Fix for x86_64 build fail
[platform/upstream/connectedhomeip.git] / third_party / pigweed / repo / docs / style_guide.rst
1 .. _docs-pw-style:
2
3 ===========================
4 Style Guide and Conventions
5 ===========================
6
7 .. tip::
8   Pigweed runs ``pw format`` as part of ``pw presubmit`` to perform some code
9   formatting checks. To speed up the review process, consider adding ``pw
10   presubmit`` as a git push hook using the following command:
11   ``pw presubmit --install``
12
13 ---------
14 C++ style
15 ---------
16
17 The Pigweed C++ style guide is closely based on Google's external C++ Style
18 Guide, which is found on the web at
19 https://google.github.io/styleguide/cppguide.html. The Google C++ Style Guide
20 applies to Pigweed except as described in this document.
21
22 The Pigweed style guide only applies to Pigweed itself. It does not apply to
23 projects that use Pigweed or to the third-party code included with Pigweed.
24 Non-Pigweed code is free to use features restricted by Pigweed, such as dynamic
25 memory allocation and the entirety of the C++ Standard Library.
26
27 Recommendations in the :doc:`embedded_cpp_guide` are considered part of the
28 Pigweed style guide, but are separated out since it covers more general
29 embedded development beyond just C++ style.
30
31 Automatic formatting
32 ====================
33 Pigweed uses `clang-format <https://clang.llvm.org/docs/ClangFormat.html>`_ to
34 automatically format Pigweed source code. A ``.clang-format`` configuration is
35 provided with the Pigweed repository.
36
37 Automatic formatting is essential to facilitate large-scale, automated changes
38 in Pigweed. Therefore, all code in Pigweed is expected to be formatted with
39 ``clang-format`` prior to submission. Existing code may be reformatted at any
40 time.
41
42 If ``clang-format`` formats code in an undesirable or incorrect way, it can be
43 disabled for the affected lines by adding ``// clang-format off``.
44 ``clang-format`` must then be re-enabled with a ``// clang-format on`` comment.
45
46 .. code-block:: cpp
47
48   // clang-format off
49   constexpr int kMyMatrix[] = {
50       100,  23,   0,
51         0, 542,  38,
52         1,   2, 201,
53   };
54   // clang-format on
55
56 C Standard Library
57 ==================
58 In C++ headers, always use the C++ versions of C Standard Library headers (e.g.
59 ``<cstdlib>`` instead of ``<stdlib.h>``). If the header is used by both C and
60 C++ code, only the C header should be used.
61
62 In C++ code, it is preferred to use C functions from the ``std`` namespace. For
63 example, use ``std::memcpy`` instead of ``memcpy``. The C++ standard does not
64 require the global namespace versions of the functions to be provided. Using
65 ``std::`` is more consistent with the C++ Standard Library and makes it easier
66 to distinguish Pigweed functions from library functions.
67
68 Within core Pigweed, do not use C standard library functions that allocate
69 memory, such as ``std::malloc``. There are exceptions to this for when dynamic
70 allocation is enabled for a system; Pigweed modules are allowed to add extra
71 functionality when a heap is present; but this must be optional.
72
73 C++ Standard Library
74 ====================
75 Much of the C++ Standard Library is not a good fit for embedded software. Many
76 of the classes and functions were not designed with the RAM, flash, and
77 performance constraints of a microcontroller in mind. For example, simply
78 adding the line ``#include <iostream>`` can increase the binary size by 150 KB!
79 This is larger than many microcontrollers' entire internal storage.
80
81 However, with appropriate caution, a limited set of standard C++ libraries can
82 be used to great effect. Developers can leverage familiar, well-tested
83 abstractions instead of writing their own. C++ library algorithms and classes
84 can give equivalent or better performance than hand-written C code.
85
86 A limited subset of the C++ Standard Library is permitted in Pigweed. To keep
87 Pigweed small, flexible, and portable, functions that allocate dynamic memory
88 must be avoided. Care must be exercised when using multiple instantiations of a
89 template function, which can lead to code bloat.
90
91 The following C++ Standard Library headers are always permitted:
92
93   * ``<array>``
94   * ``<complex>``
95   * ``<initializer_list>``
96   * ``<iterator>``
97   * ``<limits>``
98   * ``<optional>``
99   * ``<random>``
100   * ``<ratio>``
101   * ``<span>``
102   * ``<string_view>``
103   * ``<tuple>``
104   * ``<type_traits>``
105   * ``<utility>``
106   * ``<variant>``
107   * C Standard Library headers (``<c*>``)
108
109 With caution, parts of the following headers can be used:
110
111   * ``<algorithm>`` -- be wary of potential memory allocation
112   * ``<atomic>`` -- not all MCUs natively support atomic operations
113   * ``<bitset>`` -- conversions to or from strings are disallowed
114   * ``<functional>`` -- do **not** use ``std::function``
115   * ``<new>`` -- for placement new
116   * ``<numeric>`` -- be wary of code size with multiple template instantiations
117
118 Never use any of these headers:
119
120   * Dynamic containers (``<list>``, ``<map>``, ``<set>``, ``<vector>``, etc.)
121   * Streams (``<iostream>``, ``<ostream>``, ``<fstream>``, etc.)
122   * ``<exception>``
123   * ``<future>``, ``<mutex>``, ``<thread>``
124   * ``<memory>``
125   * ``<regex>``
126   * ``<scoped_allocator>``
127   * ``<sstream>``
128   * ``<stdexcept>``
129   * ``<string>``
130   * ``<valarray>``
131
132 Headers not listed here should be carefully evaluated before they are used.
133
134 These restrictions do not apply to third party code or to projects that use
135 Pigweed.
136
137 Combining C and C++
138 ===================
139 Prefer to write C++ code over C code, using ``extern "C"`` for symbols that must
140 have C linkage. ``extern "C"`` functions should be defined within C++
141 namespaces to simplify referring to other code.
142
143 C++ functions with no parameters do not include ``void`` in the parameter list.
144 C functions with no parameters must include ``void``.
145
146 .. code-block:: cpp
147
148   namespace pw {
149
150   bool ThisIsACppFunction() { return true; }
151
152   extern "C" int pw_ThisIsACFunction(void) { return -1; }
153
154   extern "C" {
155
156   int pw_ThisIsAlsoACFunction(void) {
157     return ThisIsACppFunction() ? 100 : 0;
158   }
159
160   }  // extern "C"
161
162   }  // namespace pw
163
164 Comments
165 ========
166 Prefer C++-style (``//``) comments over C-style commments (``/* */``). C-style
167 comments should only be used for inline comments.
168
169 .. code-block:: cpp
170
171   // Use C++-style comments, except where C-style comments are necessary.
172   // This returns a random number using an algorithm I found on the internet.
173   #define RANDOM_NUMBER() [] {                \
174     return 4;  /* chosen by fair dice roll */ \
175   }()
176
177 Indent code in comments with two additional spaces, making a total of three
178 spaces after the ``//``. All code blocks must begin and end with an empty
179 comment line, even if the blank comment line is the last line in the block.
180
181 .. code-block:: cpp
182
183   // Here is an example of code in comments.
184   //
185   //   int indentation_spaces = 2;
186   //   int total_spaces = 3;
187   //
188   //   engine_1.thrust = RANDOM_NUMBER() * indentation_spaces + total_spaces;
189   //
190   bool SomeFunction();
191
192 Control statements
193 ==================
194 All loops and conditional statements must use braces.
195
196 The syntax ``while (true)`` is preferred over ``for (;;)`` for infinite loops.
197
198 Include guards
199 ==============
200 The first non-comment line of every header file must be ``#pragma once``. Do
201 not use traditional macro include guards. The ``#pragma once`` should come
202 directly after the Pigweed copyright block, with no blank line, followed by a
203 blank, like this:
204
205 .. code-block:: cpp
206
207   // Copyright 2020 The Pigweed Authors
208   //
209   // Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License"); you may not
210   // use this file except in compliance with the License. You may obtain a copy of
211   // the License at
212   //
213   //     https://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
214   //
215   // Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
216   // distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS, WITHOUT
217   // WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied. See the
218   // License for the specific language governing permissions and limitations under
219   // the License.
220   #pragma once
221
222   // Header file-level comment goes here...
223
224 Memory allocation
225 =================
226 Dynamic memory allocation can be problematic. Heap allocations and deallocations
227 occupy valuable CPU cycles. Memory usage becomes nondeterministic, which can
228 result in a system crashing without a clear culprit.
229
230 To keep Pigweed portable, core Pigweed code is not permitted to dynamically
231 (heap) allocate memory, such as with ``malloc`` or ``new``. All memory should be
232 allocated with automatic (stack) or static (global) storage duration. Pigweed
233 must not use C++ libraries that use dynamic allocation.
234
235 Projects that use Pigweed are free to use dynamic allocation, provided they
236 have selected a target that enables the heap.
237
238 Naming
239 ======
240 Entities shall be named according to the `Google style guide
241 <https://google.github.io/styleguide/cppguide.html>`_, with the following
242 additional requirements.
243
244 **C++ code**
245   * All Pigweed C++ code must be in the ``pw`` namespace. Namespaces for
246     modules should be nested under ``pw``. For example,
247     ``pw::string::Format()``.
248   * Whenever possible, private code should be in a source (.cc) file and placed
249     in anonymous namespace nested under ``pw``.
250   * If private code must be exposed in a header file, it must be in a namespace
251     nested under ``pw``. The namespace may be named for its subsystem or use a
252     name that designates it as private, such as ``internal``.
253   * Template arguments for non-type names (e.g. ``template <int foo_bar>``)
254     should follow the variable naming convention, which means snake case (e.g.
255     ``foo_bar``). This matches the Google C++ style, however the wording in the
256     official style guide isn't explicit and could be interpreted to use
257     ``kFooBar`` style naming. Wide practice establishes that the naming
258     convention is ``snake_case``, and so that is the style we use in Pigweed.
259
260     **Note:** At time of writing much of Pigweed incorrectly follows the
261     ``kCamelCase`` naming for non-type template arguments. This is a bug that
262     will be fixed eventually.
263
264 **C code**
265 In general, C symbols should be prefixed with the module name. If the symbol is
266 not associated with a module, use just ``pw`` as the module name. Facade
267 backends may chose to prefix symbols with the facade's name to help reduce the
268 length of the prefix.
269
270   * Public names used by C code must be prefixed with the module name (e.g.
271     ``pw_tokenizer_*``).
272   * If private code must be exposed in a header, private names used by C code
273     must be prefixed with an underscore followed by the module name (e.g.
274     ``_pw_assert_*``).
275   * Avoid writing C source (.c) files in Pigweed. Prefer to write C++ code with
276     C linkage using ``extern "C"``. Within C source, private C functions and
277     variables must be named with the ``_pw_my_module_*`` prefix and should be
278     declared ``static`` whenever possible; for example,
279     ``_pw_my_module_MyPrivateFunction``.
280   * The C prefix rules apply to
281
282     * C functions (``int pw_foo_FunctionName(void);``),
283     * variables used by C code (``int pw_foo_variable_name;``),
284     * constant variables used by C code (``int pw_foo_kConstantName;``),
285     * structs used by C code (``typedef struct {} pw_foo_StructName;``), and
286     * all of the above for ``extern "C"`` names in C++ code.
287
288     The prefix does not apply to struct members, which use normal Google style.
289
290 **Preprocessor macros**
291   * Public Pigweed macros must be prefixed with the module name (e.g.
292     ``PW_MY_MODULE_*``).
293   * Private Pigweed macros must be prefixed with an underscore followed by the
294     module name (e.g. ``_PW_MY_MODULE_*``).
295
296 **Example**
297
298 .. code-block:: cpp
299
300   namespace pw::my_module {
301   namespace nested_namespace {
302
303   // C++ names (types, variables, functions) must be in the pw namespace.
304   // They are named according to the Google style guide.
305   constexpr int kGlobalConstant = 123;
306
307   // Prefer using functions over extern global variables.
308   extern int global_variable;
309
310   class Class {};
311
312   void Function();
313
314   extern "C" {
315
316   // Public Pigweed code used from C must be prefixed with pw_.
317   extern const int pw_my_module_kGlobalConstant;
318
319   extern int pw_my_module_global_variable;
320
321   void pw_my_module_Function(void);
322
323   typedef struct {
324     int member_variable;
325   } pw_my_module_Struct;
326
327   // Private Pigweed code used from C must be prefixed with _pw_.
328   extern const int _pw_my_module_kPrivateGlobalConstant;
329
330   extern int _pw_my_module_private_global_variable;
331
332   void _pw_my_module_PrivateFunction(void);
333
334   typedef struct {
335     int member_variable;
336   } _pw_my_module_PrivateStruct;
337
338   }  // extern "C"
339
340   // Public macros must be prefixed with PW_.
341   #define PW_MY_MODULE_PUBLIC_MACRO(arg) arg
342
343   // Private macros must be prefixed with _PW_.
344   #define _PW_MY_MODULE_PRIVATE_MACRO(arg) arg
345
346   }  // namespace nested_namespace
347   }  // namespace pw::my_module
348
349 Namespace scope formatting
350 ==========================
351 All non-indented blocks (namespaces, ``extern "C"`` blocks, and preprocessor
352 conditionals) must have a comment on their closing line with the
353 contents of the starting line.
354
355 All nested namespaces should be declared together with no blank lines between
356 them.
357
358 .. code-block:: cpp
359
360   #include "some/header.h"
361
362   namespace pw::nested {
363   namespace {
364
365   constexpr int kAnonConstantGoesHere = 0;
366
367   }  // namespace
368
369   namespace other {
370
371   const char* SomeClass::yes = "no";
372
373   bool ThisIsAFunction() {
374   #if PW_CONFIG_IS_SET
375     return true;
376   #else
377     return false;
378   #endif  // PW_CONFIG_IS_SET
379   }
380
381   extern "C" {
382
383   const int pw_kSomeConstant = 10;
384   int pw_some_global_variable = 600;
385
386   void pw_CFunction() { ... }
387
388   }  // extern "C"
389
390   }  // namespace
391   }  // namespace pw::nested
392
393 Pointers and references
394 =======================
395 For pointer and reference types, place the asterisk or ampersand next to the
396 type.
397
398 .. code-block:: cpp
399
400   int* const number = &that_thing;
401   constexpr const char* kString = "theory!"
402
403   bool FindTheOneRing(const Region& where_to_look) { ... }
404
405 Prefer storing references over storing pointers. Pointers are required when the
406 pointer can change its target or may be ``nullptr``. Otherwise, a reference or
407 const reference should be used. In accordance with the Google C++ style guide,
408 only const references are permitted as function arguments; pointers must be used
409 in place of mutable references when passed as function arguments.
410
411 Preprocessor macros
412 ===================
413 Macros should only be used when they significantly improve upon the C++ code
414 they replace. Macros should make code more readable, robust, and safe, or
415 provide features not possible with standard C++, such as stringification, line
416 number capturing, or conditional compilation. When possible, use C++ constructs
417 like constexpr variables in place of macros. Never use macros as constants,
418 except when a string literal is needed or the value must be used by C code.
419
420 When macros are needed, the macros should be accompanied with extensive tests
421 to ensure the macros are hard to use wrong.
422
423 Stand-alone statement macros
424 ----------------------------
425 Macros that are standalone statements must require the caller to terminate the
426 macro invocation with a semicolon. For example, the following does *not* conform
427 to Pigweed's macro style:
428
429 .. code-block:: cpp
430
431   // BAD! Definition has built-in semicolon.
432   #define PW_LOG_IF_BAD(mj) \
433     CallSomeFunction(mj);
434
435   // BAD! Compiles without error; semicolon is missing.
436   PW_LOG_IF_BAD("foo")
437
438 Here's how to do this instead:
439
440 .. code-block:: cpp
441
442   // GOOD; requires semicolon to compile.
443   #define PW_LOG_IF_BAD(mj) \
444     CallSomeFunction(mj)
445
446   // GOOD; fails to compile due to lacking semicolon.
447   PW_LOG_IF_BAD("foo")
448
449 For macros in function scope that do not already require a semicolon, the
450 contents can be placed in a ``do { ... } while (0)`` loop.
451
452 .. code-block:: cpp
453
454   #define PW_LOG_IF_BAD(mj)  \
455     do {                     \
456       if (mj.Bad()) {        \
457         Log(#mj " is bad")   \
458       }                      \
459     } while (0)
460
461 Standalone macros at global scope that do not already require a semicolon can
462 add a ``static_assert`` or throwaway struct declaration statement as their
463 last line.
464
465 .. code-block:: cpp
466
467   #define PW_NEAT_THING(thing)             \
468     bool IsNeat_##thing() { return true; } \
469     static_assert(true, "Macros must be terminated with a semicolon")
470
471 Private macros in public headers
472 --------------------------------
473 Private macros in public headers must be prefixed with ``_PW_``, even if they
474 are undefined after use; this prevents collisions with downstream users. For
475 example:
476
477 .. code-block:: cpp
478
479   #define _PW_MY_SPECIAL_MACRO(op) ...
480   ...
481   // Code that uses _PW_MY_SPECIAL_MACRO()
482   ...
483   #undef _PW_MY_SPECIAL_MACRO
484
485 Macros in private implementation files (.cc)
486 --------------------------------------------
487 Macros within .cc files that should only used within one file should be
488 undefined after their last use; for example:
489
490 .. code-block:: cpp
491
492   #define DEFINE_OPERATOR(op) \
493     T operator ## op(T x, T y) { return x op y; } \
494     static_assert(true, "Macros must be terminated with a semicolon") \
495
496   DEFINE_OPERATOR(+);
497   DEFINE_OPERATOR(-);
498   DEFINE_OPERATOR(/);
499   DEFINE_OPERATOR(*);
500
501   #undef DEFINE_OPERATOR
502
503 Preprocessor conditional statements
504 ===================================
505 When using macros for conditional compilation, prefer to use ``#if`` over
506 ``#ifdef``. This checks the value of the macro rather than whether it exists.
507
508  * ``#if`` handles undefined macros equivalently to ``#ifdef``. Undefined
509    macros expand to 0 in preprocessor conditional statements.
510  * ``#if`` evaluates false for macros defined as 0, while ``#ifdef`` evaluates
511    true.
512  * Macros defined using compiler flags have a default value of 1 in GCC and
513    Clang, so they work equivalently for ``#if`` and ``#ifdef``.
514  * Macros defined to an empty statement cause compile-time errors in ``#if``
515    statements, which avoids ambiguity about how the macro should be used.
516
517 All ``#endif`` statements should be commented with the expression from their
518 corresponding ``#if``. Do not indent within preprocessor conditional statements.
519
520 .. code-block:: cpp
521
522   #if USE_64_BIT_WORD
523   using Word = uint64_t;
524   #else
525   using Word = uint32_t;
526   #endif  // USE_64_BIT_WORD
527
528 Unsigned integers
529 =================
530 Unsigned integers are permitted in Pigweed. Aim for consistency with existing
531 code and the C++ Standard Library. Be very careful mixing signed and unsigned
532 integers.
533
534 ------------
535 Python style
536 ------------
537 Pigweed uses the standard Python style: PEP8, which is available on the web at
538 https://www.python.org/dev/peps/pep-0008/. All Pigweed Python code should pass
539 ``yapf`` when configured for PEP8 style.
540
541 Python 3
542 ========
543 Pigweed uses Python 3. Some modules may offer limited support for Python 2, but
544 Python 3.6 or newer is required for most Pigweed code.
545
546 ---------------
547 Build files: GN
548 ---------------
549
550 Each Pigweed source module will require a build file named BUILD.gn which
551 encapsulates the build targets and specifies their sources and dependencies.
552 The format of this file is simlar in structure to the
553 `Bazel/Blaze format <https://docs.bazel.build/versions/3.2.0/build-ref.html>`_
554 (Googlers may also review `go/build-style <go/build-style>`_), but with
555 nomenclature specific to Pigweed. For each target specified within the build
556 file there are a list of depdency fields. Those fields, in their expected
557 order, are:
558
559   * ``<public_config>`` -- external build configuration
560   * ``<public_deps>`` -- necessary public dependencies (ie: Pigweed headers)
561   * ``<public>`` -- exposed package public interface header files
562   * ``<config>`` -- package build configuration
563   * ``<sources>`` -- package source code
564   * ``<deps>`` -- package necessary local dependencies
565
566 Assets within each field must be listed in alphabetical order
567
568 .. code-block:: cpp
569
570   # Here is a brief example of a GN build file.
571
572   import("$dir_pw_unit_test/test.gni")
573
574   config("default_config") {
575     include_dirs = [ "public" ]
576   }
577
578   source_set("pw_sample_module") {
579     public_configs = [ ":default_config" ]
580     public_deps = [ dir_pw_status ]
581     public = [ "public/pw_sample_module/sample_module.h" ]
582     sources = [
583       "public/pw_sample_module/internal/sample_module.h",
584       "sample_module.cc",
585       "used_by_sample_module.cc",
586     ]
587     deps = [ dir_pw_varint ]
588   }
589
590   pw_test_group("tests") {
591     tests = [ ":sample_module_test" ]
592   }
593
594   pw_test("sample_module_test") {
595     sources = [ "sample_module_test.cc" ]
596     deps = [ ":sample_module" ]
597   }
598
599   pw_doc_group("docs") {
600     sources = [ "docs.rst" ]
601   }