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1 @c -*-texinfo-*-
2 @c This is part of the GNU Guile Reference Manual.
3 @c Copyright (C)  1996, 1997, 2000, 2001, 2002, 2003, 2004
4 @c   Free Software Foundation, Inc.
5 @c See the file guile.texi for copying conditions.
6
7 @page
8 @node Memory Management
9 @section Memory Management and Garbage Collection
10
11 Guile uses a @emph{garbage collector} to manage most of its objects.
12 While the garbage collector is designed to be mostly invisible, you 
13 sometimes need to interact with it explicitly.
14
15 See @ref{Garbage Collection} for a general discussion of how garbage
16 collection relates to using Guile from C.
17
18 @menu
19 * Garbage Collection Functions::
20 * Memory Blocks::
21 * Weak References::
22 * Guardians::
23 @end menu
24
25
26 @node Garbage Collection Functions
27 @subsection Function related to Garbage Collection
28
29 @deffn {Scheme Procedure} gc
30 @deffnx {C Function} scm_gc ()
31 Scans all of SCM objects and reclaims for further use those that are
32 no longer accessible.  You normally don't need to call this function
33 explicitly.  It is called automatically when appropriate.
34 @end deffn
35
36 @deftypefn {C Function} SCM scm_gc_protect_object (SCM @var{obj})
37 Protects @var{obj} from being freed by the garbage collector, when it
38 otherwise might be.  When you are done with the object, call
39 @code{scm_gc_unprotect_object} on the object. Calls to
40 @code{scm_gc_protect}/@code{scm_gc_unprotect_object} can be nested, and
41 the object remains protected until it has been unprotected as many times
42 as it was protected. It is an error to unprotect an object more times
43 than it has been protected. Returns the SCM object it was passed.
44 @end deftypefn
45
46 @deftypefn {C Function} SCM scm_gc_unprotect_object (SCM @var{obj})
47
48 Unprotects an object from the garbage collector which was protected by
49 @code{scm_gc_unprotect_object}. Returns the SCM object it was passed.
50 @end deftypefn
51
52 @deftypefn {C Function} SCM scm_permanent_object (SCM @var{obj})
53
54 Similar to @code{scm_gc_protect_object} in that it causes the
55 collector to always mark the object, except that it should not be
56 nested (only call @code{scm_permanent_object} on an object once), and
57 it has no corresponding unpermanent function. Once an object is
58 declared permanent, it will never be freed. Returns the SCM object it
59 was passed.
60 @end deftypefn
61
62 @c  NOTE: The varargs scm_remember_upto_here is deliberately not
63 @c  documented, because we don't think it can be implemented as a nice
64 @c  inline compiler directive or asm block.  New _3, _4 or whatever
65 @c  forms could certainly be added though, if needed.
66
67 @deftypefn {C Macro} void scm_remember_upto_here_1 (SCM obj)
68 @deftypefnx {C Macro} void scm_remember_upto_here_2 (SCM obj1, SCM obj2)
69 Create a reference to the given object or objects, so they're certain
70 to be present on the stack or in a register and hence will not be
71 freed by the garbage collector before this point.
72
73 Note that these functions can only be applied to ordinary C local
74 variables (ie.@: ``automatics'').  Objects held in global or static
75 variables or some malloced block or the like cannot be protected with
76 this mechanism.
77 @end deftypefn
78
79 @deffn {Scheme Procedure} gc-stats
80 @deffnx {C Function} scm_gc_stats ()
81 Return an association list of statistics about Guile's current
82 use of storage.
83 @end deffn
84
85 @deffn {Scheme Procedure} gc-live-object-stats
86 @deffnx {C Function} scm_gc_live_object_stats ()
87 Return an alist of statistics of the current live objects. 
88 @end deffn
89
90 @deftypefun void scm_gc_mark (SCM @var{x})
91 Mark the object @var{x}, and recurse on any objects @var{x} refers to.
92 If @var{x}'s mark bit is already set, return immediately.  This function
93 must only be called during the mark-phase of garbage collection,
94 typically from a smob @emph{mark} function.
95 @end deftypefun
96
97
98 @node Memory Blocks
99 @subsection Memory Blocks
100
101 In C programs, dynamic management of memory blocks is normally done
102 with the functions malloc, realloc, and free.  Guile has additional
103 functions for dynamic memory allocation that are integrated into the
104 garbage collector and the error reporting system.
105
106 Memory blocks that are associated with Scheme objects (for example a
107 smob) should be allocated and freed with @code{scm_gc_malloc} and
108 @code{scm_gc_free}.  The function @code{scm_gc_malloc} will either
109 return a valid pointer or signal an error.  It will also assume that
110 the new memory can be freed by a garbage collection.  The garbage
111 collector uses this information to decide when to try to actually
112 collect some garbage.  Memory blocks allocated with
113 @code{scm_gc_malloc} must be freed with @code{scm_gc_free}.
114
115 For memory that is not associated with a Scheme object, you can use
116 @code{scm_malloc} instead of @code{malloc}.  Like
117 @code{scm_gc_malloc}, it will either return a valid pointer or signal
118 an error.  However, it will not assume that the new memory block can
119 be freed by a garbage collection.  The memory can be freed with
120 @code{free}.
121
122 There is also @code{scm_gc_realloc} and @code{scm_realloc}, to be used
123 in place of @code{realloc} when appropriate, and @code{scm_gc_calloc}
124 and @code{scm_calloc}, to be used in place of @code{calloc} when
125 appropriate.
126
127 The function @code{scm_dynwind_free} can be useful when memory should
128 be freed when a dynwind context, @xref{Dynamic Wind}.
129
130 For really specialized needs, take at look at
131 @code{scm_gc_register_collectable_memory} and
132 @code{scm_gc_unregister_collectable_memory}.
133
134 @deftypefn {C Function} {void *} scm_malloc (size_t @var{size})
135 @deftypefnx {C Function} {void *} scm_calloc (size_t @var{size})
136 Allocate @var{size} bytes of memory and return a pointer to it.  When
137 @var{size} is 0, return @code{NULL}.  When not enough memory is
138 available, signal an error.  This function runs the GC to free up some
139 memory when it deems it appropriate.
140
141 The memory is allocated by the libc @code{malloc} function and can be
142 freed with @code{free}.  There is no @code{scm_free} function to go
143 with @code{scm_malloc} to make it easier to pass memory back and forth
144 between different modules.  
145
146 The function @code{scm_calloc} is similar to @code{scm_malloc}, but
147 initializes the block of memory to zero as well.
148 @end deftypefn
149
150 @deftypefn {C Function} {void *} scm_realloc (void *@var{mem}, size_t @var{new_size})
151 Change the size of the memory block at @var{mem} to @var{new_size} and
152 return its new location.  When @var{new_size} is 0, this is the same
153 as calling @code{free} on @var{mem} and @code{NULL} is returned.  When
154 @var{mem} is @code{NULL}, this function behaves like @code{scm_malloc}
155 and allocates a new block of size @var{new_size}.
156
157 When not enough memory is available, signal an error.  This function
158 runs the GC to free up some memory when it deems it appropriate.
159 @end deftypefn
160
161
162
163
164 @deftypefn {C Function} void scm_gc_register_collectable_memory (void *@var{mem}, size_t @var{size}, const char *@var{what})
165 Informs the GC that the memory at @var{mem} of size @var{size} can
166 potentially be freed during a GC.  That is, announce that @var{mem} is
167 part of a GC controlled object and when the GC happens to free that
168 object, @var{size} bytes will be freed along with it.  The GC will
169 @strong{not} free the memory itself, it will just know that so-and-so
170 much bytes of memory are associated with GC controlled objects and the
171 memory system figures this into its decisions when to run a GC.
172
173 @var{mem} does not need to come from @code{scm_malloc}.  You can only
174 call this function once for every memory block.
175
176 The @var{what} argument is used for statistical purposes.  It should
177 describe the type of object that the memory will be used for so that
178 users can identify just what strange objects are eating up their
179 memory.
180 @end deftypefn
181
182 @deftypefn {C Function} void scm_gc_unregister_collectable_memory (void *@var{mem}, size_t @var{size})
183 Informs the GC that the memory at @var{mem} of size @var{size} is no
184 longer associated with a GC controlled object.  You must take care to
185 match up every call to @code{scm_gc_register_collectable_memory} with
186 a call to @code{scm_gc_unregister_collectable_memory}.  If you don't do
187 this, the GC might have a wrong impression of what is going on and run
188 much less efficiently than it could.
189 @end deftypefn
190
191 @deftypefn {C Function} {void *} scm_gc_malloc (size_t @var{size}, const char *@var{what})
192 @deftypefnx {C Function} {void *} scm_gc_realloc (void *@var{mem}, size_t @var{old_size}, size_t @var{new_size}, const char *@var{what});
193 @deftypefnx {C Function} {void *} scm_gc_calloc (size_t @var{size}, const char *@var{what})
194 Like @code{scm_malloc}, @code{scm_realloc} or @code{scm_calloc}, but
195 also call @code{scm_gc_register_collectable_memory}.  Note that you
196 need to pass the old size of a reallocated memory block as well.  See
197 below for a motivation.
198 @end deftypefn
199
200
201 @deftypefn {C Function} void scm_gc_free (void *@var{mem}, size_t @var{size}, const char *@var{what})
202 Like @code{free}, but also call @code{scm_gc_unregister_collectable_memory}.
203
204 Note that you need to explicitly pass the @var{size} parameter.  This
205 is done since it should normally be easy to provide this parameter
206 (for memory that is associated with GC controlled objects) and this
207 frees us from tracking this value in the GC itself, which will keep
208 the memory management overhead very low.
209 @end deftypefn
210
211 @deftypefn {C Function} void scm_frame_free (void *mem)
212 Equivalent to @code{scm_frame_unwind_handler (free, @var{mem},
213 SCM_F_WIND_EXPLICITLY)}.  That is, the memory block at @var{mem} will
214 be freed when the current frame is left.
215 @end deftypefn
216
217 @deffn {Scheme Procedure} malloc-stats
218 Return an alist ((@var{what} . @var{n}) ...) describing number
219 of malloced objects.
220 @var{what} is the second argument to @code{scm_gc_malloc},
221 @var{n} is the number of objects of that type currently
222 allocated.
223 @end deffn
224
225
226 @subsubsection Upgrading from scm_must_malloc et al.
227
228 Version 1.6 of Guile and earlier did not have the functions from the
229 previous section.  In their place, it had the functions
230 @code{scm_must_malloc}, @code{scm_must_realloc} and
231 @code{scm_must_free}.  This section explains why we want you to stop
232 using them, and how to do this.
233
234 @findex scm_must_malloc
235 @findex scm_must_realloc
236 @findex scm_must_calloc
237 @findex scm_must_free
238 The functions @code{scm_must_malloc} and @code{scm_must_realloc}
239 behaved like @code{scm_gc_malloc} and @code{scm_gc_realloc} do now,
240 respectively.  They would inform the GC about the newly allocated
241 memory via the internal equivalent of
242 @code{scm_gc_register_collectable_memory}.  However,
243 @code{scm_must_free} did not unregister the memory it was about to
244 free.  The usual way to unregister memory was to return its size from
245 a smob free function.
246
247 This disconnectedness of the actual freeing of memory and reporting
248 this to the GC proved to be bad in practice.  It was easy to make
249 mistakes and report the wrong size because allocating and freeing was
250 not done with symmetric code, and because it is cumbersome to compute
251 the total size of nested data structures that were freed with multiple
252 calls to @code{scm_must_free}.  Additionally, there was no equivalent
253 to @code{scm_malloc}, and it was tempting to just use
254 @code{scm_must_malloc} and never to tell the GC that the memory has
255 been freed.
256
257 The effect was that the internal statistics kept by the GC drifted out
258 of sync with reality and could even overflow in long running programs.
259 When this happened, the result was a dramatic increase in (senseless)
260 GC activity which would effectively stop the program dead.
261
262 @findex scm_done_malloc
263 @findex scm_done_free
264 The functions @code{scm_done_malloc} and @code{scm_done_free} were
265 introduced to help restore balance to the force, but existing bugs did
266 not magically disappear, of course.
267
268 Therefore we decided to force everybody to review their code by
269 deprecating the existing functions and introducing new ones in their
270 place that are hopefully easier to use correctly.
271
272 For every use of @code{scm_must_malloc} you need to decide whether to
273 use @code{scm_malloc} or @code{scm_gc_malloc} in its place.  When the
274 memory block is not part of a smob or some other Scheme object whose
275 lifetime is ultimately managed by the garbage collector, use
276 @code{scm_malloc} and @code{free}.  When it is part of a smob, use
277 @code{scm_gc_malloc} and change the smob free function to use
278 @code{scm_gc_free} instead of @code{scm_must_free} or @code{free} and
279 make it return zero.
280
281 The important thing is to always pair @code{scm_malloc} with
282 @code{free}; and to always pair @code{scm_gc_malloc} with
283 @code{scm_gc_free}.
284
285 The same reasoning applies to @code{scm_must_realloc} and
286 @code{scm_realloc} versus @code{scm_gc_realloc}.
287
288
289 @node Weak References
290 @subsection Weak References
291
292 [FIXME: This chapter is based on Mikael Djurfeldt's answer to a
293 question by Michael Livshin. Any mistakes are not theirs, of course. ]
294
295 Weak references let you attach bookkeeping information to data so that
296 the additional information automatically disappears when the original
297 data is no longer in use and gets garbage collected. In a weak key hash,
298 the hash entry for that key disappears as soon as the key is no longer
299 referenced from anywhere else. For weak value hashes, the same happens
300 as soon as the value is no longer in use. Entries in a doubly weak hash
301 disappear when either the key or the value are not used anywhere else
302 anymore.
303
304 Object properties offer the same kind of functionality as weak key
305 hashes in many situations. (@pxref{Object Properties})
306
307 Here's an example (a little bit strained perhaps, but one of the
308 examples is actually used in Guile):
309
310 Assume that you're implementing a debugging system where you want to
311 associate information about filename and position of source code
312 expressions with the expressions themselves.
313
314 Hashtables can be used for that, but if you use ordinary hash tables
315 it will be impossible for the scheme interpreter to "forget" old
316 source when, for example, a file is reloaded.
317
318 To implement the mapping from source code expressions to positional
319 information it is necessary to use weak-key tables since we don't want
320 the expressions to be remembered just because they are in our table.
321
322 To implement a mapping from source file line numbers to source code
323 expressions you would use a weak-value table.
324
325 To implement a mapping from source code expressions to the procedures
326 they constitute a doubly-weak table has to be used.
327
328 @menu
329 * Weak hash tables::
330 * Weak vectors::
331 @end menu
332
333
334 @node Weak hash tables
335 @subsubsection Weak hash tables
336
337 @deffn {Scheme Procedure} make-weak-key-hash-table size
338 @deffnx {Scheme Procedure} make-weak-value-hash-table size
339 @deffnx {Scheme Procedure} make-doubly-weak-hash-table size
340 @deffnx {C Function} scm_make_weak_key_hash_table (size)
341 @deffnx {C Function} scm_make_weak_value_hash_table (size)
342 @deffnx {C Function} scm_make_doubly_weak_hash_table (size)
343 Return a weak hash table with @var{size} buckets. As with any
344 hash table, choosing a good size for the table requires some
345 caution.
346
347 You can modify weak hash tables in exactly the same way you
348 would modify regular hash tables. (@pxref{Hash Tables})
349 @end deffn
350
351 @deffn {Scheme Procedure} weak-key-hash-table? obj
352 @deffnx {Scheme Procedure} weak-value-hash-table? obj
353 @deffnx {Scheme Procedure} doubly-weak-hash-table? obj
354 @deffnx {C Function} scm_weak_key_hash_table_p (obj)
355 @deffnx {C Function} scm_weak_value_hash_table_p (obj)
356 @deffnx {C Function} scm_doubly_weak_hash_table_p (obj)
357 Return @code{#t} if @var{obj} is the specified weak hash
358 table. Note that a doubly weak hash table is neither a weak key
359 nor a weak value hash table.
360 @end deffn
361
362 @node Weak vectors
363 @subsubsection Weak vectors
364
365 Weak vectors are mainly useful in Guile's implementation of weak hash
366 tables.
367
368 @deffn {Scheme Procedure} make-weak-vector size [fill]
369 @deffnx {C Function} scm_make_weak_vector (size, fill)
370 Return a weak vector with @var{size} elements. If the optional
371 argument @var{fill} is given, all entries in the vector will be
372 set to @var{fill}. The default value for @var{fill} is the
373 empty list.
374 @end deffn
375
376 @deffn {Scheme Procedure} weak-vector . l
377 @deffnx {Scheme Procedure} list->weak-vector l
378 @deffnx {C Function} scm_weak_vector (l)
379 Construct a weak vector from a list: @code{weak-vector} uses
380 the list of its arguments while @code{list->weak-vector} uses
381 its only argument @var{l} (a list) to construct a weak vector
382 the same way @code{list->vector} would.
383 @end deffn
384
385 @deffn {Scheme Procedure} weak-vector? obj
386 @deffnx {C Function} scm_weak_vector_p (obj)
387 Return @code{#t} if @var{obj} is a weak vector. Note that all
388 weak hashes are also weak vectors.
389 @end deffn
390
391
392 @node Guardians
393 @subsection Guardians
394
395 Guardians provide a way to be notified about objects that would
396 otherwise be collected as garbage.  Guarding them prevents the objects
397 from being collected and cleanup actions can be performed on them, for
398 example.
399
400 See R. Kent Dybvig, Carl Bruggeman, and David Eby (1993) "Guardians in
401 a Generation-Based Garbage Collector".  ACM SIGPLAN Conference on
402 Programming Language Design and Implementation, June 1993.
403
404 @deffn {Scheme Procedure} make-guardian
405 @deffnx {C Function} scm_make_guardian ()
406 Create a new guardian.  A guardian protects a set of objects from
407 garbage collection, allowing a program to apply cleanup or other
408 actions.
409
410 @code{make-guardian} returns a procedure representing the guardian.
411 Calling the guardian procedure with an argument adds the argument to
412 the guardian's set of protected objects.  Calling the guardian
413 procedure without an argument returns one of the protected objects
414 which are ready for garbage collection, or @code{#f} if no such object
415 is available.  Objects which are returned in this way are removed from
416 the guardian.
417
418 You can put a single object into a guardian more than once and you can
419 put a single object into more than one guardian.  The object will then
420 be returned multiple times by the guardian procedures.
421
422 An object is eligible to be returned from a guardian when it is no
423 longer referenced from outside any guardian.
424
425 There is no guarantee about the order in which objects are returned
426 from a guardian.  If you want to impose an order on finalization
427 actions, for example, you can do that by keeping objects alive in some
428 global data structure until they are no longer needed for finalizing
429 other objects.
430
431 Being an element in a weak vector, a key in a hash table with weak
432 keys, or a value in a hash table with weak values does not prevent an
433 object from being returned by a guardian.  But as long as an object
434 can be returned from a guardian it will not be removed from such a
435 weak vector or hash table.  In other words, a weak link does not
436 prevent an object from being considered collectable, but being inside
437 a guardian prevents a weak link from being broken.
438
439 A key in a weak key hash table can be thought of as having a strong
440 reference to its associated value as long as the key is accessible.
441 Consequently, when the key is only accessible from within a guardian,
442 the reference from the key to the value is also considered to be
443 coming from within a guardian.  Thus, if there is no other reference
444 to the value, it is eligible to be returned from a guardian.
445 @end deffn
446
447
448 @page
449 @node Objects
450 @section Objects
451
452 @deffn {Scheme Procedure} entity? obj
453 @deffnx {C Function} scm_entity_p (obj)
454 Return @code{#t} if @var{obj} is an entity.
455 @end deffn
456
457 @deffn {Scheme Procedure} operator? obj
458 @deffnx {C Function} scm_operator_p (obj)
459 Return @code{#t} if @var{obj} is an operator.
460 @end deffn
461
462 @deffn {Scheme Procedure} set-object-procedure! obj proc
463 @deffnx {C Function} scm_set_object_procedure_x (obj, proc)
464 Set the object procedure of @var{obj} to @var{proc}.
465 @var{obj} must be either an entity or an operator.
466 @end deffn
467
468 @deffn {Scheme Procedure} make-class-object metaclass layout
469 @deffnx {C Function} scm_make_class_object (metaclass, layout)
470 Create a new class object of class @var{metaclass}, with the
471 slot layout specified by @var{layout}.
472 @end deffn
473
474 @deffn {Scheme Procedure} make-subclass-object class layout
475 @deffnx {C Function} scm_make_subclass_object (class, layout)
476 Create a subclass object of @var{class}, with the slot layout
477 specified by @var{layout}.
478 @end deffn
479
480
481 @c Local Variables:
482 @c TeX-master: "guile.texi"
483 @c End: