docs/reference/gobject/tut_intro.xml

   1 <?xml version='1.0' encoding="ISO-8859-1"?>
   2 <!DOCTYPE chapter PUBLIC "-//OASIS//DTD DocBook XML V4.1.2//EN"
   3                "http://www.oasis-open.org/docbook/xml/4.1.2/docbookx.dtd" [
   4 ]>
   5 <chapter id="chapter-intro">
   6   <title>Background</title>
   7
   8   <para>
   9     GObject, and its lower-level type system, GType, are used by GTK+ and most GNOME libraries to
  10     provide:
  11     <itemizedlist>
  12       <listitem><para>object-oriented C-based APIs and</para></listitem>
  13       <listitem><para>automatic transparent API bindings to other compiled
  14       or interpreted languages.</para></listitem>
  15     </itemizedlist>
  16   </para>
  17
  18   <para>
  19     A lot of programmers are used to working with compiled-only or dynamically interpreted-only
  20     languages and do not understand the challenges associated with cross-language interoperability.
  21     This introduction tries to provide an insight into these challenges and briefly describes
  22     the solution chosen by GLib.
  23   </para>
  24
  25   <para>
  26     The following chapters go into greater detail into how GType and GObject work and
  27     how you can use them as a C programmer. It is useful to keep in mind that
  28     allowing access to C objects from other interpreted languages was one of the major design
  29     goals: this can often explain the sometimes rather convoluted APIs and features present
  30     in this library.
  31   </para>
  32
  33   <sect1>
  34     <title>Data types and programming</title>
  35
  36     <para>
  37       One could say (I have seen such definitions used in some textbooks on programming language theory)
  38       that a programming language is merely a way to create data types and manipulate them. Most languages
  39       provide a number of language-native types and a few primitives to create more complex types based
  40       on these primitive types.
  41     </para>
  42
  43     <para>
  44       In C, the language provides types such as <emphasis>char</emphasis>, <emphasis>long</emphasis>,
  45       <emphasis>pointer</emphasis>. During compilation of C code, the compiler maps these
  46       language types to the compiler's target architecture machine types. If you are using a C interpreter
  47       (I have never seen one myself but it is possible :), the interpreter (the program which interprets
  48       the source code and executes it) maps the language types to the machine types of the target machine at
  49       runtime, during the program execution (or just before execution if it uses a Just In Time compiler engine).
  50     </para>
  51
  52     <para>
  53       Perl and Python are interpreted languages which do not really provide type definitions similar
  54       to those used by C. Perl and Python programmers manipulate variables and the type of the variables
  55       is decided only upon the first assignment or upon the first use which forces a type on the variable.
  56       The interpreter also often provides a lot of automatic conversions from one type to the other. For example,
  57       in Perl, a variable which holds an integer can be automatically converted to a string given the
  58       required context:
  59 <programlisting>
  60 my $tmp = 10;
  61 print "this is an integer converted to a string:" . $tmp . "\n";
  62 </programlisting>
  63       Of course, it is also often possible to explicitly specify conversions when the default conversions provided
  64       by the language are not intuitive.
  65     </para>
  66
  67   </sect1>
  68
  69   <sect1>
  70     <title>Exporting a C API</title>
  71
  72     <para>
  73       C APIs are defined by a set of functions and global variables which are usually exported from a
  74       binary. C functions have an arbitrary number of arguments and one return value. Each function is thus
  75       uniquely identified by the function name and the set of C types which describe the function arguments
  76       and return value. The global variables exported by the API are similarly identified by their name and
  77       their type.
  78     </para>
  79
  80     <para>
  81       A C API is thus merely defined by a set of names to which a set of types are associated. If you know the
  82       function calling convention and the mapping of the C types to the machine types used by the platform you
  83       are on, you can resolve the name of each function to find where the code associated to this function
  84       is located in memory, and then construct a valid argument list for the function. Finally, all you have to
  85       do is trigger a call to the target C function with the argument list.
  86     </para>
  87
  88     <para>
  89       For the sake of discussion, here is a sample C function and the associated 32 bit x86
  90       assembly code generated by GCC on my Linux box:
  91 <programlisting>
  92 static void function_foo (int foo)
  93 {}
  94
  95 int main (int argc, char *argv[])
  96 {
  97
  98         function_foo (10);
  99
 100         return 0;
 101 }
 102
 103 push   $0xa
 104 call   0x80482f4 &lt;function_foo>
 105 </programlisting>
 106       The assembly code shown above is pretty straightforward: the first instruction pushes
 107       the hexadecimal value 0xa (decimal value 10) as a 32-bit integer on the stack and calls
 108       <function>function_foo</function>. As you can see, C function calls are implemented by
 109       gcc by native function calls (this is probably the fastest implementation possible).
 110     </para>
 111
 112     <para>
 113       Now, let's say we want to call the C function <function>function_foo</function> from
 114       a Python program. To do this, the Python interpreter needs to:
 115       <itemizedlist>
 116         <listitem><para>Find where the function is located. This probably means finding the binary generated by the C compiler
 117         which exports this function.</para></listitem>
 118         <listitem><para>Load the code of the function in executable memory.</para></listitem>
 119         <listitem><para>Convert the Python parameters to C-compatible parameters before calling
 120         the function.</para></listitem>
 121         <listitem><para>Call the function with the right calling convention.</para></listitem>
 122         <listitem><para>Convert the return values of the C function to Python-compatible
 123         variables to return them to the Python code.</para></listitem>
 124       </itemizedlist>
 125     </para>
 126
 127     <para>
 128       The process described above is pretty complex and there are a lot of ways to make it entirely automatic
 129       and transparent to C and Python programmers:
 130       <itemizedlist>
 131         <listitem><para>The first solution is to write by hand a lot of glue code, once for each function exported or imported,
 132         which does the Python-to-C parameter conversion and the C-to-Python return value conversion. This glue code is then
 133         linked with the interpreter which allows Python programs to call Python functions which delegate work to
 134         C functions.</para></listitem>
 135         <listitem><para>Another, nicer solution is to automatically generate the glue code, once for each function exported or
 136         imported, with a special compiler which
 137         reads the original function signature.</para></listitem>
 138         <listitem><para>The solution used by GLib is to use the GType library which holds at runtime a description of
 139         all the objects manipulated by the programmer. This so-called <emphasis>dynamic type</emphasis>
 140         <footnote>
 141           <para>
 142             There are numerous different implementations of dynamic type systems: all C++
 143             compilers have one, Java and .NET have one too. A dynamic type system allows you
 144             to get information about every instantiated object at runtime. It can be implemented
 145             by a process-specific database: every new object created registers the characteristics
 146             of its associated type in the type system. It can also be implemented by introspection
 147             interfaces. The common point between all these different type systems and implementations
 148             is that they all allow you to query for object metadata at runtime.
 149           </para>
 150         </footnote>
 151         library is then used by special generic glue code to automatically convert function parameters and
 152         function calling conventions between different runtime domains.</para></listitem>
 153       </itemizedlist>
 154       The greatest advantage of the solution implemented by GType is that the glue code sitting at the runtime domain
 155       boundaries is written once: the figure below states this more clearly.
 156       <figure>
 157         <mediaobject>
 158           <imageobject> <!-- this is for HTML output -->
 159             <imagedata fileref="glue.png" format="PNG" align="center"/>
 160           </imageobject>
 161           <imageobject> <!-- this is for PDF output -->
 162             <imagedata fileref="glue.jpg" format="JPG" align="center"/>
 163           </imageobject>
 164         </mediaobject>
 165       </figure>
 166
 167       Currently, there exist at least Python and Perl generic glue code which makes it possible to use
 168       C objects written with GType directly in Python or Perl, with a minimum amount of work: there
 169       is no need to generate huge amounts of glue code either automatically or by hand.
 170     </para>
 171
 172     <para>
 173       Although that goal was arguably laudable, its pursuit has had a major influence on
 174       the whole GType/GObject library. C programmers are likely to be puzzled at the complexity
 175       of the features exposed in the following chapters if they forget that the GType/GObject library
 176       was not only designed to offer OO-like features to C programmers but also transparent
 177       cross-language interoperability.
 178     </para>
 179
 180   </sect1>
 181
 182 </chapter>