[docs] Add LICENSE.txt to the root of the mono-repo
[llvm-project.git] / clang / docs / ObjectiveCLiterals.rst
blob9fe7f66dffbf3bd69e513b336dedbff6c57a93e0
1 ====================
2 Objective-C Literals
3 ====================
5 Introduction
6 ============
8 Three new features were introduced into clang at the same time:
9 *NSNumber Literals* provide a syntax for creating ``NSNumber`` from
10 scalar literal expressions; *Collection Literals* provide a short-hand
11 for creating arrays and dictionaries; *Object Subscripting* provides a
12 way to use subscripting with Objective-C objects. Users of Apple
13 compiler releases can use these features starting with the Apple LLVM
14 Compiler 4.0. Users of open-source LLVM.org compiler releases can use
15 these features starting with clang v3.1.
17 These language additions simplify common Objective-C programming
18 patterns, make programs more concise, and improve the safety of
19 container creation.
21 This document describes how the features are implemented in clang, and
22 how to use them in your own programs.
24 NSNumber Literals
25 =================
27 The framework class ``NSNumber`` is used to wrap scalar values inside
28 objects: signed and unsigned integers (``char``, ``short``, ``int``,
29 ``long``, ``long long``), floating point numbers (``float``,
30 ``double``), and boolean values (``BOOL``, C++ ``bool``). Scalar values
31 wrapped in objects are also known as *boxed* values.
33 In Objective-C, any character, numeric or boolean literal prefixed with
34 the ``'@'`` character will evaluate to a pointer to an ``NSNumber``
35 object initialized with that value. C's type suffixes may be used to
36 control the size of numeric literals.
38 Examples
39 --------
41 The following program illustrates the rules for ``NSNumber`` literals:
43 .. code-block:: objc
45     void main(int argc, const char *argv[]) {
46       // character literals.
47       NSNumber *theLetterZ = @'Z';          // equivalent to [NSNumber numberWithChar:'Z']
49       // integral literals.
50       NSNumber *fortyTwo = @42;             // equivalent to [NSNumber numberWithInt:42]
51       NSNumber *fortyTwoUnsigned = @42U;    // equivalent to [NSNumber numberWithUnsignedInt:42U]
52       NSNumber *fortyTwoLong = @42L;        // equivalent to [NSNumber numberWithLong:42L]
53       NSNumber *fortyTwoLongLong = @42LL;   // equivalent to [NSNumber numberWithLongLong:42LL]
55       // floating point literals.
56       NSNumber *piFloat = @3.141592654F;    // equivalent to [NSNumber numberWithFloat:3.141592654F]
57       NSNumber *piDouble = @3.1415926535;   // equivalent to [NSNumber numberWithDouble:3.1415926535]
59       // BOOL literals.
60       NSNumber *yesNumber = @YES;           // equivalent to [NSNumber numberWithBool:YES]
61       NSNumber *noNumber = @NO;             // equivalent to [NSNumber numberWithBool:NO]
63     #ifdef __cplusplus
64       NSNumber *trueNumber = @true;         // equivalent to [NSNumber numberWithBool:(BOOL)true]
65       NSNumber *falseNumber = @false;       // equivalent to [NSNumber numberWithBool:(BOOL)false]
66     #endif
67     }
69 Discussion
70 ----------
72 NSNumber literals only support literal scalar values after the ``'@'``.
73 Consequently, ``@INT_MAX`` works, but ``@INT_MIN`` does not, because
74 they are defined like this:
76 .. code-block:: objc
78     #define INT_MAX   2147483647  /* max value for an int */
79     #define INT_MIN   (-2147483647-1) /* min value for an int */
81 The definition of ``INT_MIN`` is not a simple literal, but a
82 parenthesized expression. Parenthesized expressions are supported using
83 the `boxed expression <#objc_boxed_expressions>`_ syntax, which is
84 described in the next section.
86 Because ``NSNumber`` does not currently support wrapping ``long double``
87 values, the use of a ``long double NSNumber`` literal (e.g.
88 ``@123.23L``) will be rejected by the compiler.
90 Previously, the ``BOOL`` type was simply a typedef for ``signed char``,
91 and ``YES`` and ``NO`` were macros that expand to ``(BOOL)1`` and
92 ``(BOOL)0`` respectively. To support ``@YES`` and ``@NO`` expressions,
93 these macros are now defined using new language keywords in
94 ``<objc/objc.h>``:
96 .. code-block:: objc
98     #if __has_feature(objc_bool)
99     #define YES             __objc_yes
100     #define NO              __objc_no
101     #else
102     #define YES             ((BOOL)1)
103     #define NO              ((BOOL)0)
104     #endif
106 The compiler implicitly converts ``__objc_yes`` and ``__objc_no`` to
107 ``(BOOL)1`` and ``(BOOL)0``. The keywords are used to disambiguate
108 ``BOOL`` and integer literals.
110 Objective-C++ also supports ``@true`` and ``@false`` expressions, which
111 are equivalent to ``@YES`` and ``@NO``.
113 Boxed Expressions
114 =================
116 Objective-C provides a new syntax for boxing C expressions:
118 .. code-block:: objc
120     @( <expression> )
122 Expressions of scalar (numeric, enumerated, BOOL), C string pointer
123 and some C structures (via NSValue) are supported:
125 .. code-block:: objc
127     // numbers.
128     NSNumber *smallestInt = @(-INT_MAX - 1);  // [NSNumber numberWithInt:(-INT_MAX - 1)]
129     NSNumber *piOverTwo = @(M_PI / 2);        // [NSNumber numberWithDouble:(M_PI / 2)]
131     // enumerated types.
132     typedef enum { Red, Green, Blue } Color;
133     NSNumber *favoriteColor = @(Green);       // [NSNumber numberWithInt:((int)Green)]
135     // strings.
136     NSString *path = @(getenv("PATH"));       // [NSString stringWithUTF8String:(getenv("PATH"))]
137     NSArray *pathComponents = [path componentsSeparatedByString:@":"];
139     // structs.
140     NSValue *center = @(view.center);         // Point p = view.center;
141                                               // [NSValue valueWithBytes:&p objCType:@encode(Point)];
142     NSValue *frame = @(view.frame);           // Rect r = view.frame;
143                                               // [NSValue valueWithBytes:&r objCType:@encode(Rect)];
145 Boxed Enums
146 -----------
148 Cocoa frameworks frequently define constant values using *enums.*
149 Although enum values are integral, they may not be used directly as
150 boxed literals (this avoids conflicts with future ``'@'``-prefixed
151 Objective-C keywords). Instead, an enum value must be placed inside a
152 boxed expression. The following example demonstrates configuring an
153 ``AVAudioRecorder`` using a dictionary that contains a boxed enumeration
154 value:
156 .. code-block:: objc
158     enum {
159       AVAudioQualityMin = 0,
160       AVAudioQualityLow = 0x20,
161       AVAudioQualityMedium = 0x40,
162       AVAudioQualityHigh = 0x60,
163       AVAudioQualityMax = 0x7F
164     };
166     - (AVAudioRecorder *)recordToFile:(NSURL *)fileURL {
167       NSDictionary *settings = @{ AVEncoderAudioQualityKey : @(AVAudioQualityMax) };
168       return [[AVAudioRecorder alloc] initWithURL:fileURL settings:settings error:NULL];
169     }
171 The expression ``@(AVAudioQualityMax)`` converts ``AVAudioQualityMax``
172 to an integer type, and boxes the value accordingly. If the enum has a
173 :ref:`fixed underlying type <objc-fixed-enum>` as in:
175 .. code-block:: objc
177     typedef enum : unsigned char { Red, Green, Blue } Color;
178     NSNumber *red = @(Red), *green = @(Green), *blue = @(Blue); // => [NSNumber numberWithUnsignedChar:]
180 then the fixed underlying type will be used to select the correct
181 ``NSNumber`` creation method.
183 Boxing a value of enum type will result in a ``NSNumber`` pointer with a
184 creation method according to the underlying type of the enum, which can
185 be a :ref:`fixed underlying type <objc-fixed-enum>`
186 or a compiler-defined integer type capable of representing the values of
187 all the members of the enumeration:
189 .. code-block:: objc
191     typedef enum : unsigned char { Red, Green, Blue } Color;
192     Color col = Red;
193     NSNumber *nsCol = @(col); // => [NSNumber numberWithUnsignedChar:]
195 Boxed C Strings
196 ---------------
198 A C string literal prefixed by the ``'@'`` token denotes an ``NSString``
199 literal in the same way a numeric literal prefixed by the ``'@'`` token
200 denotes an ``NSNumber`` literal. When the type of the parenthesized
201 expression is ``(char *)`` or ``(const char *)``, the result of the
202 boxed expression is a pointer to an ``NSString`` object containing
203 equivalent character data, which is assumed to be '\\0'-terminated and
204 UTF-8 encoded. The following example converts C-style command line
205 arguments into ``NSString`` objects.
207 .. code-block:: objc
209     // Partition command line arguments into positional and option arguments.
210     NSMutableArray *args = [NSMutableArray new];
211     NSMutableDictionary *options = [NSMutableDictionary new];
212     while (--argc) {
213         const char *arg = *++argv;
214         if (strncmp(arg, "--", 2) == 0) {
215             options[@(arg + 2)] = @(*++argv);   // --key value
216         } else {
217             [args addObject:@(arg)];            // positional argument
218         }
219     }
221 As with all C pointers, character pointer expressions can involve
222 arbitrary pointer arithmetic, therefore programmers must ensure that the
223 character data is valid. Passing ``NULL`` as the character pointer will
224 raise an exception at runtime. When possible, the compiler will reject
225 ``NULL`` character pointers used in boxed expressions.
227 Boxed C Structures
228 ------------------
230 Boxed expressions support construction of NSValue objects.
231 It said that C structures can be used, the only requirement is:
232 structure should be marked with ``objc_boxable`` attribute.
233 To support older version of frameworks and/or third-party libraries
234 you may need to add the attribute via ``typedef``.
236 .. code-block:: objc
238     struct __attribute__((objc_boxable)) Point {
239         // ...
240     };
242     typedef struct __attribute__((objc_boxable)) _Size {
243         // ...
244     } Size;
246     typedef struct _Rect {
247         // ...
248     } Rect;
250     struct Point p;
251     NSValue *point = @(p);          // ok
252     Size s;
253     NSValue *size = @(s);           // ok
255     Rect r;
256     NSValue *bad_rect = @(r);       // error
258     typedef struct __attribute__((objc_boxable)) _Rect Rect;
260     NSValue *good_rect = @(r);      // ok
263 Container Literals
264 ==================
266 Objective-C now supports a new expression syntax for creating immutable
267 array and dictionary container objects.
269 Examples
270 --------
272 Immutable array expression:
274 .. code-block:: objc
276     NSArray *array = @[ @"Hello", NSApp, [NSNumber numberWithInt:42] ];
278 This creates an ``NSArray`` with 3 elements. The comma-separated
279 sub-expressions of an array literal can be any Objective-C object
280 pointer typed expression.
282 Immutable dictionary expression:
284 .. code-block:: objc
286     NSDictionary *dictionary = @{
287         @"name" : NSUserName(),
288         @"date" : [NSDate date],
289         @"processInfo" : [NSProcessInfo processInfo]
290     };
292 This creates an ``NSDictionary`` with 3 key/value pairs. Value
293 sub-expressions of a dictionary literal must be Objective-C object
294 pointer typed, as in array literals. Key sub-expressions must be of an
295 Objective-C object pointer type that implements the
296 ``<NSCopying>`` protocol.
298 Discussion
299 ----------
301 Neither keys nor values can have the value ``nil`` in containers. If the
302 compiler can prove that a key or value is ``nil`` at compile time, then
303 a warning will be emitted. Otherwise, a runtime error will occur.
305 Using array and dictionary literals is safer than the variadic creation
306 forms commonly in use today. Array literal expressions expand to calls
307 to ``+[NSArray arrayWithObjects:count:]``, which validates that all
308 objects are non-``nil``. The variadic form,
309 ``+[NSArray arrayWithObjects:]`` uses ``nil`` as an argument list
310 terminator, which can lead to malformed array objects. Dictionary
311 literals are similarly created with
312 ``+[NSDictionary dictionaryWithObjects:forKeys:count:]`` which validates
313 all objects and keys, unlike
314 ``+[NSDictionary dictionaryWithObjectsAndKeys:]`` which also uses a
315 ``nil`` parameter as an argument list terminator.
317 Object Subscripting
318 ===================
320 Objective-C object pointer values can now be used with C's subscripting
321 operator.
323 Examples
324 --------
326 The following code demonstrates the use of object subscripting syntax
327 with ``NSMutableArray`` and ``NSMutableDictionary`` objects:
329 .. code-block:: objc
331     NSMutableArray *array = ...;
332     NSUInteger idx = ...;
333     id newObject = ...;
334     id oldObject = array[idx];
335     array[idx] = newObject;         // replace oldObject with newObject
337     NSMutableDictionary *dictionary = ...;
338     NSString *key = ...;
339     oldObject = dictionary[key];
340     dictionary[key] = newObject;    // replace oldObject with newObject
342 The next section explains how subscripting expressions map to accessor
343 methods.
345 Subscripting Methods
346 --------------------
348 Objective-C supports two kinds of subscript expressions: *array-style*
349 subscript expressions use integer typed subscripts; *dictionary-style*
350 subscript expressions use Objective-C object pointer typed subscripts.
351 Each type of subscript expression is mapped to a message send using a
352 predefined selector. The advantage of this design is flexibility: class
353 designers are free to introduce subscripting by declaring methods or by
354 adopting protocols. Moreover, because the method names are selected by
355 the type of the subscript, an object can be subscripted using both array
356 and dictionary styles.
358 Array-Style Subscripting
359 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
361 When the subscript operand has an integral type, the expression is
362 rewritten to use one of two different selectors, depending on whether
363 the element is being read or written. When an expression reads an
364 element using an integral index, as in the following example:
366 .. code-block:: objc
368     NSUInteger idx = ...;
369     id value = object[idx];
371 it is translated into a call to ``objectAtIndexedSubscript:``
373 .. code-block:: objc
375     id value = [object objectAtIndexedSubscript:idx];
377 When an expression writes an element using an integral index:
379 .. code-block:: objc
381     object[idx] = newValue;
383 it is translated to a call to ``setObject:atIndexedSubscript:``
385 .. code-block:: objc
387     [object setObject:newValue atIndexedSubscript:idx];
389 These message sends are then type-checked and performed just like
390 explicit message sends. The method used for objectAtIndexedSubscript:
391 must be declared with an argument of integral type and a return value of
392 some Objective-C object pointer type. The method used for
393 setObject:atIndexedSubscript: must be declared with its first argument
394 having some Objective-C pointer type and its second argument having
395 integral type.
397 The meaning of indexes is left up to the declaring class. The compiler
398 will coerce the index to the appropriate argument type of the method it
399 uses for type-checking. For an instance of ``NSArray``, reading an
400 element using an index outside the range ``[0, array.count)`` will raise
401 an exception. For an instance of ``NSMutableArray``, assigning to an
402 element using an index within this range will replace that element, but
403 assigning to an element using an index outside this range will raise an
404 exception; no syntax is provided for inserting, appending, or removing
405 elements for mutable arrays.
407 A class need not declare both methods in order to take advantage of this
408 language feature. For example, the class ``NSArray`` declares only
409 ``objectAtIndexedSubscript:``, so that assignments to elements will fail
410 to type-check; moreover, its subclass ``NSMutableArray`` declares
411 ``setObject:atIndexedSubscript:``.
413 Dictionary-Style Subscripting
414 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
416 When the subscript operand has an Objective-C object pointer type, the
417 expression is rewritten to use one of two different selectors, depending
418 on whether the element is being read from or written to. When an
419 expression reads an element using an Objective-C object pointer
420 subscript operand, as in the following example:
422 .. code-block:: objc
424     id key = ...;
425     id value = object[key];
427 it is translated into a call to the ``objectForKeyedSubscript:`` method:
429 .. code-block:: objc
431     id value = [object objectForKeyedSubscript:key];
433 When an expression writes an element using an Objective-C object pointer
434 subscript:
436 .. code-block:: objc
438     object[key] = newValue;
440 it is translated to a call to ``setObject:forKeyedSubscript:``
442 .. code-block:: objc
444     [object setObject:newValue forKeyedSubscript:key];
446 The behavior of ``setObject:forKeyedSubscript:`` is class-specific; but
447 in general it should replace an existing value if one is already
448 associated with a key, otherwise it should add a new value for the key.
449 No syntax is provided for removing elements from mutable dictionaries.
451 Discussion
452 ----------
454 An Objective-C subscript expression occurs when the base operand of the
455 C subscript operator has an Objective-C object pointer type. Since this
456 potentially collides with pointer arithmetic on the value, these
457 expressions are only supported under the modern Objective-C runtime,
458 which categorically forbids such arithmetic.
460 Currently, only subscripts of integral or Objective-C object pointer
461 type are supported. In C++, a class type can be used if it has a single
462 conversion function to an integral or Objective-C pointer type, in which
463 case that conversion is applied and analysis continues as appropriate.
464 Otherwise, the expression is ill-formed.
466 An Objective-C object subscript expression is always an l-value. If the
467 expression appears on the left-hand side of a simple assignment operator
468 (=), the element is written as described below. If the expression
469 appears on the left-hand side of a compound assignment operator (e.g.
470 +=), the program is ill-formed, because the result of reading an element
471 is always an Objective-C object pointer and no binary operators are
472 legal on such pointers. If the expression appears in any other position,
473 the element is read as described below. It is an error to take the
474 address of a subscript expression, or (in C++) to bind a reference to
477 Programs can use object subscripting with Objective-C object pointers of
478 type ``id``. Normal dynamic message send rules apply; the compiler must
479 see *some* declaration of the subscripting methods, and will pick the
480 declaration seen first.
482 Caveats
483 =======
485 Objects created using the literal or boxed expression syntax are not
486 guaranteed to be uniqued by the runtime, but nor are they guaranteed to
487 be newly-allocated. As such, the result of performing direct comparisons
488 against the location of an object literal (using ``==``, ``!=``, ``<``,
489 ``<=``, ``>``, or ``>=``) is not well-defined. This is usually a simple
490 mistake in code that intended to call the ``isEqual:`` method (or the
491 ``compare:`` method).
493 This caveat applies to compile-time string literals as well.
494 Historically, string literals (using the ``@"..."`` syntax) have been
495 uniqued across translation units during linking. This is an
496 implementation detail of the compiler and should not be relied upon. If
497 you are using such code, please use global string constants instead
498 (``NSString * const MyConst = @"..."``) or use ``isEqual:``.
500 Grammar Additions
501 =================
503 To support the new syntax described above, the Objective-C
504 ``@``-expression grammar has the following new productions:
508     objc-at-expression : '@' (string-literal | encode-literal | selector-literal | protocol-literal | object-literal)
509                        ;
511     object-literal : ('+' | '-')? numeric-constant
512                    | character-constant
513                    | boolean-constant
514                    | array-literal
515                    | dictionary-literal
516                    ;
518     boolean-constant : '__objc_yes' | '__objc_no' | 'true' | 'false'  /* boolean keywords. */
519                      ;
521     array-literal : '[' assignment-expression-list ']'
522                   ;
524     assignment-expression-list : assignment-expression (',' assignment-expression-list)?
525                                | /* empty */
526                                ;
528     dictionary-literal : '{' key-value-list '}'
529                        ;
531     key-value-list : key-value-pair (',' key-value-list)?
532                    | /* empty */
533                    ;
535     key-value-pair : assignment-expression ':' assignment-expression
536                    ;
538 Note: ``@true`` and ``@false`` are only supported in Objective-C++.
540 Availability Checks
541 ===================
543 Programs test for the new features by using clang's \_\_has\_feature
544 checks. Here are examples of their use:
546 .. code-block:: objc
548     #if __has_feature(objc_array_literals)
549         // new way.
550         NSArray *elements = @[ @"H", @"He", @"O", @"C" ];
551     #else
552         // old way (equivalent).
553         id objects[] = { @"H", @"He", @"O", @"C" };
554         NSArray *elements = [NSArray arrayWithObjects:objects count:4];
555     #endif
557     #if __has_feature(objc_dictionary_literals)
558         // new way.
559         NSDictionary *masses = @{ @"H" : @1.0078,  @"He" : @4.0026, @"O" : @15.9990, @"C" : @12.0096 };
560     #else
561         // old way (equivalent).
562         id keys[] = { @"H", @"He", @"O", @"C" };
563         id values[] = { [NSNumber numberWithDouble:1.0078], [NSNumber numberWithDouble:4.0026],
564                         [NSNumber numberWithDouble:15.9990], [NSNumber numberWithDouble:12.0096] };
565         NSDictionary *masses = [NSDictionary dictionaryWithObjects:objects forKeys:keys count:4];
566     #endif
568     #if __has_feature(objc_subscripting)
569         NSUInteger i, count = elements.count;
570         for (i = 0; i < count; ++i) {
571             NSString *element = elements[i];
572             NSNumber *mass = masses[element];
573             NSLog(@"the mass of %@ is %@", element, mass);
574         }
575     #else
576         NSUInteger i, count = [elements count];
577         for (i = 0; i < count; ++i) {
578             NSString *element = [elements objectAtIndex:i];
579             NSNumber *mass = [masses objectForKey:element];
580             NSLog(@"the mass of %@ is %@", element, mass);
581         }
582     #endif
584     #if __has_attribute(objc_boxable)
585         typedef struct __attribute__((objc_boxable)) _Rect Rect;
586     #endif
588     #if __has_feature(objc_boxed_nsvalue_expressions)
589         CABasicAnimation animation = [CABasicAnimation animationWithKeyPath:@"position"];
590         animation.fromValue = @(layer.position);
591         animation.toValue = @(newPosition);
592         [layer addAnimation:animation forKey:@"move"];
593     #else
594         CABasicAnimation animation = [CABasicAnimation animationWithKeyPath:@"position"];
595         animation.fromValue = [NSValue valueWithCGPoint:layer.position];
596         animation.toValue = [NSValue valueWithCGPoint:newPosition];
597         [layer addAnimation:animation forKey:@"move"];
598     #endif
600 Code can use also ``__has_feature(objc_bool)`` to check for the
601 availability of numeric literals support. This checks for the new
602 ``__objc_yes / __objc_no`` keywords, which enable the use of
603 ``@YES / @NO`` literals.
605 To check whether boxed expressions are supported, use
606 ``__has_feature(objc_boxed_expressions)`` feature macro.