contrib/llvm/include/llvm/MC/MCAssembler.h

   1 //===- MCAssembler.h - Object File Generation -------------------*- C++ -*-===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
   6 // License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9
  10 #ifndef LLVM_MC_MCASSEMBLER_H
  11 #define LLVM_MC_MCASSEMBLER_H
  12
  13 #include "llvm/ADT/ArrayRef.h"
  14 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
  15 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
  16 #include "llvm/ADT/StringRef.h"
  17 #include "llvm/ADT/iterator.h"
  18 #include "llvm/ADT/iterator_range.h"
  19 #include "llvm/BinaryFormat/MachO.h"
  20 #include "llvm/MC/MCDirectives.h"
  21 #include "llvm/MC/MCDwarf.h"
  22 #include "llvm/MC/MCFixup.h"
  23 #include "llvm/MC/MCFragment.h"
  24 #include "llvm/MC/MCLinkerOptimizationHint.h"
  25 #include "llvm/MC/MCSymbol.h"
  26 #include <cassert>
  27 #include <cstddef>
  28 #include <cstdint>
  29 #include <string>
  30 #include <utility>
  31 #include <vector>
  32
  33 namespace llvm {
  34
  35 class MCAsmBackend;
  36 class MCAsmLayout;
  37 class MCContext;
  38 class MCCodeEmitter;
  39 class MCFragment;
  40 class MCObjectWriter;
  41 class MCSection;
  42 class MCValue;
  43
  44 // FIXME: This really doesn't belong here. See comments below.
  45 struct IndirectSymbolData {
  46   MCSymbol *Symbol;
  47   MCSection *Section;
  48 };
  49
  50 // FIXME: Ditto this. Purely so the Streamer and the ObjectWriter can talk
  51 // to one another.
  52 struct DataRegionData {
  53   // This enum should be kept in sync w/ the mach-o definition in
  54   // llvm/Object/MachOFormat.h.
  55   enum KindTy { Data = 1, JumpTable8, JumpTable16, JumpTable32 } Kind;
  56   MCSymbol *Start;
  57   MCSymbol *End;
  58 };
  59
  60 class MCAssembler {
  61   friend class MCAsmLayout;
  62
  63 public:
  64   using SectionListType = std::vector<MCSection *>;
  65   using SymbolDataListType = std::vector<const MCSymbol *>;
  66
  67   using const_iterator = pointee_iterator<SectionListType::const_iterator>;
  68   using iterator = pointee_iterator<SectionListType::iterator>;
  69
  70   using const_symbol_iterator =
  71       pointee_iterator<SymbolDataListType::const_iterator>;
  72   using symbol_iterator = pointee_iterator<SymbolDataListType::iterator>;
  73
  74   using symbol_range = iterator_range<symbol_iterator>;
  75   using const_symbol_range = iterator_range<const_symbol_iterator>;
  76
  77   using const_indirect_symbol_iterator =
  78       std::vector<IndirectSymbolData>::const_iterator;
  79   using indirect_symbol_iterator = std::vector<IndirectSymbolData>::iterator;
  80
  81   using const_data_region_iterator =
  82       std::vector<DataRegionData>::const_iterator;
  83   using data_region_iterator = std::vector<DataRegionData>::iterator;
  84
  85   /// MachO specific deployment target version info.
  86   // A Major version of 0 indicates that no version information was supplied
  87   // and so the corresponding load command should not be emitted.
  88   using VersionInfoType = struct {
  89     bool EmitBuildVersion;
  90     union {
  91       MCVersionMinType Type;          ///< Used when EmitBuildVersion==false.
  92       MachO::PlatformType Platform;   ///< Used when EmitBuildVersion==true.
  93     } TypeOrPlatform;
  94     unsigned Major;
  95     unsigned Minor;
  96     unsigned Update;
  97   };
  98
  99 private:
 100   MCContext &Context;
 101
 102   MCAsmBackend &Backend;
 103
 104   MCCodeEmitter &Emitter;
 105
 106   MCObjectWriter &Writer;
 107
 108   SectionListType Sections;
 109
 110   SymbolDataListType Symbols;
 111
 112   std::vector<IndirectSymbolData> IndirectSymbols;
 113
 114   std::vector<DataRegionData> DataRegions;
 115
 116   /// The list of linker options to propagate into the object file.
 117   std::vector<std::vector<std::string>> LinkerOptions;
 118
 119   /// List of declared file names
 120   std::vector<std::string> FileNames;
 121
 122   MCDwarfLineTableParams LTParams;
 123
 124   /// The set of function symbols for which a .thumb_func directive has
 125   /// been seen.
 126   //
 127   // FIXME: We really would like this in target specific code rather than
 128   // here. Maybe when the relocation stuff moves to target specific,
 129   // this can go with it? The streamer would need some target specific
 130   // refactoring too.
 131   mutable SmallPtrSet<const MCSymbol *, 32> ThumbFuncs;
 132
 133   /// \brief The bundle alignment size currently set in the assembler.
 134   ///
 135   /// By default it's 0, which means bundling is disabled.
 136   unsigned BundleAlignSize;
 137
 138   bool RelaxAll : 1;
 139   bool SubsectionsViaSymbols : 1;
 140   bool IncrementalLinkerCompatible : 1;
 141
 142   /// ELF specific e_header flags
 143   // It would be good if there were an MCELFAssembler class to hold this.
 144   // ELF header flags are used both by the integrated and standalone assemblers.
 145   // Access to the flags is necessary in cases where assembler directives affect
 146   // which flags to be set.
 147   unsigned ELFHeaderEFlags;
 148
 149   /// Used to communicate Linker Optimization Hint information between
 150   /// the Streamer and the .o writer
 151   MCLOHContainer LOHContainer;
 152
 153   VersionInfoType VersionInfo;
 154
 155   /// Evaluate a fixup to a relocatable expression and the value which should be
 156   /// placed into the fixup.
 157   ///
 158   /// \param Layout The layout to use for evaluation.
 159   /// \param Fixup The fixup to evaluate.
 160   /// \param DF The fragment the fixup is inside.
 161   /// \param Target [out] On return, the relocatable expression the fixup
 162   /// evaluates to.
 163   /// \param Value [out] On return, the value of the fixup as currently laid
 164   /// out.
 165   /// \return Whether the fixup value was fully resolved. This is true if the
 166   /// \p Value result is fixed, otherwise the value may change due to
 167   /// relocation.
 168   bool evaluateFixup(const MCAsmLayout &Layout, const MCFixup &Fixup,
 169                      const MCFragment *DF, MCValue &Target,
 170                      uint64_t &Value) const;
 171
 172   /// Check whether a fixup can be satisfied, or whether it needs to be relaxed
 173   /// (increased in size, in order to hold its value correctly).
 174   bool fixupNeedsRelaxation(const MCFixup &Fixup, const MCRelaxableFragment *DF,
 175                             const MCAsmLayout &Layout) const;
 176
 177   /// Check whether the given fragment needs relaxation.
 178   bool fragmentNeedsRelaxation(const MCRelaxableFragment *IF,
 179                                const MCAsmLayout &Layout) const;
 180
 181   /// \brief Perform one layout iteration and return true if any offsets
 182   /// were adjusted.
 183   bool layoutOnce(MCAsmLayout &Layout);
 184
 185   /// \brief Perform one layout iteration of the given section and return true
 186   /// if any offsets were adjusted.
 187   bool layoutSectionOnce(MCAsmLayout &Layout, MCSection &Sec);
 188
 189   bool relaxInstruction(MCAsmLayout &Layout, MCRelaxableFragment &IF);
 190
 191   bool relaxPaddingFragment(MCAsmLayout &Layout, MCPaddingFragment &PF);
 192
 193   bool relaxLEB(MCAsmLayout &Layout, MCLEBFragment &IF);
 194
 195   bool relaxDwarfLineAddr(MCAsmLayout &Layout, MCDwarfLineAddrFragment &DF);
 196   bool relaxDwarfCallFrameFragment(MCAsmLayout &Layout,
 197                                    MCDwarfCallFrameFragment &DF);
 198   bool relaxCVInlineLineTable(MCAsmLayout &Layout,
 199                               MCCVInlineLineTableFragment &DF);
 200   bool relaxCVDefRange(MCAsmLayout &Layout, MCCVDefRangeFragment &DF);
 201
 202   /// finishLayout - Finalize a layout, including fragment lowering.
 203   void finishLayout(MCAsmLayout &Layout);
 204
 205   std::tuple<MCValue, uint64_t, bool>
 206   handleFixup(const MCAsmLayout &Layout, MCFragment &F, const MCFixup &Fixup);
 207
 208 public:
 209   /// Construct a new assembler instance.
 210   //
 211   // FIXME: How are we going to parameterize this? Two obvious options are stay
 212   // concrete and require clients to pass in a target like object. The other
 213   // option is to make this abstract, and have targets provide concrete
 214   // implementations as we do with AsmParser.
 215   MCAssembler(MCContext &Context, MCAsmBackend &Backend,
 216               MCCodeEmitter &Emitter, MCObjectWriter &Writer);
 217   MCAssembler(const MCAssembler &) = delete;
 218   MCAssembler &operator=(const MCAssembler &) = delete;
 219   ~MCAssembler();
 220
 221   /// Compute the effective fragment size assuming it is laid out at the given
 222   /// \p SectionAddress and \p FragmentOffset.
 223   uint64_t computeFragmentSize(const MCAsmLayout &Layout,
 224                                const MCFragment &F) const;
 225
 226   /// Find the symbol which defines the atom containing the given symbol, or
 227   /// null if there is no such symbol.
 228   const MCSymbol *getAtom(const MCSymbol &S) const;
 229
 230   /// Check whether a particular symbol is visible to the linker and is required
 231   /// in the symbol table, or whether it can be discarded by the assembler. This
 232   /// also effects whether the assembler treats the label as potentially
 233   /// defining a separate atom.
 234   bool isSymbolLinkerVisible(const MCSymbol &SD) const;
 235
 236   /// Emit the section contents using the given object writer.
 237   void writeSectionData(const MCSection *Section,
 238                         const MCAsmLayout &Layout) const;
 239
 240   /// Check whether a given symbol has been flagged with .thumb_func.
 241   bool isThumbFunc(const MCSymbol *Func) const;
 242
 243   /// Flag a function symbol as the target of a .thumb_func directive.
 244   void setIsThumbFunc(const MCSymbol *Func) { ThumbFuncs.insert(Func); }
 245
 246   /// ELF e_header flags
 247   unsigned getELFHeaderEFlags() const { return ELFHeaderEFlags; }
 248   void setELFHeaderEFlags(unsigned Flags) { ELFHeaderEFlags = Flags; }
 249
 250   /// MachO deployment target version information.
 251   const VersionInfoType &getVersionInfo() const { return VersionInfo; }
 252   void setVersionMin(MCVersionMinType Type, unsigned Major, unsigned Minor,
 253                      unsigned Update) {
 254     VersionInfo.EmitBuildVersion = false;
 255     VersionInfo.TypeOrPlatform.Type = Type;
 256     VersionInfo.Major = Major;
 257     VersionInfo.Minor = Minor;
 258     VersionInfo.Update = Update;
 259   }
 260   void setBuildVersion(MachO::PlatformType Platform, unsigned Major,
 261                        unsigned Minor, unsigned Update) {
 262     VersionInfo.EmitBuildVersion = true;
 263     VersionInfo.TypeOrPlatform.Platform = Platform;
 264     VersionInfo.Major = Major;
 265     VersionInfo.Minor = Minor;
 266     VersionInfo.Update = Update;
 267   }
 268
 269   /// Reuse an assembler instance
 270   ///
 271   void reset();
 272
 273   MCContext &getContext() const { return Context; }
 274
 275   MCAsmBackend &getBackend() const { return Backend; }
 276
 277   MCCodeEmitter &getEmitter() const { return Emitter; }
 278
 279   MCObjectWriter &getWriter() const { return Writer; }
 280
 281   MCDwarfLineTableParams getDWARFLinetableParams() const { return LTParams; }
 282   void setDWARFLinetableParams(MCDwarfLineTableParams P) { LTParams = P; }
 283
 284   /// Finish - Do final processing and write the object to the output stream.
 285   /// \p Writer is used for custom object writer (as the MCJIT does),
 286   /// if not specified it is automatically created from backend.
 287   void Finish();
 288
 289   // Layout all section and prepare them for emission.
 290   void layout(MCAsmLayout &Layout);
 291
 292   // FIXME: This does not belong here.
 293   bool getSubsectionsViaSymbols() const { return SubsectionsViaSymbols; }
 294   void setSubsectionsViaSymbols(bool Value) { SubsectionsViaSymbols = Value; }
 295
 296   bool isIncrementalLinkerCompatible() const {
 297     return IncrementalLinkerCompatible;
 298   }
 299   void setIncrementalLinkerCompatible(bool Value) {
 300     IncrementalLinkerCompatible = Value;
 301   }
 302
 303   bool getRelaxAll() const { return RelaxAll; }
 304   void setRelaxAll(bool Value) { RelaxAll = Value; }
 305
 306   bool isBundlingEnabled() const { return BundleAlignSize != 0; }
 307
 308   unsigned getBundleAlignSize() const { return BundleAlignSize; }
 309
 310   void setBundleAlignSize(unsigned Size) {
 311     assert((Size == 0 || !(Size & (Size - 1))) &&
 312            "Expect a power-of-two bundle align size");
 313     BundleAlignSize = Size;
 314   }
 315
 316   /// \name Section List Access
 317   /// @{
 318
 319   iterator begin() { return Sections.begin(); }
 320   const_iterator begin() const { return Sections.begin(); }
 321
 322   iterator end() { return Sections.end(); }
 323   const_iterator end() const { return Sections.end(); }
 324
 325   size_t size() const { return Sections.size(); }
 326
 327   /// @}
 328   /// \name Symbol List Access
 329   /// @{
 330   symbol_iterator symbol_begin() { return Symbols.begin(); }
 331   const_symbol_iterator symbol_begin() const { return Symbols.begin(); }
 332
 333   symbol_iterator symbol_end() { return Symbols.end(); }
 334   const_symbol_iterator symbol_end() const { return Symbols.end(); }
 335
 336   symbol_range symbols() { return make_range(symbol_begin(), symbol_end()); }
 337   const_symbol_range symbols() const {
 338     return make_range(symbol_begin(), symbol_end());
 339   }
 340
 341   size_t symbol_size() const { return Symbols.size(); }
 342
 343   /// @}
 344   /// \name Indirect Symbol List Access
 345   /// @{
 346
 347   // FIXME: This is a total hack, this should not be here. Once things are
 348   // factored so that the streamer has direct access to the .o writer, it can
 349   // disappear.
 350   std::vector<IndirectSymbolData> &getIndirectSymbols() {
 351     return IndirectSymbols;
 352   }
 353
 354   indirect_symbol_iterator indirect_symbol_begin() {
 355     return IndirectSymbols.begin();
 356   }
 357   const_indirect_symbol_iterator indirect_symbol_begin() const {
 358     return IndirectSymbols.begin();
 359   }
 360
 361   indirect_symbol_iterator indirect_symbol_end() {
 362     return IndirectSymbols.end();
 363   }
 364   const_indirect_symbol_iterator indirect_symbol_end() const {
 365     return IndirectSymbols.end();
 366   }
 367
 368   size_t indirect_symbol_size() const { return IndirectSymbols.size(); }
 369
 370   /// @}
 371   /// \name Linker Option List Access
 372   /// @{
 373
 374   std::vector<std::vector<std::string>> &getLinkerOptions() {
 375     return LinkerOptions;
 376   }
 377
 378   /// @}
 379   /// \name Data Region List Access
 380   /// @{
 381
 382   // FIXME: This is a total hack, this should not be here. Once things are
 383   // factored so that the streamer has direct access to the .o writer, it can
 384   // disappear.
 385   std::vector<DataRegionData> &getDataRegions() { return DataRegions; }
 386
 387   data_region_iterator data_region_begin() { return DataRegions.begin(); }
 388   const_data_region_iterator data_region_begin() const {
 389     return DataRegions.begin();
 390   }
 391
 392   data_region_iterator data_region_end() { return DataRegions.end(); }
 393   const_data_region_iterator data_region_end() const {
 394     return DataRegions.end();
 395   }
 396
 397   size_t data_region_size() const { return DataRegions.size(); }
 398
 399   /// @}
 400   /// \name Data Region List Access
 401   /// @{
 402
 403   // FIXME: This is a total hack, this should not be here. Once things are
 404   // factored so that the streamer has direct access to the .o writer, it can
 405   // disappear.
 406   MCLOHContainer &getLOHContainer() { return LOHContainer; }
 407   const MCLOHContainer &getLOHContainer() const {
 408     return const_cast<MCAssembler *>(this)->getLOHContainer();
 409   }
 410   /// @}
 411   /// \name Backend Data Access
 412   /// @{
 413
 414   bool registerSection(MCSection &Section);
 415
 416   void registerSymbol(const MCSymbol &Symbol, bool *Created = nullptr);
 417
 418   ArrayRef<std::string> getFileNames() { return FileNames; }
 419
 420   void addFileName(StringRef FileName) {
 421     if (!is_contained(FileNames, FileName))
 422       FileNames.push_back(FileName);
 423   }
 424
 425   /// \brief Write the necessary bundle padding to the given object writer.
 426   /// Expects a fragment \p F containing instructions and its size \p FSize.
 427   void writeFragmentPadding(const MCFragment &F, uint64_t FSize,
 428                             MCObjectWriter *OW) const;
 429
 430   /// @}
 431
 432   void dump() const;
 433 };
 434
 435 /// \brief Compute the amount of padding required before the fragment \p F to
 436 /// obey bundling restrictions, where \p FOffset is the fragment's offset in
 437 /// its section and \p FSize is the fragment's size.
 438 uint64_t computeBundlePadding(const MCAssembler &Assembler, const MCFragment *F,
 439                               uint64_t FOffset, uint64_t FSize);
 440
 441 } // end namespace llvm
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