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1 ==========================
2 Clang's refactoring engine
3 ==========================
5 This document describes the design of Clang's refactoring engine and provides
6 a couple of examples that show how various primitives in the refactoring API
7 can be used to implement different refactoring actions. The :doc:`LibTooling`
8 library provides several other APIs that are used when developing a
9 refactoring action.
11 Refactoring engine can be used to implement local refactorings that are
12 initiated using a selection in an editor or an IDE. You can combine
13 :doc:`AST matchers<LibASTMatchers>` and the refactoring engine to implement
14 refactorings that don't lend themselves well to source selection and/or have to
15 query ASTs for some particular nodes.
17 We assume basic knowledge about the Clang AST. See the :doc:`Introduction
18 to the Clang AST <IntroductionToTheClangAST>` if you want to learn more
19 about how the AST is structured.
21 ..  FIXME: create new refactoring action tutorial and link to the tutorial
23 Introduction
24 ------------
26 Clang's refactoring engine defines a set refactoring actions that implement
27 a number of different source transformations. The ``clang-refactor``
28 command-line tool can be used to perform these refactorings. Certain
29 refactorings are also available in other clients like text editors and IDEs.
31 A refactoring action is a class that defines a list of related refactoring
32 operations (rules). These rules are grouped under a common umbrella - a single
33 ``clang-refactor`` command. In addition to rules, the refactoring action
34 provides the action's command name and description to ``clang-refactor``.
35 Each action must implement the ``RefactoringAction`` interface. Here's an
36 outline of a ``local-rename`` action:
38 .. code-block:: c++
40   class LocalRename final : public RefactoringAction {
41   public:
42     StringRef getCommand() const override { return "local-rename"; }
44     StringRef getDescription() const override {
45       return "Finds and renames symbols in code with no indexer support";
46     }
48     RefactoringActionRules createActionRules() const override {
49       ...
50     }
51   };
53 Refactoring Action Rules
54 ------------------------
56 An individual refactoring action is responsible for creating the set of
57 grouped refactoring action rules that represent one refactoring operation.
58 Although the rules in one action may have a number of different implementations,
59 they should strive to produce a similar result. It should be easy for users to
60 identify which refactoring action produced the result regardless of which
61 refactoring action rule was used.
63 The distinction between actions and rules enables the creation of actions
64 that define a set of different rules that produce similar results. For example,
65 the "add missing switch cases" refactoring operation typically adds missing
66 cases to one switch at a time. However, it could be useful to have a
67 refactoring that works on all switches that operate on a particular enum, as
68 one could then automatically update all of them after adding a new enum
69 constant. To achieve that, we can create two different rules that will use one
70 ``clang-refactor`` subcommand. The first rule will describe a local operation
71 that's initiated when the user selects a single switch. The second rule will
72 describe a global operation that works across translation units and is initiated
73 when the user provides the name of the enum to clang-refactor (or the user could
74 select the enum declaration instead). The clang-refactor tool will then analyze
75 the selection and other options passed to the refactoring action, and will pick
76 the most appropriate rule for the given selection and other options.
78 Rule Types
79 ^^^^^^^^^^
81 Clang's refactoring engine supports several different refactoring rules:
83 - ``SourceChangeRefactoringRule`` produces source replacements that are applied
84   to the source files. Subclasses that choose to implement this rule have to
85   implement the ``createSourceReplacements`` member function. This type of
86   rule is typically used to implement local refactorings that transform the
87   source in one translation unit only.
89 - ``FindSymbolOccurrencesRefactoringRule`` produces a "partial" refactoring
90   result: a set of occurrences that refer to a particular symbol. This type
91   of rule is typically used to implement an interactive renaming action that
92   allows users to specify which occurrences should be renamed during the
93   refactoring. Subclasses that choose to implement this rule have to implement
94   the ``findSymbolOccurrences`` member function.
96 The following set of quick checks might help if you are unsure about the type
97 of rule you should use:
99 #. If you would like to transform the source in one translation unit and if
100    you don't need any cross-TU information, then the
101    ``SourceChangeRefactoringRule`` should work for you.
103 #. If you would like to implement a rename-like operation with potential
104    interactive components, then ``FindSymbolOccurrencesRefactoringRule`` might
105    work for you.
107 How to Create a Rule
108 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
110 Once you determine which type of rule is suitable for your needs you can
111 implement the refactoring by subclassing the rule and implementing its
112 interface. The subclass should have a constructor that takes the inputs that
113 are needed to perform the refactoring. For example, if you want to implement a
114 rule that simply deletes a selection, you should create a subclass of
115 ``SourceChangeRefactoringRule`` with a constructor that accepts the selection
116 range:
118 .. code-block:: c++
120   class DeleteSelectedRange final : public SourceChangeRefactoringRule {
121   public:
122     DeleteSelection(SourceRange Selection) : Selection(Selection) {}
124     Expected<AtomicChanges>
125     createSourceReplacements(RefactoringRuleContext &Context) override {
126       AtomicChange Replacement(Context.getSources(), Selection.getBegin());
127       Replacement.replace(Context.getSource,
128                           CharSourceRange::getCharRange(Selection), "");
129       return { Replacement };
130     }
131   private:
132     SourceRange Selection;
133   };
135 The rule's subclass can then be added to the list of refactoring action's
136 rules for a particular action using the ``createRefactoringActionRule``
137 function. For example, the class that's shown above can be added to the
138 list of action rules using the following code:
140 .. code-block:: c++
142   RefactoringActionRules Rules;
143   Rules.push_back(
144     createRefactoringActionRule<DeleteSelectedRange>(
145           SourceRangeSelectionRequirement())
146   );
148 The ``createRefactoringActionRule`` function takes in a list of refactoring
149 action rule requirement values. These values describe the initiation
150 requirements that have to be satisfied by the refactoring engine before the
151 provided action rule can be constructed and invoked. The next section
152 describes how these requirements are evaluated and lists all the possible
153 requirements that can be used to construct a refactoring action rule.
155 Refactoring Action Rule Requirements
156 ------------------------------------
158 A refactoring action rule requirement is a value whose type derives from the
159 ``RefactoringActionRuleRequirement`` class. The type must define an
160 ``evaluate`` member function that returns a value of type ``Expected<...>``.
161 When a requirement value is used as an argument to
162 ``createRefactoringActionRule``, that value is evaluated during the initiation
163 of the action rule. The evaluated result is then passed to the rule's
164 constructor unless the evaluation produced an error. For example, the
165 ``DeleteSelectedRange`` sample rule that's defined in the previous section
166 will be evaluated using the following steps:
168 #. ``SourceRangeSelectionRequirement``'s ``evaluate`` member function will be
169    called first. It will return an ``Expected<SourceRange>``.
171 #. If the return value is an error the initiation will fail and the error
172    will be reported to the client. Note that the client may not report the
173    error to the user.
175 #. Otherwise the source range return value will be used to construct the
176    ``DeleteSelectedRange`` rule. The rule will then be invoked as the initiation
177    succeeded (all requirements were evaluated successfully).
179 The same series of steps applies to any refactoring rule. Firstly, the engine
180 will evaluate all of the requirements. Then it will check if these requirements
181 are satisfied (they should not produce an error). Then it will construct the
182 rule and invoke it.
184 The separation of requirements, their evaluation and the invocation of the
185 refactoring action rule allows the refactoring clients to:
187 - Disable refactoring action rules whose requirements are not supported.
189 - Gather the set of options and define a command-line / visual interface
190   that allows users to input these options without ever invoking the
191   action.
193 Selection Requirements
194 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
196 The refactoring rule requirements that require some form of source selection
197 are listed below:
199 - ``SourceRangeSelectionRequirement`` evaluates to a source range when the
200   action is invoked with some sort of selection. This requirement should be
201   satisfied when a refactoring is initiated in an editor, even when the user
202   has not selected anything (the range will contain the cursor's location in
203   that case).
205 ..  FIXME: Future selection requirements
207 ..  FIXME: Maybe mention custom selection requirements?
209 Other Requirements
210 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^
212 There are several other requirements types that can be used when creating
213 a refactoring rule:
215 - The ``RefactoringOptionsRequirement`` requirement is an abstract class that
216   should be subclassed by requirements working with options. The more
217   concrete ``OptionRequirement`` requirement is a simple implementation of the
218   aforementioned class that returns the value of the specified option when
219   it's evaluated. The next section talks more about refactoring options and
220   how they can be used when creating a rule.
222 Refactoring Options
223 -------------------
225 Refactoring options are values that affect a refactoring operation and are
226 specified either using command-line options or another client-specific
227 mechanism. Options should be created using a class that derives either from
228 the ``OptionalRequiredOption`` or ``RequiredRefactoringOption``. The following
229 example shows how one can created a required string option that corresponds to
230 the ``-new-name`` command-line option in clang-refactor:
232 .. code-block:: c++
234   class NewNameOption : public RequiredRefactoringOption<std::string> {
235   public:
236     StringRef getName() const override { return "new-name"; }
237     StringRef getDescription() const override {
238       return "The new name to change the symbol to";
239     }
240   };
242 The option that's shown in the example above can then be used to create
243 a requirement for a refactoring rule using a requirement like
244 ``OptionRequirement``:
246 .. code-block:: c++
248   createRefactoringActionRule<RenameOccurrences>(
249     ...,
250     OptionRequirement<NewNameOption>())
251   );
253 ..  FIXME: Editor Bindings section