Introdução de Algebraic Data Types para C99

Datatype99

Uma biblioteca que oferece tipos de dados algébricos seguros e intuitivos, com correspondência de padrões exaustiva e recursos de introspecção em tempo de compilação. É implementada em C99 puro, então não requer ferramentas externas.

Principais características

• Segurança de tipos: variantes com tipo inadequado, correspondência de padrões incompleta e acesso inválido a campos são detectados em tempo de compilação.
• Portabilidade: basta ter um compilador C99 em conformidade com o padrão. Não são necessários biblioteca padrão, recursos específicos de compilador/plataforma, VLA etc.
• Previsibilidade: há uma semântica formal de geração de código definida, garantindo que o layout de dados gerado seja sempre o mesmo.
• Erros fáceis de entender: robusto contra código incorreto.
• Comprovado na prática: está sendo usado no OpenIPC no desenvolvimento de software de streaming em tempo real para câmeras IP. Inclui uma implementação de RTSP 1.0 e cerca de 50 mil linhas de código privado.

Instalação

• O Datatype99 é composto por um único arquivo de cabeçalho datatype99.h e por uma dependência, o Metalang99.
• Se você usa CMake, é recomendável obtê-lo via FetchContent.
• Se necessário, é possível usar cabeçalhos pré-compilados. Isso pode reduzir o tempo de compilação.

Como usar

• O Datatype99 é um simples açúcar sintático para uniões etiquetadas. É mais seguro e conciso.
• Exemplo de árvore binária:
  • Para implementar diretamente em C, é preciso usar structs, unions, enums etc.
  • Com Datatype99, é possível definir isso de forma simples com uma chamada ao macro datatype
  • Também é simples calcular a soma da árvore usando correspondência de padrões
    • Segurança em tempo de compilação: ao acessar um binding de uma variante incorreta, ocorre erro de compilação
    • Flexibilidade: os bindings são do tipo ponteiro, então podem ser modificados, e é possível obter valores por dereferência
  • Funções construtoras de variantes são geradas automaticamente
• Breve explicação sobre correspondência de padrões:
  • O caso padrão é tratado com otherwise
  • Para ignorar bindings, usa-se _
  • Em of e ifLet, é proibido usar break/continue no nível mais alto. Use rótulos com goto.

Sintaxe e semântica

• São fornecidas uma definição gramatical em EBNF e explicações da semântica.
• No cabeçalho da biblioteca, recomenda-se usar as versões postfix dos macros.

Tipo unit

• Fornecido como UnitT99 e unit_v99.

Opinião do GN⁺

• Usar o Datatype99 parece trazer a grande vantagem de permitir o uso de tipos de dados algébricos em C de forma segura e prática. Também parece fácil integrá-lo a codebases C existentes.
• No entanto, se for usado em C++, pode haver sobreposição com recursos da própria linguagem, como templates ou constexpr. Em comparação com C, a vantagem pode ser menor.
• Garantir segurança em tempo de compilação é uma grande vantagem, mas parece difícil aproveitá-lo em casos nos quais o tipo de dado muda dinamicamente. É uma limitação da tipagem estática.
• Em projetos pequenos, talvez dê para implementar isso manualmente, mas à medida que a codebase cresce, usar uma biblioteca como Datatype99 provavelmente ajuda em produtividade e estabilidade.
• Bibliotecas com funcionalidades semelhantes incluem LibADT, Kitsune e P99.