Imported Upstream version 1.0.0
[platform/upstream/js.git] / js / src / ctypes / libffi / doc / libffi.texi
1 \input texinfo   @c -*-texinfo-*-
2 @c %**start of header
3 @setfilename libffi.info
4 @settitle libffi
5 @setchapternewpage off
6 @c %**end of header
7
8 @c Merge the standard indexes into a single one.
9 @syncodeindex fn cp
10 @syncodeindex vr cp
11 @syncodeindex ky cp
12 @syncodeindex pg cp
13 @syncodeindex tp cp
14
15 @include version.texi
16
17 @copying
18
19 This manual is for Libffi, a portable foreign-function interface
20 library.
21
22 Copyright @copyright{} 2008, 2010 Red Hat, Inc.
23
24 @quotation
25 Permission is granted to copy, distribute and/or modify this document
26 under the terms of the GNU General Public License as published by the
27 Free Software Foundation; either version 2, or (at your option) any
28 later version.  A copy of the license is included in the
29 section entitled ``GNU General Public License''.
30
31 @end quotation
32 @end copying
33
34 @dircategory Development
35 @direntry
36 * libffi: (libffi).             Portable foreign-function interface library.
37 @end direntry
38
39 @titlepage
40 @title Libffi
41 @page
42 @vskip 0pt plus 1filll
43 @insertcopying
44 @end titlepage
45
46
47 @ifnottex
48 @node Top
49 @top libffi
50
51 @insertcopying
52
53 @menu
54 * Introduction::                What is libffi?
55 * Using libffi::                How to use libffi.
56 * Missing Features::            Things libffi can't do.
57 * Index::                       Index.
58 @end menu
59
60 @end ifnottex
61
62
63 @node Introduction
64 @chapter What is libffi?
65
66 Compilers for high level languages generate code that follow certain
67 conventions.  These conventions are necessary, in part, for separate
68 compilation to work.  One such convention is the @dfn{calling
69 convention}.  The calling convention is a set of assumptions made by
70 the compiler about where function arguments will be found on entry to
71 a function.  A calling convention also specifies where the return
72 value for a function is found.  The calling convention is also
73 sometimes called the @dfn{ABI} or @dfn{Application Binary Interface}.
74 @cindex calling convention
75 @cindex ABI
76 @cindex Application Binary Interface
77
78 Some programs may not know at the time of compilation what arguments
79 are to be passed to a function.  For instance, an interpreter may be
80 told at run-time about the number and types of arguments used to call
81 a given function.  @samp{Libffi} can be used in such programs to
82 provide a bridge from the interpreter program to compiled code.
83
84 The @samp{libffi} library provides a portable, high level programming
85 interface to various calling conventions.  This allows a programmer to
86 call any function specified by a call interface description at run
87 time.
88
89 @acronym{FFI} stands for Foreign Function Interface.  A foreign
90 function interface is the popular name for the interface that allows
91 code written in one language to call code written in another language.
92 The @samp{libffi} library really only provides the lowest, machine
93 dependent layer of a fully featured foreign function interface.  A
94 layer must exist above @samp{libffi} that handles type conversions for
95 values passed between the two languages.
96 @cindex FFI
97 @cindex Foreign Function Interface
98
99
100 @node Using libffi
101 @chapter Using libffi
102
103 @menu
104 * The Basics::                  The basic libffi API.
105 * Simple Example::              A simple example.
106 * Types::                       libffi type descriptions.
107 * Multiple ABIs::               Different passing styles on one platform.
108 * The Closure API::             Writing a generic function.
109 * Closure Example::             A closure example.
110 @end menu
111
112
113 @node The Basics
114 @section The Basics
115
116 @samp{Libffi} assumes that you have a pointer to the function you wish
117 to call and that you know the number and types of arguments to pass
118 it, as well as the return type of the function.
119
120 The first thing you must do is create an @code{ffi_cif} object that
121 matches the signature of the function you wish to call.  This is a
122 separate step because it is common to make multiple calls using a
123 single @code{ffi_cif}.  The @dfn{cif} in @code{ffi_cif} stands for
124 Call InterFace.  To prepare a call interface object, use the function
125 @code{ffi_prep_cif}.
126 @cindex cif
127
128 @findex ffi_prep_cif
129 @defun ffi_status ffi_prep_cif (ffi_cif *@var{cif}, ffi_abi @var{abi}, unsigned int @var{nargs}, ffi_type *@var{rtype}, ffi_type **@var{argtypes})
130 This initializes @var{cif} according to the given parameters.
131
132 @var{abi} is the ABI to use; normally @code{FFI_DEFAULT_ABI} is what
133 you want.  @ref{Multiple ABIs} for more information.
134
135 @var{nargs} is the number of arguments that this function accepts.
136 @samp{libffi} does not yet handle varargs functions; see @ref{Missing
137 Features} for more information.
138
139 @var{rtype} is a pointer to an @code{ffi_type} structure that
140 describes the return type of the function.  @xref{Types}.
141
142 @var{argtypes} is a vector of @code{ffi_type} pointers.
143 @var{argtypes} must have @var{nargs} elements.  If @var{nargs} is 0,
144 this argument is ignored.
145
146 @code{ffi_prep_cif} returns a @code{libffi} status code, of type
147 @code{ffi_status}.  This will be either @code{FFI_OK} if everything
148 worked properly; @code{FFI_BAD_TYPEDEF} if one of the @code{ffi_type}
149 objects is incorrect; or @code{FFI_BAD_ABI} if the @var{abi} parameter
150 is invalid.
151 @end defun
152
153
154 To call a function using an initialized @code{ffi_cif}, use the
155 @code{ffi_call} function:
156
157 @findex ffi_call
158 @defun void ffi_call (ffi_cif *@var{cif}, void *@var{fn}, void *@var{rvalue}, void **@var{avalues})
159 This calls the function @var{fn} according to the description given in
160 @var{cif}.  @var{cif} must have already been prepared using
161 @code{ffi_prep_cif}.
162
163 @var{rvalue} is a pointer to a chunk of memory that will hold the
164 result of the function call.  This must be large enough to hold the
165 result and must be suitably aligned; it is the caller's responsibility
166 to ensure this.  If @var{cif} declares that the function returns
167 @code{void} (using @code{ffi_type_void}), then @var{rvalue} is
168 ignored.  If @var{rvalue} is @samp{NULL}, then the return value is
169 discarded.
170
171 @var{avalues} is a vector of @code{void *} pointers that point to the
172 memory locations holding the argument values for a call.  If @var{cif}
173 declares that the function has no arguments (i.e., @var{nargs} was 0),
174 then @var{avalues} is ignored.  Note that argument values may be
175 modified by the callee (for instance, structs passed by value); the
176 burden of copying pass-by-value arguments is placed on the caller.
177 @end defun
178
179
180 @node Simple Example
181 @section Simple Example
182
183 Here is a trivial example that calls @code{puts} a few times.
184
185 @example
186 #include <stdio.h>
187 #include <ffi.h>
188
189 int main()
190 @{
191   ffi_cif cif;
192   ffi_type *args[1];
193   void *values[1];
194   char *s;
195   int rc;
196   
197   /* Initialize the argument info vectors */    
198   args[0] = &ffi_type_pointer;
199   values[0] = &s;
200   
201   /* Initialize the cif */
202   if (ffi_prep_cif(&cif, FFI_DEFAULT_ABI, 1, 
203                        &ffi_type_uint, args) == FFI_OK)
204     @{
205       s = "Hello World!";
206       ffi_call(&cif, puts, &rc, values);
207       /* rc now holds the result of the call to puts */
208       
209       /* values holds a pointer to the function's arg, so to 
210          call puts() again all we need to do is change the 
211          value of s */
212       s = "This is cool!";
213       ffi_call(&cif, puts, &rc, values);
214     @}
215   
216   return 0;
217 @}
218 @end example
219
220
221 @node Types
222 @section Types
223
224 @menu
225 * Primitive Types::             Built-in types.
226 * Structures::                  Structure types.
227 * Type Example::                Structure type example.
228 @end menu
229
230 @node Primitive Types
231 @subsection Primitive Types
232
233 @code{Libffi} provides a number of built-in type descriptors that can
234 be used to describe argument and return types:
235
236 @table @code
237 @item ffi_type_void
238 @tindex ffi_type_void
239 The type @code{void}.  This cannot be used for argument types, only
240 for return values.
241
242 @item ffi_type_uint8
243 @tindex ffi_type_uint8
244 An unsigned, 8-bit integer type.
245
246 @item ffi_type_sint8
247 @tindex ffi_type_sint8
248 A signed, 8-bit integer type.
249
250 @item ffi_type_uint16
251 @tindex ffi_type_uint16
252 An unsigned, 16-bit integer type.
253
254 @item ffi_type_sint16
255 @tindex ffi_type_sint16
256 A signed, 16-bit integer type.
257
258 @item ffi_type_uint32
259 @tindex ffi_type_uint32
260 An unsigned, 32-bit integer type.
261
262 @item ffi_type_sint32
263 @tindex ffi_type_sint32
264 A signed, 32-bit integer type.
265
266 @item ffi_type_uint64
267 @tindex ffi_type_uint64
268 An unsigned, 64-bit integer type.
269
270 @item ffi_type_sint64
271 @tindex ffi_type_sint64
272 A signed, 64-bit integer type.
273
274 @item ffi_type_float
275 @tindex ffi_type_float
276 The C @code{float} type.
277
278 @item ffi_type_double
279 @tindex ffi_type_double
280 The C @code{double} type.
281
282 @item ffi_type_uchar
283 @tindex ffi_type_uchar
284 The C @code{unsigned char} type.
285
286 @item ffi_type_schar
287 @tindex ffi_type_schar
288 The C @code{signed char} type.  (Note that there is not an exact
289 equivalent to the C @code{char} type in @code{libffi}; ordinarily you
290 should either use @code{ffi_type_schar} or @code{ffi_type_uchar}
291 depending on whether @code{char} is signed.)
292
293 @item ffi_type_ushort
294 @tindex ffi_type_ushort
295 The C @code{unsigned short} type.
296
297 @item ffi_type_sshort
298 @tindex ffi_type_sshort
299 The C @code{short} type.
300
301 @item ffi_type_uint
302 @tindex ffi_type_uint
303 The C @code{unsigned int} type.
304
305 @item ffi_type_sint
306 @tindex ffi_type_sint
307 The C @code{int} type.
308
309 @item ffi_type_ulong
310 @tindex ffi_type_ulong
311 The C @code{unsigned long} type.
312
313 @item ffi_type_slong
314 @tindex ffi_type_slong
315 The C @code{long} type.
316
317 @item ffi_type_longdouble
318 @tindex ffi_type_longdouble
319 On platforms that have a C @code{long double} type, this is defined.
320 On other platforms, it is not.
321
322 @item ffi_type_pointer
323 @tindex ffi_type_pointer
324 A generic @code{void *} pointer.  You should use this for all
325 pointers, regardless of their real type.
326 @end table
327
328 Each of these is of type @code{ffi_type}, so you must take the address
329 when passing to @code{ffi_prep_cif}.
330
331
332 @node Structures
333 @subsection Structures
334
335 Although @samp{libffi} has no special support for unions or
336 bit-fields, it is perfectly happy passing structures back and forth.
337 You must first describe the structure to @samp{libffi} by creating a
338 new @code{ffi_type} object for it.
339
340 @tindex ffi_type
341 @deftp ffi_type
342 The @code{ffi_type} has the following members:
343 @table @code
344 @item size_t size
345 This is set by @code{libffi}; you should initialize it to zero.
346
347 @item unsigned short alignment
348 This is set by @code{libffi}; you should initialize it to zero.
349
350 @item unsigned short type
351 For a structure, this should be set to @code{FFI_TYPE_STRUCT}.
352
353 @item ffi_type **elements
354 This is a @samp{NULL}-terminated array of pointers to @code{ffi_type}
355 objects.  There is one element per field of the struct.
356 @end table
357 @end deftp
358
359
360 @node Type Example
361 @subsection Type Example
362
363 The following example initializes a @code{ffi_type} object
364 representing the @code{tm} struct from Linux's @file{time.h}.
365
366 Here is how the struct is defined:
367
368 @example
369 struct tm @{
370     int tm_sec;
371     int tm_min;
372     int tm_hour;
373     int tm_mday;
374     int tm_mon;
375     int tm_year;
376     int tm_wday;
377     int tm_yday;
378     int tm_isdst;
379     /* Those are for future use. */
380     long int __tm_gmtoff__;
381     __const char *__tm_zone__;
382 @};
383 @end example
384
385 Here is the corresponding code to describe this struct to
386 @code{libffi}:
387
388 @example
389     @{
390       ffi_type tm_type;
391       ffi_type *tm_type_elements[12];
392       int i;
393
394       tm_type.size = tm_type.alignment = 0;
395       tm_type.elements = &tm_type_elements;
396     
397       for (i = 0; i < 9; i++)
398           tm_type_elements[i] = &ffi_type_sint;
399
400       tm_type_elements[9] = &ffi_type_slong;
401       tm_type_elements[10] = &ffi_type_pointer;
402       tm_type_elements[11] = NULL;
403
404       /* tm_type can now be used to represent tm argument types and
405          return types for ffi_prep_cif() */
406     @}
407 @end example
408
409
410 @node Multiple ABIs
411 @section Multiple ABIs
412
413 A given platform may provide multiple different ABIs at once.  For
414 instance, the x86 platform has both @samp{stdcall} and @samp{fastcall}
415 functions.
416
417 @code{libffi} provides some support for this.  However, this is
418 necessarily platform-specific.
419
420 @c FIXME: document the platforms
421
422 @node The Closure API
423 @section The Closure API
424
425 @code{libffi} also provides a way to write a generic function -- a
426 function that can accept and decode any combination of arguments.
427 This can be useful when writing an interpreter, or to provide wrappers
428 for arbitrary functions.
429
430 This facility is called the @dfn{closure API}.  Closures are not
431 supported on all platforms; you can check the @code{FFI_CLOSURES}
432 define to determine whether they are supported on the current
433 platform.
434 @cindex closures
435 @cindex closure API
436 @findex FFI_CLOSURES
437
438 Because closures work by assembling a tiny function at runtime, they
439 require special allocation on platforms that have a non-executable
440 heap.  Memory management for closures is handled by a pair of
441 functions:
442
443 @findex ffi_closure_alloc
444 @defun void *ffi_closure_alloc (size_t @var{size}, void **@var{code})
445 Allocate a chunk of memory holding @var{size} bytes.  This returns a
446 pointer to the writable address, and sets *@var{code} to the
447 corresponding executable address.
448
449 @var{size} should be sufficient to hold a @code{ffi_closure} object.
450 @end defun
451
452 @findex ffi_closure_free
453 @defun void ffi_closure_free (void *@var{writable})
454 Free memory allocated using @code{ffi_closure_alloc}.  The argument is
455 the writable address that was returned.
456 @end defun
457
458
459 Once you have allocated the memory for a closure, you must construct a
460 @code{ffi_cif} describing the function call.  Finally you can prepare
461 the closure function:
462
463 @findex ffi_prep_closure_loc
464 @defun ffi_status ffi_prep_closure_loc (ffi_closure *@var{closure}, ffi_cif *@var{cif}, void (*@var{fun}) (ffi_cif *@var{cif}, void *@var{ret}, void **@var{args}, void *@var{user_data}), void *@var{user_data}, void *@var{codeloc})
465 Prepare a closure function.
466
467 @var{closure} is the address of a @code{ffi_closure} object; this is
468 the writable address returned by @code{ffi_closure_alloc}.
469
470 @var{cif} is the @code{ffi_cif} describing the function parameters.
471
472 @var{user_data} is an arbitrary datum that is passed, uninterpreted,
473 to your closure function.
474
475 @var{codeloc} is the executable address returned by
476 @code{ffi_closure_alloc}.
477
478 @var{fun} is the function which will be called when the closure is
479 invoked.  It is called with the arguments:
480 @table @var
481 @item cif
482 The @code{ffi_cif} passed to @code{ffi_prep_closure_loc}.
483
484 @item ret
485 A pointer to the memory used for the function's return value.
486 @var{fun} must fill this, unless the function is declared as returning
487 @code{void}.
488 @c FIXME: is this NULL for void-returning functions?
489
490 @item args
491 A vector of pointers to memory holding the arguments to the function.
492
493 @item user_data
494 The same @var{user_data} that was passed to
495 @code{ffi_prep_closure_loc}.
496 @end table
497
498 @code{ffi_prep_closure_loc} will return @code{FFI_OK} if everything
499 went ok, and something else on error.
500 @c FIXME: what?
501
502 After calling @code{ffi_prep_closure_loc}, you can cast @var{codeloc}
503 to the appropriate pointer-to-function type.
504 @end defun
505
506 You may see old code referring to @code{ffi_prep_closure}.  This
507 function is deprecated, as it cannot handle the need for separate
508 writable and executable addresses.
509
510 @node Closure Example
511 @section Closure Example
512
513 A trivial example that creates a new @code{puts} by binding 
514 @code{fputs} with @code{stdin}.
515
516 @example
517 #include <stdio.h>
518 #include <ffi.h>
519
520 /* Acts like puts with the file given at time of enclosure. */
521 void puts_binding(ffi_cif *cif, unsigned int *ret, void* args[], 
522                   FILE *stream)
523 @{
524   *ret = fputs(*(char **)args[0], stream);
525 @}
526
527 int main()
528 @{
529   ffi_cif cif;
530   ffi_type *args[1];
531   ffi_closure *closure;
532
533   int (*bound_puts)(char *);
534   int rc;
535   
536   /* Allocate closure and bound_puts */
537   closure = ffi_closure_alloc(sizeof(ffi_closure), &bound_puts);
538
539   if (closure)
540     @{
541       /* Initialize the argument info vectors */
542       args[0] = &ffi_type_pointer;
543
544       /* Initialize the cif */
545       if (ffi_prep_cif(&cif, FFI_DEFAULT_ABI, 1,
546                        &ffi_type_uint, args) == FFI_OK)
547         @{
548           /* Initialize the closure, setting stream to stdout */
549           if (ffi_prep_closure_loc(closure, &cif, puts_binding, 
550                                    stdout, bound_puts) == FFI_OK)
551             @{
552               rc = bound_puts("Hello World!");
553               /* rc now holds the result of the call to fputs */
554             @}
555         @}
556     @}
557
558   /* Deallocate both closure, and bound_puts */
559   ffi_closure_free(closure);
560
561   return 0;
562 @}
563
564 @end example
565
566
567 @node Missing Features
568 @chapter Missing Features
569
570 @code{libffi} is missing a few features.  We welcome patches to add
571 support for these.
572
573 @itemize @bullet
574 @item
575 There is no support for calling varargs functions.  This may work on
576 some platforms, depending on how the ABI is defined, but it is not
577 reliable.
578
579 @item
580 There is no support for bit fields in structures.
581
582 @item
583 The closure API is
584
585 @c FIXME: ...
586
587 @item
588 The ``raw'' API is undocumented.
589 @c argument promotion?
590 @c unions?
591 @c anything else?
592 @end itemize
593
594
595 @node Index
596 @unnumbered Index
597
598 @printindex cp
599
600 @bye