in the series fail by changing their
303 context lines.
304
305
306 4) Naming
307 ---------
308
309 C is a Spartan language, and your naming conventions should follow suit.
310 Unlike Modula-2 and Pascal programmers, C programmers do not use cute
311 names like ThisVariableIsATemporaryCounter. A C programmer would call that
312 variable ``tmp``, which is much easier to write, and not the least more
313 difficult to understand.
314
315 HOWEVER, while mixed-case names are frowned upon, descriptive names for
316 global variables are a must.  To call a global function ``foo`` is a
317 shooting offense.
318
319 GLOBAL variables (to be used only if you **really** need them) need to
320 have descriptive names, as do global functions.  If you have a function
321 that counts the number of active users, you should call that
322 ``count_active_users()`` or similar, you should **not** call it ``cntusr()``.
323
324 Encoding the type of a function into the name (so-called Hungarian
325 notation) is asinine - the compiler knows the types anyway and can check
326 those, and it only confuses the programmer.
327
328 LOCAL variable names should be short, and to the point.  If you have
329 some random integer loop counter, it should probably be called ``i``.
330 Calling it ``loop_counter`` is non-productive, if there is no chance of it
331 being mis-understood.  Similarly, ``tmp`` can be just about any type of
332 variable that is used to hold a temporary value.
333
334 If you are afraid to mix up your local variable names, you have another
335 problem, which is called the function-growth-hormone-imbalance syndrome.
336 See chapter 6 (Functions).
337
338 For symbol names and documentation, avoid introducing new usage of
339 'master / slave' (or 'slave' independent of 'master') and 'blacklist /
340 whitelist'.
341
342 Recommended replacements for 'master / slave' are:
343     '{primary,main} / {secondary,replica,subordinate}'
344     '{initiator,requester} / {target,responder}'
345     '{controller,host} / {device,worker,proxy}'
346     'leader / follower'
347     'director / performer'
348
349 Recommended replacements for 'blacklist/whitelist' are:
350     'denylist / allowlist'
351     'blocklist / passlist'
352
353 Exceptions for introducing new usage is to maintain a userspace ABI/API,
354 or when updating code for an existing (as of 2020) hardware or protocol
355 specification that mandates those terms. For new specifications
356 translate specification usage of the terminology to the kernel coding
357 standard where possible.
358
359 5) Typedefs
360 -----------
361
362 Please don't use things like ``vps_t``.
363 It's a **mistake** to use typedef for structures and pointers. When you see a
364
365 .. code-block:: c
366
367
368         vps_t a;
369
370 in the source, what does it mean?
371 In contrast, if it says
372
373 .. code-block:: c
374
375         struct virtual_container *a;
376
377 you can actually tell what ``a`` is.
378
379 Lots of people think that typedefs ``help readability``. Not so. They are
380 useful only for:
381
382  (a) totally opaque objects (where the typedef is actively used to **hide**
383      what the object is).
384
385      Example: ``pte_t`` etc. opaque objects that you can only access using
386      the proper accessor functions.
387
388      .. note::
389
390        Opaqueness and ``accessor functions`` are not good in themselves.
391        The reason we have them for things like pte_t etc. is that there
392        really is absolutely **zero** portably accessible information there.
393
394  (b) Clear integer types, where the abstraction **helps** avoid confusion
395      whether it is ``int`` or ``long``.
396
397      u8/u16/u32 are perfectly fine typedefs, although they fit into
398      category (d) better than here.
399
400      .. note::
401
402        Again - there needs to be a **reason** for this. If something is
403        ``unsigned long``, then there's no reason to do
404
405         typedef unsigned long myflags_t;
406
407      but if there is a clear reason for why it under certain circumstances
408      might be an ``unsigned int`` and under other configurations might be
409      ``unsigned long``, then by all means go ahead and use a typedef.
410
411  (c) when you use sparse to literally create a **new** type for
412      type-checking.
413
414  (d) New types which are identical to standard C99 types, in certain
415      exceptional circumstances.
416
417      Although it would only take a short amount of time for the eyes and
418      brain to become accustomed to the standard types like ``uint32_t``,
419      some people object to their use anyway.
420
421      Therefore, the Linux-specific ``u8/u16/u32/u64`` types and their
422      signed equivalents which are identical to standard types are
423      permitted -- although they are not mandatory in new code of your
424      own.
425
426      When editing existing code which already uses one or the other set
427      of types, you should conform to the existing choices in that code.
428
429  (e) Types safe for use in userspace.
430
431      In certain structures which are visible to userspace, we cannot
432      require C99 types and cannot use the ``u32`` form above. Thus, we
433      use __u32 and similar types in all structures which are shared
434      with userspace.
435
436 Maybe there are other cases too, but the rule should basically be to NEVER
437 EVER use a typedef unless you can clearly match one of those rules.
438
439 In general, a pointer, or a struct that has elements that can reasonably
440 be directly accessed should **never** be a typedef.
441
442
443 6) Functions
444 ------------
445
446 Functions should be short and sweet, and do just one thing.  They should
447 fit on one or two screenfuls of text (the ISO/ANSI screen size is 80x24,
448 as we all know), and do one thing and do that well.
449
450 The maximum length of a function is inversely proportional to the
451 complexity and indentation level of that function.  So, if you have a
452 conceptually simple function that is just one long (but simple)
453 case-statement, where you have to do lots of small things for a lot of
454 different cases, it's OK to have a longer function.
455
456 However, if you have a complex function, and you suspect that a
457 less-than-gifted first-year high-school student might not even
458 understand what the function is all about, you should adhere to the
459 maximum limits all the more closely.  Use helper functions with
460 descriptive names (you can ask the compiler to in-line them if you think
461 it's performance-critical, and it will probably do a better job of it
462 than you would have done).
463
464 Another measure of the function is the number of local variables.  They
465 shouldn't exceed 5-10, or you're doing something wrong.  Re-think the
466 function, and split it into smaller pieces.  A human brain can
467 generally easily keep track of about 7 different things, anything more
468 and it gets confused.  You know you're brilliant, but maybe you'd like
469 to understand what you did 2 weeks from now.
470
471 In source files, separate functions with one blank line.  If the function is
472 exported, the **EXPORT** macro for it should follow immediately after the
473 closing function brace line.  E.g.:
474
475 .. code-block:: c
476
477         int system_is_up(void)
478         {
479                 return system_state == SYSTEM_RUNNING;
480         }
481         EXPORT_SYMBOL(system_is_up);
482
483 6.1) Function prototypes
484 ************************
485
486 In function prototypes, include parameter names with their data types.
487 Although this is not required by the C language, it is preferred in Linux
488 because it is a simple way to add valuable information for the reader.
489
490 Do not use the ``extern`` keyword with function declarations as this makes
491 lines longer and isn't strictly necessary.
492
493 When writing function prototypes, please keep the `order of elements regular
494 <https://lore.kernel.org/mm-commits/CAHk-=wiOCLRny5aifWNhr621kYrJwhfURsa0vFPeUEm8mF0ufg@mail.gmail.com/>`_.
495 For example, using this function declaration example::
496
497  __init void * __must_check action(enum magic value, size_t size, u8 count,
498                                    char *fmt, ...) __printf(4, 5) __malloc;
499
500 The preferred order of elements for a function prototype is:
501
502 - storage class (below, ``static __always_inline``, noting that ``__always_inline``
503   is technically an attribute but is treated like ``inline``)
504 - storage class attributes (here, ``__init`` -- i.e. section declarations, but also
505   things like ``__cold``)
506 - return type (here, ``void *``)
507 - return type attributes (here, ``__must_check``)
508 - function name (here, ``action``)
509 - function parameters (here, ``(enum magic value, size_t size, u8 count, char *fmt, ...)``,
510   noting that parameter names should always be included)
511 - function parameter attributes (here, ``__printf(4, 5)``)
512 - function behavior attributes (here, ``__malloc``)
513
514 Note that for a function **definition** (i.e. the actual function body),
515 the compiler does not allow function parameter attributes after the
516 function parameters. In these cases, they should go after the storage
517 class attributes (e.g. note the changed position of ``__printf(4, 5)``
518 below, compared to the **declaration** example above)::
519
520  static __always_inline __init __printf(4, 5) void * __must_check action(enum magic value,
521                 size_t size, u8 count, char *fmt, ...) __malloc
522  {
523         ...
524  }
525
526 7) Centralized exiting of functions
527 -----------------------------------
528
529 Albeit deprecated by some people, the equivalent of the goto statement is
530 used frequently by compilers in form of the unconditional jump instruction.
531
532 The goto statement comes in handy when a function exits from multiple
533 locations and some common work such as cleanup has to be done.  If there is no
534 cleanup needed then just return directly.
535
536 Choose label names which say what the goto does or why the goto exists.  An
537 example of a good name could be ``out_free_buffer:`` if the goto frees ``buffer``.
538 Avoid using GW-BASIC names like ``err1:`` and ``err2:``, as you would have to
539 renumber them if you ever add or remove exit paths, and they make correctness
540 difficult to verify anyway.
541
542 The rationale for using gotos is:
543
544 - unconditional statements are easier to understand and follow
545 - nesting is reduced
546 - errors by not updating individual exit points when making
547   modifications are prevented
548 - saves the compiler work to optimize redundant code away ;)
549
550 .. code-block:: c
551
552         int fun(int a)
553         {
554                 int result = 0;
555                 char *buffer;
556
557                 buffer = kmalloc(SIZE, GFP_KERNEL);
558                 if (!buffer)
559                         return -ENOMEM;
560
561                 if (condition1) {
562                         while (loop1) {
563                                 ...
564                         }
565                         result = 1;
566                         goto out_free_buffer;
567                 }
568                 ...
569         out_free_buffer:
570                 kfree(buffer);
571                 return result;
572         }
573
574 A common type of bug to be aware of is ``one err bugs`` which look like this:
575
576 .. code-block:: c
577
578         err:
579                 kfree(foo->bar);
580                 kfree(foo);
581                 return ret;
582
583 The bug in this code is that on some exit paths ``foo`` is NULL.  Normally the
584 fix for this is to split it up into two error labels ``err_free_bar:`` and
585 ``err_free_foo:``:
586
587 .. code-block:: c
588
589          err_free_bar:
590                 kfree(foo->bar);
591          err_free_foo:
592                 kfree(foo);
593                 return ret;
594
595 Ideally you should simulate errors to test all exit paths.
596
597
598 8) Commenting
599 -------------
600
601 Comments are good, but there is also a danger of over-commenting.  NEVER
602 try to explain HOW your code works in a comment: it's much better to
603 write the code so that the **working** is obvious, and it's a waste of
604 time to explain badly written code.
605
606 Generally, you want your comments to tell WHAT your code does, not HOW.
607 Also, try to avoid putting comments inside a function body: if the
608 function is so complex that you need to separately comment parts of it,
609 you should probably go back to chapter 6 for a while.  You can make
610 small comments to note or warn about something particularly clever (or
611 ugly), but try to avoid excess.  Instead, put the comments at the head
612 of the function, telling people what it does, and possibly WHY it does
613 it.
614
615 When commenting the kernel API functions, please use the kernel-doc format.
616 See the files at :ref:`Documentation/doc-guide/ <doc_guide>` and
617 ``scripts/kernel-doc`` for details.
618
619 The preferred style for long (multi-line) comments is:
620
621 .. code-block:: c
622
623         /*
624          * This is the preferred style for multi-line
625          * comments in the Linux kernel source code.
626          * Please use it consistently.
627          *
628          * Description:  A column of asterisks on the left side,
629          * with beginning and ending almost-blank lines.
630          */
631
632 For files in net/ and drivers/net/ the preferred style for long (multi-line)
633 comments is a little different.
634
635 .. code-block:: c
636
637         /* The preferred comment style for files in net/ and drivers/net
638          * looks like this.
639          *
640          * It is nearly the same as the generally preferred comment style,
641          * but there is no initial almost-blank line.
642          */
643
644 It's also important to comment data, whether they are basic types or derived
645 types.  To this end, use just one data declaration per line (no commas for
646 multiple data declarations).  This leaves you room for a small comment on each
647 item, explaining its use.
648
649
650 9) You've made a mess of it
651 ---------------------------
652
653 That's OK, we all do.  You've probably been told by your long-time Unix
654 user helper that ``GNU emacs`` automatically formats the C sources for
655 you, and you've noticed that yes, it does do that, but the defaults it
656 uses are less than desirable (in fact, they are worse than random
657 typing - an infinite number of monkeys typing into GNU emacs would never
658 make a good program).
659
660 So, you can either get rid of GNU emacs, or change it to use saner
661 values.  To do the latter, you can stick the following in your .emacs file:
662
663 .. code-block:: none
664
665   (defun c-lineup-arglist-tabs-only (ignored)
666     "Line up argument lists by tabs, not spaces"
667     (let* ((anchor (c-langelem-pos c-syntactic-element))
668            (column (c-langelem-2nd-pos c-syntactic-element))
669            (offset (- (1+ column) anchor))
670            (steps (floor offset c-basic-offset)))
671       (* (max steps 1)
672          c-basic-offset)))
673
674   (dir-locals-set-class-variables
675    'linux-kernel
676    '((c-mode . (
677           (c-basic-offset . 8)
678           (c-label-minimum-indentation . 0)
679           (c-offsets-alist . (
680                   (arglist-close         . c-lineup-arglist-tabs-only)
681                   (arglist-cont-nonempty .
682                       (c-lineup-gcc-asm-reg c-lineup-arglist-tabs-only))
683                   (arglist-intro         . +)
684                   (brace-list-intro      . +)
685                   (c                     . c-lineup-C-comments)
686                   (case-label            . 0)
687                   (comment-intro         . c-lineup-comment)
688                   (cpp-define-intro      . +)
689                   (cpp-macro             . -1000)
690                   (cpp-macro-cont        . +)
691                   (defun-block-intro     . +)
692                   (else-clause           . 0)
693                   (func-decl-cont        . +)
694                   (inclass               . +)
695                   (inher-cont            . c-lineup-multi-inher)
696                   (knr-argdecl-intro     . 0)
697                   (label                 . -1000)
698                   (statement             . 0)
699                   (statement-block-intro . +)
700                   (statement-case-intro  . +)
701                   (statement-cont        . +)
702                   (substatement          . +)
703                   ))
704           (indent-tabs-mode . t)
705           (show-trailing-whitespace . t)
706           ))))
707
708   (dir-locals-set-directory-class
709    (expand-file-name "~/src/linux-trees")
710    'linux-kernel)
711
712 This will make emacs go better with the kernel coding style for C
713 files below ``~/src/linux-trees``.
714
715 But even if you fail in getting emacs to do sane formatting, not
716 everything is lost: use ``indent``.
717
718 Now, again, GNU indent has the same brain-dead settings that GNU emacs
719 has, which is why you need to give it a few command line options.
720 However, that's not too bad, because even the makers of GNU indent
721 recognize the authority of K&R (the GNU people aren't evil, they are
722 just severely misguided in this matter), so you just give indent the
723 options ``-kr -i8`` (stands for ``K&R, 8 character indents``), or use
724 ``scripts/Lindent``, which indents in the latest style.
725
726 ``indent`` has a lot of options, and especially when it comes to comment
727 re-formatting you may want to take a look at the man page.  But
728 remember: ``indent`` is not a fix for bad programming.
729
730 Note that you can also use the ``clang-format`` tool to help you with
731 these rules, to quickly re-format parts of your code automatically,
732 and to review full files in order to spot coding style mistakes,
733 typos and possible improvements. It is also handy for sorting ``#includes``,
734 for aligning variables/macros, for reflowing text and other similar tasks.
735 See the file :ref:`Documentation/process/clang-format.rst <clangformat>`
736 for more details.
737
738
739 10) Kconfig configuration files
740 -------------------------------
741
742 For all of the Kconfig* configuration files throughout the source tree,
743 the indentation is somewhat different.  Lines under a ``config`` definition
744 are indented with one tab, while help text is indented an additional two
745 spaces.  Example::
746
747   config AUDIT
748         bool "Auditing support"
749         depends on NET
750         help
751           Enable auditing infrastructure that can be used with another
752           kernel subsystem, such as SELinux (which requires this for
753           logging of avc messages output).  Does not do system-call
754           auditing without CONFIG_AUDITSYSCALL.
755
756 Seriously dangerous features (such as write support for certain
757 filesystems) should advertise this prominently in their prompt string::
758
759   config ADFS_FS_RW
760         bool "ADFS write support (DANGEROUS)"
761         depends on ADFS_FS
762         ...
763
764 For full documentation on the configuration files, see the file
765 Documentation/kbuild/kconfig-language.rst.
766
767
768 11) Data structures
769 -------------------
770
771 Data structures that have visibility outside the single-threaded
772 environment they are created and destroyed in should always have
773 reference counts.  In the kernel, garbage collection doesn't exist (and
774 outside the kernel garbage collection is slow and inefficient), which
775 means that you absolutely **have** to reference count all your uses.
776
777 Reference counting means that you can avoid locking, and allows multiple
778 users to have access to the data structure in parallel - and not having
779 to worry about the structure suddenly going away from under them just
780 because they slept or did something else for a while.
781
782 Note that locking is **not** a replacement for reference counting.
783 Locking is used to keep data structures coherent, while reference
784 counting is a memory management technique.  Usually both are needed, and
785 they are not to be confused with each other.
786
787 Many data structures can indeed have two levels of reference counting,
788 when there are users of different ``classes``.  The subclass count counts
789 the number of subclass users, and decrements the global count just once
790 when the subclass count goes to zero.
791
792 Examples of this kind of ``multi-level-reference-counting`` can be found in
793 memory management (``struct mm_struct``: mm_users and mm_count), and in
794 filesystem code (``struct super_block``: s_count and s_active).
795
796 Remember: if another thread can find your data structure, and you don't
797 have a reference count on it, you almost certainly have a bug.
798
799
800 12) Macros, Enums and RTL
801 -------------------------
802
803 Names of macros defining constants and labels in enums are capitalized.
804
805 .. code-block:: c
806
807         #define CONSTANT 0x12345
808
809 Enums are preferred when defining several related constants.
810
811 CAPITALIZED macro names are appreciated but macros resembling functions
812 may be named in lower case.
813
814 Generally, inline functions are preferable to macros resembling functions.
815
816 Macros with multiple statements should be enclosed in a do - while block:
817
818 .. code-block:: c
819
820         #define macrofun(a, b, c)                       \
821                 do {                                    \
822                         if (a == 5)                     \
823                                 do_this(b, c);          \
824                 } while (0)
825
826 Things to avoid when using macros:
827
828 1) macros that affect control flow:
829
830 .. code-block:: c
831
832         #define FOO(x)                                  \
833                 do {                                    \
834                         if (blah(x) < 0)                \
835                                 return -EBUGGERED;      \
836                 } while (0)
837
838 is a **very** bad idea.  It looks like a function call but exits the ``calling``
839 function; don't break the internal parsers of those who will read the code.
840
841 2) macros that depend on having a local variable with a magic name:
842
843 .. code-block:: c
844
845         #define FOO(val) bar(index, val)
846
847 might look like a good thing, but it's confusing as hell when one reads the
848 code and it's prone to breakage from seemingly innocent changes.
849
850 3) macros with arguments that are used as l-values: FOO(x) = y; will
851 bite you if somebody e.g. turns FOO into an inline function.
852
853 4) forgetting about precedence: macros defining constants using expressions
854 must enclose the expression in parentheses. Beware of similar issues with
855 macros using parameters.
856
857 .. code-block:: c
858
859         #define CONSTANT 0x4000
860         #define CONSTEXP (CONSTANT | 3)
861
862 5) namespace collisions when defining local variables in macros resembling
863 functions:
864
865 .. code-block:: c
866
867         #define FOO(x)                          \
868         ({                                      \
869                 typeof(x) ret;                  \
870                 ret = calc_ret(x);              \
871                 (ret);                          \
872         })
873
874 ret is a common name for a local variable - __foo_ret is less likely
875 to collide with an existing variable.
876
877 The cpp manual deals with macros exhaustively. The gcc internals manual also
878 covers RTL which is used frequently with assembly language in the kernel.
879
880
881 13) Printing kernel messages
882 ----------------------------
883
884 Kernel developers like to be seen as literate. Do mind the spelling
885 of kernel messages to make a good impression. Do not use incorrect
886 contractions like ``dont``; use ``do not`` or ``don't`` instead. Make the
887 messages concise, clear, and unambiguous.
888
889 Kernel messages do not have to be terminated with a period.
890
891 Printing numbers in parentheses (%d) adds no value and should be avoided.
892
893 There are a number of driver model diagnostic macros in <linux/dev_printk.h>
894 which you should use to make sure messages are matched to the right device
895 and driver, and are tagged with the right level:  dev_err(), dev_warn(),
896 dev_info(), and so forth.  For messages that aren't associated with a
897 particular device, <linux/printk.h> defines pr_notice(), pr_info(),
898 pr_warn(), pr_err(), etc.
899
900 Coming up with good debugging messages can be quite a challenge; and once
901 you have them, they can be a huge help for remote troubleshooting.  However
902 debug message printing is handled differently than printing other non-debug
903 messages.  While the other pr_XXX() functions print unconditionally,
904 pr_debug() does not; it is compiled out by default, unless either DEBUG is
905 defined or CONFIG_DYNAMIC_DEBUG is set.  That is true for dev_dbg() also,
906 and a related convention uses VERBOSE_DEBUG to add dev_vdbg() messages to
907 the ones already enabled by DEBUG.
908
909 Many subsystems have Kconfig debug options to turn on -DDEBUG in the
910 corresponding Makefile; in other cases specific files #define DEBUG.  And
911 when a debug message should be unconditionally printed, such as if it is
912 already inside a debug-related #ifdef section, printk(KERN_DEBUG ...) can be
913 used.
914
915
916 14) Allocating memory
917 ---------------------
918
919 The kernel provides the following general purpose memory allocators:
920 kmalloc(), kzalloc(), kmalloc_array(), kcalloc(), vmalloc(), and
921 vzalloc().  Please refer to the API documentation for further information
922 about them.  :ref:`Documentation/core-api/memory-allocation.rst
923 <memory_allocation>`
924
925 The preferred form for passing a size of a struct is the following:
926
927 .. code-block:: c
928
929         p = kmalloc(sizeof(*p), ...);
930
931 The alternative form where struct name is spelled out hurts readability and
932 introduces an opportunity for a bug when the pointer variable type is changed
933 but the corresponding sizeof that is passed to a memory allocator is not.
934
935 Casting the return value which is a void pointer is redundant. The conversion
936 from void pointer to any other pointer type is guaranteed by the C programming
937 language.
938
939 The preferred form for allocating an array is the following:
940
941 .. code-block:: c
942
943         p = kmalloc_array(n, sizeof(...), ...);
944
945 The preferred form for allocating a zeroed array is the following:
946
947 .. code-block:: c
948
949         p = kcalloc(n, sizeof(...), ...);
950
951 Both forms check for overflow on the allocation size n * sizeof(...),
952 and return NULL if that occurred.
953
954 These generic allocation functions all emit a stack dump on failure when used
955 without __GFP_NOWARN so there is no use in emitting an additional failure
956 message when NULL is returned.
957
958 15) The inline disease
959 ----------------------
960
961 There appears to be a common misperception that gcc has a magic "make me
962 faster" speedup option called ``inline``. While the use of inlines can be
963 appropriate (for example as a means of replacing macros, see Chapter 12), it
964 very often is not. Abundant use of the inline keyword leads to a much bigger
965 kernel, which in turn slows the system as a whole down, due to a bigger
966 icache footprint for the CPU and simply because there is less memory
967 available for the pagecache. Just think about it; a pagecache miss causes a
968 disk seek, which easily takes 5 milliseconds. There are a LOT of cpu cycles
969 that can go into these 5 milliseconds.
970
971 A reasonable rule of thumb is to not put inline at functions that have more
972 than 3 lines of code in them. An exception to this rule are the cases where
973 a parameter is known to be a compiletime constant, and as a result of this
974 constantness you *know* the compiler will be able to optimize most of your
975 function away at compile time. For a good example of this later case, see
976 the kmalloc() inline function.
977
978 Often people argue that adding inline to functions that are static and used
979 only once is always a win since there is no space tradeoff. While this is
980 technically correct, gcc is capable of inlining these automatically without
981 help, and the maintenance issue of removing the inline when a second user
982 appears outweighs the potential value of the hint that tells gcc to do
983 something it would have done anyway.
984
985
986 16) Function return values and names
987 ------------------------------------
988
989 Functions can return values of many different kinds, and one of the
990 most common is a value indicating whether the function succeeded or
991 failed.  Such a value can be represented as an error-code integer
992 (-Exxx = failure, 0 = success) or a ``succeeded`` boolean (0 = failure,
993 non-zero = success).
994
995 Mixing up these two sorts of representations is a fertile source of
996 difficult-to-find bugs.  If the C language included a strong distinction
997 between integers and booleans then the compiler would find these mistakes
998 for us... but it doesn't.  To help prevent such bugs, always follow this
999 convention::
1000
1001         If the name of a function is an action or an imperative command,
1002         the function should return an error-code integer.  If the name
1003         is a predicate, the function should return a "succeeded" boolean.
1004
1005 For example, ``add work`` is a command, and the add_work() function returns 0
1006 for success or -EBUSY for failure.  In the same way, ``PCI device present`` is
1007 a predicate, and the pci_dev_present() function returns 1 if it succeeds in
1008 finding a matching device or 0 if it doesn't.
1009
1010 All EXPORTed functions must respect this convention, and so should all
1011 public functions.  Private (static) functions need not, but it is
1012 recommended that they do.
1013
1014 Functions whose return value is the actual result of a computation, rather
1015 than an indication of whether the computation succeeded, are not subject to
1016 this rule.  Generally they indicate failure by returning some out-of-range
1017 result.  Typical examples would be functions that return pointers; they use
1018 NULL or the ERR_PTR mechanism to report failure.
1019
1020
1021 17) Using bool
1022 --------------
1023
1024 The Linux kernel bool type is an alias for the C99 _Bool type. bool values can
1025 only evaluate to 0 or 1, and implicit or explicit conversion to bool
1026 automatically converts the value to true or false. When using bool types the
1027 !! construction is not needed, which eliminates a class of bugs.
1028
1029 When working with bool values the true and false definitions should be used
1030 instead of 1 and 0.
1031
1032 bool function return types and stack variables are always fine to use whenever
1033 appropriate. Use of bool is encouraged to improve readability and is often a
1034 better option than 'int' for storing boolean values.
1035
1036 Do not use bool if cache line layout or size of the value matters, as its size
1037 and alignment varies based on the compiled architecture. Structures that are
1038 optimized for alignment and size should not use bool.
1039
1040 If a structure has many true/false values, consider consolidating them into a
1041 bitfield with 1 bit members, or using an appropriate fixed width type, such as
1042 u8.
1043
1044 Similarly for function arguments, many true/false values can be consolidated
1045 into a single bitwise 'flags' argument and 'flags' can often be a more
1046 readable alternative if the call-sites have naked true/false constants.
1047
1048 Otherwise limited use of bool in structures and arguments can improve
1049 readability.
1050
1051 18) Don't re-invent the kernel macros
1052 -------------------------------------
1053
1054 The header file include/linux/kernel.h contains a number of macros that
1055 you should use, rather than explicitly coding some variant of them yourself.
1056 For example, if you need to calculate the length of an array, take advantage
1057 of the macro
1058
1059 .. code-block:: c
1060
1061         #define ARRAY_SIZE(x) (sizeof(x) / sizeof((x)[0]))
1062
1063 Similarly, if you need to calculate the size of some structure member, use
1064
1065 .. code-block:: c
1066
1067         #define sizeof_field(t, f) (sizeof(((t*)0)->f))
1068
1069 There are also min() and max() macros that do strict type checking if you
1070 need them.  Feel free to peruse that header file to see what else is already
1071 defined that you shouldn't reproduce in your code.
1072
1073
1074 19) Editor modelines and other cruft
1075 ------------------------------------
1076
1077 Some editors can interpret configuration information embedded in source files,
1078 indicated with special markers.  For example, emacs interprets lines marked
1079 like this:
1080
1081 .. code-block:: c
1082
1083         -*- mode: c -*-
1084
1085 Or like this:
1086
1087 .. code-block:: c
1088
1089         /*
1090         Local Variables:
1091         compile-command: "gcc -DMAGIC_DEBUG_FLAG foo.c"
1092         End:
1093         */
1094
1095 Vim interprets markers that look like this:
1096
1097 .. code-block:: c
1098
1099         /* vim:set sw=8 noet */
1100
1101 Do not include any of these in source files.  People have their own personal
1102 editor configurations, and your source files should not override them.  This
1103 includes markers for indentation and mode configuration.  People may use their
1104 own custom mode, or may have some other magic method for making indentation
1105 work correctly.
1106
1107
1108 20) Inline assembly
1109 -------------------
1110
1111 In architecture-specific code, you may need to use inline assembly to interface
1112 with CPU or platform functionality.  Don't hesitate to do so when necessary.
1113 However, don't use inline assembly gratuitously when C can do the job.  You can
1114 and should poke hardware from C when possible.
1115
1116 Consider writing simple helper functions that wrap common bits of inline
1117 assembly, rather than repeatedly writing them with slight variations.  Remember
1118 that inline assembly can use C parameters.
1119
1120 Large, non-trivial assembly functions should go in .S files, with corresponding
1121 C prototypes defined in C header files.  The C prototypes for assembly
1122 functions should use ``asmlinkage``.
1123
1124 You may need to mark your asm statement as volatile, to prevent GCC from
1125 removing it if GCC doesn't notice any side effects.  You don't always need to
1126 do so, though, and doing so unnecessarily can limit optimization.
1127
1128 When writing a single inline assembly statement containing multiple
1129 instructions, put each instruction on a separate line in a separate quoted
1130 string, and end each string except the last with ``\n\t`` to properly indent
1131 the next instruction in the assembly output:
1132
1133 .. code-block:: c
1134
1135         asm ("magic %reg1, #42\n\t"
1136              "more_magic %reg2, %reg3"
1137              : /* outputs */ : /* inputs */ : /* clobbers */);
1138
1139
1140 21) Conditional Compilation
1141 ---------------------------
1142
1143 Wherever possible, don't use preprocessor conditionals (#if, #ifdef) in .c
1144 files; doing so makes code harder to read and logic harder to follow.  Instead,
1145 use such conditionals in a header file defining functions for use in those .c
1146 files, providing no-op stub versions in the #else case, and then call those
1147 functions unconditionally from .c files.  The compiler will avoid generating
1148 any code for the stub calls, producing identical results, but the logic will
1149 remain easy to follow.
1150
1151 Prefer to compile out entire functions, rather than portions of functions or
1152 portions of expressions.  Rather than putting an ifdef in an expression, factor
1153 out part or all of the expression into a separate helper function and apply the
1154 conditional to that function.
1155
1156 If you have a function or variable which may potentially go unused in a
1157 particular configuration, and the compiler would warn about its definition
1158 going unused, mark the definition as __maybe_unused rather than wrapping it in
1159 a preprocessor conditional.  (However, if a function or variable *always* goes
1160 unused, delete it.)
1161
1162 Within code, where possible, use the IS_ENABLED macro to convert a Kconfig
1163 symbol into a C boolean expression, and use it in a normal C conditional:
1164
1165 .. code-block:: c
1166
1167         if (IS_ENABLED(CONFIG_SOMETHING)) {
1168                 ...
1169         }
1170
1171 The compiler will constant-fold the conditional away, and include or exclude
1172 the block of code just as with an #ifdef, so this will not add any runtime
1173 overhead.  However, this approach still allows the C compiler to see the code
1174 inside the block, and check it for correctness (syntax, types, symbol
1175 references, etc).  Thus, you still have to use an #ifdef if the code inside the
1176 block references symbols that will not exist if the condition is not met.
1177
1178 At the end of any non-trivial #if or #ifdef block (more than a few lines),
1179 place a comment after the #endif on the same line, noting the conditional
1180 expression used.  For instance:
1181
1182 .. code-block:: c
1183
1184         #ifdef CONFIG_SOMETHING
1185         ...
1186         #endif /* CONFIG_SOMETHING */
1187
1188
1189 22) Do not crash the kernel
1190 ---------------------------
1191
1192 In general, the decision to crash the kernel belongs to the user, rather
1193 than to the kernel developer.
1194
1195 Avoid panic()
1196 *************
1197
1198 panic() should be used with care and primarily only during system boot.
1199 panic() is, for example, acceptable when running out of memory during boot and
1200 not being able to continue.
1201
1202 Use WARN() rather than BUG()
1203 ****************************
1204
1205 Do not add new code that uses any of the BUG() variants, such as BUG(),
1206 BUG_ON(), or VM_BUG_ON(). Instead, use a WARN*() variant, preferably
1207 WARN_ON_ONCE(), and possibly with recovery code. Recovery code is not
1208 required if there is no reasonable way to at least partially recover.
1209
1210 "I'm too lazy to do error handling" is not an excuse for using BUG(). Major
1211 internal corruptions with no way of continuing may still use BUG(), but need
1212 good justification.
1213
1214 Use WARN_ON_ONCE() rather than WARN() or WARN_ON()
1215 **************************************************
1216
1217 WARN_ON_ONCE() is generally preferred over WARN() or WARN_ON(), because it
1218 is common for a given warning condition, if it occurs at all, to occur
1219 multiple times. This can fill up and wrap the kernel log, and can even slow
1220 the system enough that the excessive logging turns into its own, additional
1221 problem.
1222
1223 Do not WARN lightly
1224 *******************
1225
1226 WARN*() is intended for unexpected, this-should-never-happen situations.
1227 WARN*() macros are not to be used for anything that is expected to happen
1228 during normal operation. These are not pre- or post-condition asserts, for
1229 example. Again: WARN*() must not be used for a condition that is expected
1230 to trigger easily, for example, by user space actions. pr_warn_once() is a
1231 possible alternative, if you need to notify the user of a problem.
1232
1233 Do not worry about panic_on_warn users
1234 **************************************
1235
1236 A few more words about panic_on_warn: Remember that ``panic_on_warn`` is an
1237 available kernel option, and that many users set this option. This is why
1238 there is a "Do not WARN lightly" writeup, above. However, the existence of
1239 panic_on_warn users is not a valid reason to avoid the judicious use
1240 WARN*(). That is because, whoever enables panic_on_warn has explicitly
1241 asked the kernel to crash if a WARN*() fires, and such users must be
1242 prepared to deal with the consequences of a system that is somewhat more
1243 likely to crash.
1244
1245 Use BUILD_BUG_ON() for compile-time assertions
1246 **********************************************
1247
1248 The use of BUILD_BUG_ON() is acceptable and encouraged, because it is a
1249 compile-time assertion that has no effect at runtime.
1250
1251 Appendix I) References
1252 ----------------------
1253
1254 The C Programming Language, Second Edition
1255 by Brian W. Kernighan and Dennis M. Ritchie.
1256 Prentice Hall, Inc., 1988.
1257 ISBN 0-13-110362-8 (paperback), 0-13-110370-9 (hardback).
1258
1259 The Practice of Programming
1260 by Brian W. Kernighan and Rob Pike.
1261 Addison-Wesley, Inc., 1999.
1262 ISBN 0-201-61586-X.
1263
1264 GNU manuals - where in compliance with K&R and this text - for cpp, gcc,
1265 gcc internals and indent, all available from https://www.gnu.org/manual/
1266
1267 WG14 is the international standardization working group for the programming
1268 language C, URL: http://www.open-std.org/JTC1/SC22/WG14/
1269
1270 Kernel :ref:`process/coding-style.rst <codingstyle>`, by greg@kroah.com at OLS 2002:
1271 http://www.kroah.com/linux/talks/ols_2002_kernel_codingstyle_talk/html/