contrib/llvm/tools/clang/lib/CodeGen/CGRecordLayoutBuilder.cpp

   1 //===--- CGRecordLayoutBuilder.cpp - CGRecordLayout builder  ----*- 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 // Builder implementation for CGRecordLayout objects.
  11 //
  12 //===----------------------------------------------------------------------===//
  13
  14 #include "CGRecordLayout.h"
  15 #include "CGCXXABI.h"
  16 #include "CodeGenTypes.h"
  17 #include "clang/AST/ASTContext.h"
  18 #include "clang/AST/Attr.h"
  19 #include "clang/AST/CXXInheritance.h"
  20 #include "clang/AST/DeclCXX.h"
  21 #include "clang/AST/Expr.h"
  22 #include "clang/AST/RecordLayout.h"
  23 #include "clang/Frontend/CodeGenOptions.h"
  24 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
  25 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
  26 #include "llvm/IR/Type.h"
  27 #include "llvm/Support/Debug.h"
  28 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
  29 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  30 using namespace clang;
  31 using namespace CodeGen;
  32
  33 namespace {
  34 /// The CGRecordLowering is responsible for lowering an ASTRecordLayout to an
  35 /// llvm::Type.  Some of the lowering is straightforward, some is not.  Here we
  36 /// detail some of the complexities and weirdnesses here.
  37 /// * LLVM does not have unions - Unions can, in theory be represented by any
  38 ///   llvm::Type with correct size.  We choose a field via a specific heuristic
  39 ///   and add padding if necessary.
  40 /// * LLVM does not have bitfields - Bitfields are collected into contiguous
  41 ///   runs and allocated as a single storage type for the run.  ASTRecordLayout
  42 ///   contains enough information to determine where the runs break.  Microsoft
  43 ///   and Itanium follow different rules and use different codepaths.
  44 /// * It is desired that, when possible, bitfields use the appropriate iN type
  45 ///   when lowered to llvm types.  For example unsigned x : 24 gets lowered to
  46 ///   i24.  This isn't always possible because i24 has storage size of 32 bit
  47 ///   and if it is possible to use that extra byte of padding we must use
  48 ///   [i8 x 3] instead of i24.  The function clipTailPadding does this.
  49 ///   C++ examples that require clipping:
  50 ///   struct { int a : 24; char b; }; // a must be clipped, b goes at offset 3
  51 ///   struct A { int a : 24; }; // a must be clipped because a struct like B
  52 //    could exist: struct B : A { char b; }; // b goes at offset 3
  53 /// * Clang ignores 0 sized bitfields and 0 sized bases but *not* zero sized
  54 ///   fields.  The existing asserts suggest that LLVM assumes that *every* field
  55 ///   has an underlying storage type.  Therefore empty structures containing
  56 ///   zero sized subobjects such as empty records or zero sized arrays still get
  57 ///   a zero sized (empty struct) storage type.
  58 /// * Clang reads the complete type rather than the base type when generating
  59 ///   code to access fields.  Bitfields in tail position with tail padding may
  60 ///   be clipped in the base class but not the complete class (we may discover
  61 ///   that the tail padding is not used in the complete class.) However,
  62 ///   because LLVM reads from the complete type it can generate incorrect code
  63 ///   if we do not clip the tail padding off of the bitfield in the complete
  64 ///   layout.  This introduces a somewhat awkward extra unnecessary clip stage.
  65 ///   The location of the clip is stored internally as a sentinal of type
  66 ///   SCISSOR.  If LLVM were updated to read base types (which it probably
  67 ///   should because locations of things such as VBases are bogus in the llvm
  68 ///   type anyway) then we could eliminate the SCISSOR.
  69 /// * Itanium allows nearly empty primary virtual bases.  These bases don't get
  70 ///   get their own storage because they're laid out as part of another base
  71 ///   or at the beginning of the structure.  Determining if a VBase actually
  72 ///   gets storage awkwardly involves a walk of all bases.
  73 /// * VFPtrs and VBPtrs do *not* make a record NotZeroInitializable.
  74 struct CGRecordLowering {
  75   // MemberInfo is a helper structure that contains information about a record
  76   // member.  In additional to the standard member types, there exists a
  77   // sentinal member type that ensures correct rounding.
  78   struct MemberInfo {
  79     CharUnits Offset;
  80     enum InfoKind { VFPtr, VBPtr, Field, Base, VBase, Scissor } Kind;
  81     llvm::Type *Data;
  82     union {
  83       const FieldDecl *FD;
  84       const CXXRecordDecl *RD;
  85     };
  86     MemberInfo(CharUnits Offset, InfoKind Kind, llvm::Type *Data,
  87                const FieldDecl *FD = nullptr)
  88       : Offset(Offset), Kind(Kind), Data(Data), FD(FD) {}
  89     MemberInfo(CharUnits Offset, InfoKind Kind, llvm::Type *Data,
  90                const CXXRecordDecl *RD)
  91       : Offset(Offset), Kind(Kind), Data(Data), RD(RD) {}
  92     // MemberInfos are sorted so we define a < operator.
  93     bool operator <(const MemberInfo& a) const { return Offset < a.Offset; }
  94   };
  95   // The constructor.
  96   CGRecordLowering(CodeGenTypes &Types, const RecordDecl *D, bool Packed);
  97   // Short helper routines.
  98   /// \brief Constructs a MemberInfo instance from an offset and llvm::Type *.
  99   MemberInfo StorageInfo(CharUnits Offset, llvm::Type *Data) {
 100     return MemberInfo(Offset, MemberInfo::Field, Data);
 101   }
 102
 103   /// The Microsoft bitfield layout rule allocates discrete storage
 104   /// units of the field's formal type and only combines adjacent
 105   /// fields of the same formal type.  We want to emit a layout with
 106   /// these discrete storage units instead of combining them into a
 107   /// continuous run.
 108   bool isDiscreteBitFieldABI() {
 109     return Context.getTargetInfo().getCXXABI().isMicrosoft() ||
 110            D->isMsStruct(Context);
 111   }
 112
 113   /// The Itanium base layout rule allows virtual bases to overlap
 114   /// other bases, which complicates layout in specific ways.
 115   ///
 116   /// Note specifically that the ms_struct attribute doesn't change this.
 117   bool isOverlappingVBaseABI() {
 118     return !Context.getTargetInfo().getCXXABI().isMicrosoft();
 119   }
 120
 121   /// \brief Wraps llvm::Type::getIntNTy with some implicit arguments.
 122   llvm::Type *getIntNType(uint64_t NumBits) {
 123     return llvm::Type::getIntNTy(Types.getLLVMContext(),
 124                                  (unsigned)llvm::alignTo(NumBits, 8));
 125   }
 126   /// \brief Gets an llvm type of size NumBytes and alignment 1.
 127   llvm::Type *getByteArrayType(CharUnits NumBytes) {
 128     assert(!NumBytes.isZero() && "Empty byte arrays aren't allowed.");
 129     llvm::Type *Type = llvm::Type::getInt8Ty(Types.getLLVMContext());
 130     return NumBytes == CharUnits::One() ? Type :
 131         (llvm::Type *)llvm::ArrayType::get(Type, NumBytes.getQuantity());
 132   }
 133   /// \brief Gets the storage type for a field decl and handles storage
 134   /// for itanium bitfields that are smaller than their declared type.
 135   llvm::Type *getStorageType(const FieldDecl *FD) {
 136     llvm::Type *Type = Types.ConvertTypeForMem(FD->getType());
 137     if (!FD->isBitField()) return Type;
 138     if (isDiscreteBitFieldABI()) return Type;
 139     return getIntNType(std::min(FD->getBitWidthValue(Context),
 140                              (unsigned)Context.toBits(getSize(Type))));
 141   }
 142   /// \brief Gets the llvm Basesubobject type from a CXXRecordDecl.
 143   llvm::Type *getStorageType(const CXXRecordDecl *RD) {
 144     return Types.getCGRecordLayout(RD).getBaseSubobjectLLVMType();
 145   }
 146   CharUnits bitsToCharUnits(uint64_t BitOffset) {
 147     return Context.toCharUnitsFromBits(BitOffset);
 148   }
 149   CharUnits getSize(llvm::Type *Type) {
 150     return CharUnits::fromQuantity(DataLayout.getTypeAllocSize(Type));
 151   }
 152   CharUnits getAlignment(llvm::Type *Type) {
 153     return CharUnits::fromQuantity(DataLayout.getABITypeAlignment(Type));
 154   }
 155   bool isZeroInitializable(const FieldDecl *FD) {
 156     return Types.isZeroInitializable(FD->getType());
 157   }
 158   bool isZeroInitializable(const RecordDecl *RD) {
 159     return Types.isZeroInitializable(RD);
 160   }
 161   void appendPaddingBytes(CharUnits Size) {
 162     if (!Size.isZero())
 163       FieldTypes.push_back(getByteArrayType(Size));
 164   }
 165   uint64_t getFieldBitOffset(const FieldDecl *FD) {
 166     return Layout.getFieldOffset(FD->getFieldIndex());
 167   }
 168   // Layout routines.
 169   void setBitFieldInfo(const FieldDecl *FD, CharUnits StartOffset,
 170                        llvm::Type *StorageType);
 171   /// \brief Lowers an ASTRecordLayout to a llvm type.
 172   void lower(bool NonVirtualBaseType);
 173   void lowerUnion();
 174   void accumulateFields();
 175   void accumulateBitFields(RecordDecl::field_iterator Field,
 176                         RecordDecl::field_iterator FieldEnd);
 177   void accumulateBases();
 178   void accumulateVPtrs();
 179   void accumulateVBases();
 180   /// \brief Recursively searches all of the bases to find out if a vbase is
 181   /// not the primary vbase of some base class.
 182   bool hasOwnStorage(const CXXRecordDecl *Decl, const CXXRecordDecl *Query);
 183   void calculateZeroInit();
 184   /// \brief Lowers bitfield storage types to I8 arrays for bitfields with tail
 185   /// padding that is or can potentially be used.
 186   void clipTailPadding();
 187   /// \brief Determines if we need a packed llvm struct.
 188   void determinePacked(bool NVBaseType);
 189   /// \brief Inserts padding everwhere it's needed.
 190   void insertPadding();
 191   /// \brief Fills out the structures that are ultimately consumed.
 192   void fillOutputFields();
 193   // Input memoization fields.
 194   CodeGenTypes &Types;
 195   const ASTContext &Context;
 196   const RecordDecl *D;
 197   const CXXRecordDecl *RD;
 198   const ASTRecordLayout &Layout;
 199   const llvm::DataLayout &DataLayout;
 200   // Helpful intermediate data-structures.
 201   std::vector<MemberInfo> Members;
 202   // Output fields, consumed by CodeGenTypes::ComputeRecordLayout.
 203   SmallVector<llvm::Type *, 16> FieldTypes;
 204   llvm::DenseMap<const FieldDecl *, unsigned> Fields;
 205   llvm::DenseMap<const FieldDecl *, CGBitFieldInfo> BitFields;
 206   llvm::DenseMap<const CXXRecordDecl *, unsigned> NonVirtualBases;
 207   llvm::DenseMap<const CXXRecordDecl *, unsigned> VirtualBases;
 208   bool IsZeroInitializable : 1;
 209   bool IsZeroInitializableAsBase : 1;
 210   bool Packed : 1;
 211 private:
 212   CGRecordLowering(const CGRecordLowering &) = delete;
 213   void operator =(const CGRecordLowering &) = delete;
 214 };
 215 } // namespace {
 216
 217 CGRecordLowering::CGRecordLowering(CodeGenTypes &Types, const RecordDecl *D,                                 bool Packed)
 218   : Types(Types), Context(Types.getContext()), D(D),
 219     RD(dyn_cast<CXXRecordDecl>(D)),
 220     Layout(Types.getContext().getASTRecordLayout(D)),
 221     DataLayout(Types.getDataLayout()), IsZeroInitializable(true),
 222     IsZeroInitializableAsBase(true), Packed(Packed) {}
 223
 224 void CGRecordLowering::setBitFieldInfo(
 225     const FieldDecl *FD, CharUnits StartOffset, llvm::Type *StorageType) {
 226   CGBitFieldInfo &Info = BitFields[FD->getCanonicalDecl()];
 227   Info.IsSigned = FD->getType()->isSignedIntegerOrEnumerationType();
 228   Info.Offset = (unsigned)(getFieldBitOffset(FD) - Context.toBits(StartOffset));
 229   Info.Size = FD->getBitWidthValue(Context);
 230   Info.StorageSize = (unsigned)DataLayout.getTypeAllocSizeInBits(StorageType);
 231   Info.StorageOffset = StartOffset;
 232   if (Info.Size > Info.StorageSize)
 233     Info.Size = Info.StorageSize;
 234   // Reverse the bit offsets for big endian machines. Because we represent
 235   // a bitfield as a single large integer load, we can imagine the bits
 236   // counting from the most-significant-bit instead of the
 237   // least-significant-bit.
 238   if (DataLayout.isBigEndian())
 239     Info.Offset = Info.StorageSize - (Info.Offset + Info.Size);
 240 }
 241
 242 void CGRecordLowering::lower(bool NVBaseType) {
 243   // The lowering process implemented in this function takes a variety of
 244   // carefully ordered phases.
 245   // 1) Store all members (fields and bases) in a list and sort them by offset.
 246   // 2) Add a 1-byte capstone member at the Size of the structure.
 247   // 3) Clip bitfield storages members if their tail padding is or might be
 248   //    used by another field or base.  The clipping process uses the capstone
 249   //    by treating it as another object that occurs after the record.
 250   // 4) Determine if the llvm-struct requires packing.  It's important that this
 251   //    phase occur after clipping, because clipping changes the llvm type.
 252   //    This phase reads the offset of the capstone when determining packedness
 253   //    and updates the alignment of the capstone to be equal of the alignment
 254   //    of the record after doing so.
 255   // 5) Insert padding everywhere it is needed.  This phase requires 'Packed' to
 256   //    have been computed and needs to know the alignment of the record in
 257   //    order to understand if explicit tail padding is needed.
 258   // 6) Remove the capstone, we don't need it anymore.
 259   // 7) Determine if this record can be zero-initialized.  This phase could have
 260   //    been placed anywhere after phase 1.
 261   // 8) Format the complete list of members in a way that can be consumed by
 262   //    CodeGenTypes::ComputeRecordLayout.
 263   CharUnits Size = NVBaseType ? Layout.getNonVirtualSize() : Layout.getSize();
 264   if (D->isUnion())
 265     return lowerUnion();
 266   accumulateFields();
 267   // RD implies C++.
 268   if (RD) {
 269     accumulateVPtrs();
 270     accumulateBases();
 271     if (Members.empty())
 272       return appendPaddingBytes(Size);
 273     if (!NVBaseType)
 274       accumulateVBases();
 275   }
 276   std::stable_sort(Members.begin(), Members.end());
 277   Members.push_back(StorageInfo(Size, getIntNType(8)));
 278   clipTailPadding();
 279   determinePacked(NVBaseType);
 280   insertPadding();
 281   Members.pop_back();
 282   calculateZeroInit();
 283   fillOutputFields();
 284 }
 285
 286 void CGRecordLowering::lowerUnion() {
 287   CharUnits LayoutSize = Layout.getSize();
 288   llvm::Type *StorageType = nullptr;
 289   bool SeenNamedMember = false;
 290   // Iterate through the fields setting bitFieldInfo and the Fields array. Also
 291   // locate the "most appropriate" storage type.  The heuristic for finding the
 292   // storage type isn't necessary, the first (non-0-length-bitfield) field's
 293   // type would work fine and be simpler but would be different than what we've
 294   // been doing and cause lit tests to change.
 295   for (const auto *Field : D->fields()) {
 296     if (Field->isBitField()) {
 297       // Skip 0 sized bitfields.
 298       if (Field->getBitWidthValue(Context) == 0)
 299         continue;
 300       llvm::Type *FieldType = getStorageType(Field);
 301       if (LayoutSize < getSize(FieldType))
 302         FieldType = getByteArrayType(LayoutSize);
 303       setBitFieldInfo(Field, CharUnits::Zero(), FieldType);
 304     }
 305     Fields[Field->getCanonicalDecl()] = 0;
 306     llvm::Type *FieldType = getStorageType(Field);
 307     // Compute zero-initializable status.
 308     // This union might not be zero initialized: it may contain a pointer to
 309     // data member which might have some exotic initialization sequence.
 310     // If this is the case, then we aught not to try and come up with a "better"
 311     // type, it might not be very easy to come up with a Constant which
 312     // correctly initializes it.
 313     if (!SeenNamedMember) {
 314       SeenNamedMember = Field->getIdentifier();
 315       if (!SeenNamedMember)
 316         if (const auto *FieldRD =
 317                 dyn_cast_or_null<RecordDecl>(Field->getType()->getAsTagDecl()))
 318         SeenNamedMember = FieldRD->findFirstNamedDataMember();
 319       if (SeenNamedMember && !isZeroInitializable(Field)) {
 320         IsZeroInitializable = IsZeroInitializableAsBase = false;
 321         StorageType = FieldType;
 322       }
 323     }
 324     // Because our union isn't zero initializable, we won't be getting a better
 325     // storage type.
 326     if (!IsZeroInitializable)
 327       continue;
 328     // Conditionally update our storage type if we've got a new "better" one.
 329     if (!StorageType ||
 330         getAlignment(FieldType) >  getAlignment(StorageType) ||
 331         (getAlignment(FieldType) == getAlignment(StorageType) &&
 332         getSize(FieldType) > getSize(StorageType)))
 333       StorageType = FieldType;
 334   }
 335   // If we have no storage type just pad to the appropriate size and return.
 336   if (!StorageType)
 337     return appendPaddingBytes(LayoutSize);
 338   // If our storage size was bigger than our required size (can happen in the
 339   // case of packed bitfields on Itanium) then just use an I8 array.
 340   if (LayoutSize < getSize(StorageType))
 341     StorageType = getByteArrayType(LayoutSize);
 342   FieldTypes.push_back(StorageType);
 343   appendPaddingBytes(LayoutSize - getSize(StorageType));
 344   // Set packed if we need it.
 345   if (LayoutSize % getAlignment(StorageType))
 346     Packed = true;
 347 }
 348
 349 void CGRecordLowering::accumulateFields() {
 350   for (RecordDecl::field_iterator Field = D->field_begin(),
 351                                   FieldEnd = D->field_end();
 352     Field != FieldEnd;)
 353     if (Field->isBitField()) {
 354       RecordDecl::field_iterator Start = Field;
 355       // Iterate to gather the list of bitfields.
 356       for (++Field; Field != FieldEnd && Field->isBitField(); ++Field);
 357       accumulateBitFields(Start, Field);
 358     } else {
 359       Members.push_back(MemberInfo(
 360           bitsToCharUnits(getFieldBitOffset(*Field)), MemberInfo::Field,
 361           getStorageType(*Field), *Field));
 362       ++Field;
 363     }
 364 }
 365
 366 void
 367 CGRecordLowering::accumulateBitFields(RecordDecl::field_iterator Field,
 368                                       RecordDecl::field_iterator FieldEnd) {
 369   // Run stores the first element of the current run of bitfields.  FieldEnd is
 370   // used as a special value to note that we don't have a current run.  A
 371   // bitfield run is a contiguous collection of bitfields that can be stored in
 372   // the same storage block.  Zero-sized bitfields and bitfields that would
 373   // cross an alignment boundary break a run and start a new one.
 374   RecordDecl::field_iterator Run = FieldEnd;
 375   // Tail is the offset of the first bit off the end of the current run.  It's
 376   // used to determine if the ASTRecordLayout is treating these two bitfields as
 377   // contiguous.  StartBitOffset is offset of the beginning of the Run.
 378   uint64_t StartBitOffset, Tail = 0;
 379   if (isDiscreteBitFieldABI()) {
 380     for (; Field != FieldEnd; ++Field) {
 381       uint64_t BitOffset = getFieldBitOffset(*Field);
 382       // Zero-width bitfields end runs.
 383       if (Field->getBitWidthValue(Context) == 0) {
 384         Run = FieldEnd;
 385         continue;
 386       }
 387       llvm::Type *Type = Types.ConvertTypeForMem(Field->getType());
 388       // If we don't have a run yet, or don't live within the previous run's
 389       // allocated storage then we allocate some storage and start a new run.
 390       if (Run == FieldEnd || BitOffset >= Tail) {
 391         Run = Field;
 392         StartBitOffset = BitOffset;
 393         Tail = StartBitOffset + DataLayout.getTypeAllocSizeInBits(Type);
 394         // Add the storage member to the record.  This must be added to the
 395         // record before the bitfield members so that it gets laid out before
 396         // the bitfields it contains get laid out.
 397         Members.push_back(StorageInfo(bitsToCharUnits(StartBitOffset), Type));
 398       }
 399       // Bitfields get the offset of their storage but come afterward and remain
 400       // there after a stable sort.
 401       Members.push_back(MemberInfo(bitsToCharUnits(StartBitOffset),
 402                                    MemberInfo::Field, nullptr, *Field));
 403     }
 404     return;
 405   }
 406
 407   // Check if current Field is better as a single field run. When current field
 408   // has legal integer width, and its bitfield offset is naturally aligned, it
 409   // is better to make the bitfield a separate storage component so as it can be
 410   // accessed directly with lower cost.
 411   auto IsBetterAsSingleFieldRun = [&](RecordDecl::field_iterator Field) {
 412     if (!Types.getCodeGenOpts().FineGrainedBitfieldAccesses)
 413       return false;
 414     unsigned Width = Field->getBitWidthValue(Context);
 415     if (!DataLayout.isLegalInteger(Width))
 416       return false;
 417     // Make sure Field is natually aligned if it is treated as an IType integer.
 418     if (getFieldBitOffset(*Field) %
 419             Context.toBits(getAlignment(getIntNType(Width))) !=
 420         0)
 421       return false;
 422     return true;
 423   };
 424
 425   // The start field is better as a single field run.
 426   bool StartFieldAsSingleRun = false;
 427   for (;;) {
 428     // Check to see if we need to start a new run.
 429     if (Run == FieldEnd) {
 430       // If we're out of fields, return.
 431       if (Field == FieldEnd)
 432         break;
 433       // Any non-zero-length bitfield can start a new run.
 434       if (Field->getBitWidthValue(Context) != 0) {
 435         Run = Field;
 436         StartBitOffset = getFieldBitOffset(*Field);
 437         Tail = StartBitOffset + Field->getBitWidthValue(Context);
 438         StartFieldAsSingleRun = IsBetterAsSingleFieldRun(Run);
 439       }
 440       ++Field;
 441       continue;
 442     }
 443
 444     // If the start field of a new run is better as a single run, or
 445     // if current field is better as a single run, or
 446     // if current field has zero width bitfield, or
 447     // if the offset of current field is inconsistent with the offset of
 448     // previous field plus its offset,
 449     // skip the block below and go ahead to emit the storage.
 450     // Otherwise, try to add bitfields to the run.
 451     if (!StartFieldAsSingleRun && Field != FieldEnd &&
 452         !IsBetterAsSingleFieldRun(Field) &&
 453         Field->getBitWidthValue(Context) != 0 &&
 454         Tail == getFieldBitOffset(*Field)) {
 455       Tail += Field->getBitWidthValue(Context);
 456       ++Field;
 457       continue;
 458     }
 459
 460     // We've hit a break-point in the run and need to emit a storage field.
 461     llvm::Type *Type = getIntNType(Tail - StartBitOffset);
 462     // Add the storage member to the record and set the bitfield info for all of
 463     // the bitfields in the run.  Bitfields get the offset of their storage but
 464     // come afterward and remain there after a stable sort.
 465     Members.push_back(StorageInfo(bitsToCharUnits(StartBitOffset), Type));
 466     for (; Run != Field; ++Run)
 467       Members.push_back(MemberInfo(bitsToCharUnits(StartBitOffset),
 468                                    MemberInfo::Field, nullptr, *Run));
 469     Run = FieldEnd;
 470     StartFieldAsSingleRun = false;
 471   }
 472 }
 473
 474 void CGRecordLowering::accumulateBases() {
 475   // If we've got a primary virtual base, we need to add it with the bases.
 476   if (Layout.isPrimaryBaseVirtual()) {
 477     const CXXRecordDecl *BaseDecl = Layout.getPrimaryBase();
 478     Members.push_back(MemberInfo(CharUnits::Zero(), MemberInfo::Base,
 479                                  getStorageType(BaseDecl), BaseDecl));
 480   }
 481   // Accumulate the non-virtual bases.
 482   for (const auto &Base : RD->bases()) {
 483     if (Base.isVirtual())
 484       continue;
 485
 486     // Bases can be zero-sized even if not technically empty if they
 487     // contain only a trailing array member.
 488     const CXXRecordDecl *BaseDecl = Base.getType()->getAsCXXRecordDecl();
 489     if (!BaseDecl->isEmpty() &&
 490         !Context.getASTRecordLayout(BaseDecl).getNonVirtualSize().isZero())
 491       Members.push_back(MemberInfo(Layout.getBaseClassOffset(BaseDecl),
 492           MemberInfo::Base, getStorageType(BaseDecl), BaseDecl));
 493   }
 494 }
 495
 496 void CGRecordLowering::accumulateVPtrs() {
 497   if (Layout.hasOwnVFPtr())
 498     Members.push_back(MemberInfo(CharUnits::Zero(), MemberInfo::VFPtr,
 499         llvm::FunctionType::get(getIntNType(32), /*isVarArg=*/true)->
 500             getPointerTo()->getPointerTo()));
 501   if (Layout.hasOwnVBPtr())
 502     Members.push_back(MemberInfo(Layout.getVBPtrOffset(), MemberInfo::VBPtr,
 503         llvm::Type::getInt32PtrTy(Types.getLLVMContext())));
 504 }
 505
 506 void CGRecordLowering::accumulateVBases() {
 507   CharUnits ScissorOffset = Layout.getNonVirtualSize();
 508   // In the itanium ABI, it's possible to place a vbase at a dsize that is
 509   // smaller than the nvsize.  Here we check to see if such a base is placed
 510   // before the nvsize and set the scissor offset to that, instead of the
 511   // nvsize.
 512   if (isOverlappingVBaseABI())
 513     for (const auto &Base : RD->vbases()) {
 514       const CXXRecordDecl *BaseDecl = Base.getType()->getAsCXXRecordDecl();
 515       if (BaseDecl->isEmpty())
 516         continue;
 517       // If the vbase is a primary virtual base of some base, then it doesn't
 518       // get its own storage location but instead lives inside of that base.
 519       if (Context.isNearlyEmpty(BaseDecl) && !hasOwnStorage(RD, BaseDecl))
 520         continue;
 521       ScissorOffset = std::min(ScissorOffset,
 522                                Layout.getVBaseClassOffset(BaseDecl));
 523     }
 524   Members.push_back(MemberInfo(ScissorOffset, MemberInfo::Scissor, nullptr,
 525                                RD));
 526   for (const auto &Base : RD->vbases()) {
 527     const CXXRecordDecl *BaseDecl = Base.getType()->getAsCXXRecordDecl();
 528     if (BaseDecl->isEmpty())
 529       continue;
 530     CharUnits Offset = Layout.getVBaseClassOffset(BaseDecl);
 531     // If the vbase is a primary virtual base of some base, then it doesn't
 532     // get its own storage location but instead lives inside of that base.
 533     if (isOverlappingVBaseABI() &&
 534         Context.isNearlyEmpty(BaseDecl) &&
 535         !hasOwnStorage(RD, BaseDecl)) {
 536       Members.push_back(MemberInfo(Offset, MemberInfo::VBase, nullptr,
 537                                    BaseDecl));
 538       continue;
 539     }
 540     // If we've got a vtordisp, add it as a storage type.
 541     if (Layout.getVBaseOffsetsMap().find(BaseDecl)->second.hasVtorDisp())
 542       Members.push_back(StorageInfo(Offset - CharUnits::fromQuantity(4),
 543                                     getIntNType(32)));
 544     Members.push_back(MemberInfo(Offset, MemberInfo::VBase,
 545                                  getStorageType(BaseDecl), BaseDecl));
 546   }
 547 }
 548
 549 bool CGRecordLowering::hasOwnStorage(const CXXRecordDecl *Decl,
 550                                      const CXXRecordDecl *Query) {
 551   const ASTRecordLayout &DeclLayout = Context.getASTRecordLayout(Decl);
 552   if (DeclLayout.isPrimaryBaseVirtual() && DeclLayout.getPrimaryBase() == Query)
 553     return false;
 554   for (const auto &Base : Decl->bases())
 555     if (!hasOwnStorage(Base.getType()->getAsCXXRecordDecl(), Query))
 556       return false;
 557   return true;
 558 }
 559
 560 void CGRecordLowering::calculateZeroInit() {
 561   for (std::vector<MemberInfo>::const_iterator Member = Members.begin(),
 562                                                MemberEnd = Members.end();
 563        IsZeroInitializableAsBase && Member != MemberEnd; ++Member) {
 564     if (Member->Kind == MemberInfo::Field) {
 565       if (!Member->FD || isZeroInitializable(Member->FD))
 566         continue;
 567       IsZeroInitializable = IsZeroInitializableAsBase = false;
 568     } else if (Member->Kind == MemberInfo::Base ||
 569                Member->Kind == MemberInfo::VBase) {
 570       if (isZeroInitializable(Member->RD))
 571         continue;
 572       IsZeroInitializable = false;
 573       if (Member->Kind == MemberInfo::Base)
 574         IsZeroInitializableAsBase = false;
 575     }
 576   }
 577 }
 578
 579 void CGRecordLowering::clipTailPadding() {
 580   std::vector<MemberInfo>::iterator Prior = Members.begin();
 581   CharUnits Tail = getSize(Prior->Data);
 582   for (std::vector<MemberInfo>::iterator Member = Prior + 1,
 583                                          MemberEnd = Members.end();
 584        Member != MemberEnd; ++Member) {
 585     // Only members with data and the scissor can cut into tail padding.
 586     if (!Member->Data && Member->Kind != MemberInfo::Scissor)
 587       continue;
 588     if (Member->Offset < Tail) {
 589       assert(Prior->Kind == MemberInfo::Field && !Prior->FD &&
 590              "Only storage fields have tail padding!");
 591       Prior->Data = getByteArrayType(bitsToCharUnits(llvm::alignTo(
 592           cast<llvm::IntegerType>(Prior->Data)->getIntegerBitWidth(), 8)));
 593     }
 594     if (Member->Data)
 595       Prior = Member;
 596     Tail = Prior->Offset + getSize(Prior->Data);
 597   }
 598 }
 599
 600 void CGRecordLowering::determinePacked(bool NVBaseType) {
 601   if (Packed)
 602     return;
 603   CharUnits Alignment = CharUnits::One();
 604   CharUnits NVAlignment = CharUnits::One();
 605   CharUnits NVSize =
 606       !NVBaseType && RD ? Layout.getNonVirtualSize() : CharUnits::Zero();
 607   for (std::vector<MemberInfo>::const_iterator Member = Members.begin(),
 608                                                MemberEnd = Members.end();
 609        Member != MemberEnd; ++Member) {
 610     if (!Member->Data)
 611       continue;
 612     // If any member falls at an offset that it not a multiple of its alignment,
 613     // then the entire record must be packed.
 614     if (Member->Offset % getAlignment(Member->Data))
 615       Packed = true;
 616     if (Member->Offset < NVSize)
 617       NVAlignment = std::max(NVAlignment, getAlignment(Member->Data));
 618     Alignment = std::max(Alignment, getAlignment(Member->Data));
 619   }
 620   // If the size of the record (the capstone's offset) is not a multiple of the
 621   // record's alignment, it must be packed.
 622   if (Members.back().Offset % Alignment)
 623     Packed = true;
 624   // If the non-virtual sub-object is not a multiple of the non-virtual
 625   // sub-object's alignment, it must be packed.  We cannot have a packed
 626   // non-virtual sub-object and an unpacked complete object or vise versa.
 627   if (NVSize % NVAlignment)
 628     Packed = true;
 629   // Update the alignment of the sentinal.
 630   if (!Packed)
 631     Members.back().Data = getIntNType(Context.toBits(Alignment));
 632 }
 633
 634 void CGRecordLowering::insertPadding() {
 635   std::vector<std::pair<CharUnits, CharUnits> > Padding;
 636   CharUnits Size = CharUnits::Zero();
 637   for (std::vector<MemberInfo>::const_iterator Member = Members.begin(),
 638                                                MemberEnd = Members.end();
 639        Member != MemberEnd; ++Member) {
 640     if (!Member->Data)
 641       continue;
 642     CharUnits Offset = Member->Offset;
 643     assert(Offset >= Size);
 644     // Insert padding if we need to.
 645     if (Offset !=
 646         Size.alignTo(Packed ? CharUnits::One() : getAlignment(Member->Data)))
 647       Padding.push_back(std::make_pair(Size, Offset - Size));
 648     Size = Offset + getSize(Member->Data);
 649   }
 650   if (Padding.empty())
 651     return;
 652   // Add the padding to the Members list and sort it.
 653   for (std::vector<std::pair<CharUnits, CharUnits> >::const_iterator
 654         Pad = Padding.begin(), PadEnd = Padding.end();
 655         Pad != PadEnd; ++Pad)
 656     Members.push_back(StorageInfo(Pad->first, getByteArrayType(Pad->second)));
 657   std::stable_sort(Members.begin(), Members.end());
 658 }
 659
 660 void CGRecordLowering::fillOutputFields() {
 661   for (std::vector<MemberInfo>::const_iterator Member = Members.begin(),
 662                                                MemberEnd = Members.end();
 663        Member != MemberEnd; ++Member) {
 664     if (Member->Data)
 665       FieldTypes.push_back(Member->Data);
 666     if (Member->Kind == MemberInfo::Field) {
 667       if (Member->FD)
 668         Fields[Member->FD->getCanonicalDecl()] = FieldTypes.size() - 1;
 669       // A field without storage must be a bitfield.
 670       if (!Member->Data)
 671         setBitFieldInfo(Member->FD, Member->Offset, FieldTypes.back());
 672     } else if (Member->Kind == MemberInfo::Base)
 673       NonVirtualBases[Member->RD] = FieldTypes.size() - 1;
 674     else if (Member->Kind == MemberInfo::VBase)
 675       VirtualBases[Member->RD] = FieldTypes.size() - 1;
 676   }
 677 }
 678
 679 CGBitFieldInfo CGBitFieldInfo::MakeInfo(CodeGenTypes &Types,
 680                                         const FieldDecl *FD,
 681                                         uint64_t Offset, uint64_t Size,
 682                                         uint64_t StorageSize,
 683                                         CharUnits StorageOffset) {
 684   // This function is vestigial from CGRecordLayoutBuilder days but is still
 685   // used in GCObjCRuntime.cpp.  That usage has a "fixme" attached to it that
 686   // when addressed will allow for the removal of this function.
 687   llvm::Type *Ty = Types.ConvertTypeForMem(FD->getType());
 688   CharUnits TypeSizeInBytes =
 689     CharUnits::fromQuantity(Types.getDataLayout().getTypeAllocSize(Ty));
 690   uint64_t TypeSizeInBits = Types.getContext().toBits(TypeSizeInBytes);
 691
 692   bool IsSigned = FD->getType()->isSignedIntegerOrEnumerationType();
 693
 694   if (Size > TypeSizeInBits) {
 695     // We have a wide bit-field. The extra bits are only used for padding, so
 696     // if we have a bitfield of type T, with size N:
 697     //
 698     // T t : N;
 699     //
 700     // We can just assume that it's:
 701     //
 702     // T t : sizeof(T);
 703     //
 704     Size = TypeSizeInBits;
 705   }
 706
 707   // Reverse the bit offsets for big endian machines. Because we represent
 708   // a bitfield as a single large integer load, we can imagine the bits
 709   // counting from the most-significant-bit instead of the
 710   // least-significant-bit.
 711   if (Types.getDataLayout().isBigEndian()) {
 712     Offset = StorageSize - (Offset + Size);
 713   }
 714
 715   return CGBitFieldInfo(Offset, Size, IsSigned, StorageSize, StorageOffset);
 716 }
 717
 718 CGRecordLayout *CodeGenTypes::ComputeRecordLayout(const RecordDecl *D,
 719                                                   llvm::StructType *Ty) {
 720   CGRecordLowering Builder(*this, D, /*Packed=*/false);
 721
 722   Builder.lower(/*NonVirtualBaseType=*/false);
 723
 724   // If we're in C++, compute the base subobject type.
 725   llvm::StructType *BaseTy = nullptr;
 726   if (isa<CXXRecordDecl>(D) && !D->isUnion() && !D->hasAttr<FinalAttr>()) {
 727     BaseTy = Ty;
 728     if (Builder.Layout.getNonVirtualSize() != Builder.Layout.getSize()) {
 729       CGRecordLowering BaseBuilder(*this, D, /*Packed=*/Builder.Packed);
 730       BaseBuilder.lower(/*NonVirtualBaseType=*/true);
 731       BaseTy = llvm::StructType::create(
 732           getLLVMContext(), BaseBuilder.FieldTypes, "", BaseBuilder.Packed);
 733       addRecordTypeName(D, BaseTy, ".base");
 734       // BaseTy and Ty must agree on their packedness for getLLVMFieldNo to work
 735       // on both of them with the same index.
 736       assert(Builder.Packed == BaseBuilder.Packed &&
 737              "Non-virtual and complete types must agree on packedness");
 738     }
 739   }
 740
 741   // Fill in the struct *after* computing the base type.  Filling in the body
 742   // signifies that the type is no longer opaque and record layout is complete,
 743   // but we may need to recursively layout D while laying D out as a base type.
 744   Ty->setBody(Builder.FieldTypes, Builder.Packed);
 745
 746   CGRecordLayout *RL =
 747     new CGRecordLayout(Ty, BaseTy, Builder.IsZeroInitializable,
 748                         Builder.IsZeroInitializableAsBase);
 749
 750   RL->NonVirtualBases.swap(Builder.NonVirtualBases);
 751   RL->CompleteObjectVirtualBases.swap(Builder.VirtualBases);
 752
 753   // Add all the field numbers.
 754   RL->FieldInfo.swap(Builder.Fields);
 755
 756   // Add bitfield info.
 757   RL->BitFields.swap(Builder.BitFields);
 758
 759   // Dump the layout, if requested.
 760   if (getContext().getLangOpts().DumpRecordLayouts) {
 761     llvm::outs() << "\n*** Dumping IRgen Record Layout\n";
 762     llvm::outs() << "Record: ";
 763     D->dump(llvm::outs());
 764     llvm::outs() << "\nLayout: ";
 765     RL->print(llvm::outs());
 766   }
 767
 768 #ifndef NDEBUG
 769   // Verify that the computed LLVM struct size matches the AST layout size.
 770   const ASTRecordLayout &Layout = getContext().getASTRecordLayout(D);
 771
 772   uint64_t TypeSizeInBits = getContext().toBits(Layout.getSize());
 773   assert(TypeSizeInBits == getDataLayout().getTypeAllocSizeInBits(Ty) &&
 774          "Type size mismatch!");
 775
 776   if (BaseTy) {
 777     CharUnits NonVirtualSize  = Layout.getNonVirtualSize();
 778
 779     uint64_t AlignedNonVirtualTypeSizeInBits =
 780       getContext().toBits(NonVirtualSize);
 781
 782     assert(AlignedNonVirtualTypeSizeInBits ==
 783            getDataLayout().getTypeAllocSizeInBits(BaseTy) &&
 784            "Type size mismatch!");
 785   }
 786
 787   // Verify that the LLVM and AST field offsets agree.
 788   llvm::StructType *ST =
 789     dyn_cast<llvm::StructType>(RL->getLLVMType());
 790   const llvm::StructLayout *SL = getDataLayout().getStructLayout(ST);
 791
 792   const ASTRecordLayout &AST_RL = getContext().getASTRecordLayout(D);
 793   RecordDecl::field_iterator it = D->field_begin();
 794   for (unsigned i = 0, e = AST_RL.getFieldCount(); i != e; ++i, ++it) {
 795     const FieldDecl *FD = *it;
 796
 797     // For non-bit-fields, just check that the LLVM struct offset matches the
 798     // AST offset.
 799     if (!FD->isBitField()) {
 800       unsigned FieldNo = RL->getLLVMFieldNo(FD);
 801       assert(AST_RL.getFieldOffset(i) == SL->getElementOffsetInBits(FieldNo) &&
 802              "Invalid field offset!");
 803       continue;
 804     }
 805
 806     // Ignore unnamed bit-fields.
 807     if (!FD->getDeclName())
 808       continue;
 809
 810     // Don't inspect zero-length bitfields.
 811     if (FD->getBitWidthValue(getContext()) == 0)
 812       continue;
 813
 814     const CGBitFieldInfo &Info = RL->getBitFieldInfo(FD);
 815     llvm::Type *ElementTy = ST->getTypeAtIndex(RL->getLLVMFieldNo(FD));
 816
 817     // Unions have overlapping elements dictating their layout, but for
 818     // non-unions we can verify that this section of the layout is the exact
 819     // expected size.
 820     if (D->isUnion()) {
 821       // For unions we verify that the start is zero and the size
 822       // is in-bounds. However, on BE systems, the offset may be non-zero, but
 823       // the size + offset should match the storage size in that case as it
 824       // "starts" at the back.
 825       if (getDataLayout().isBigEndian())
 826         assert(static_cast<unsigned>(Info.Offset + Info.Size) ==
 827                Info.StorageSize &&
 828                "Big endian union bitfield does not end at the back");
 829       else
 830         assert(Info.Offset == 0 &&
 831                "Little endian union bitfield with a non-zero offset");
 832       assert(Info.StorageSize <= SL->getSizeInBits() &&
 833              "Union not large enough for bitfield storage");
 834     } else {
 835       assert(Info.StorageSize ==
 836              getDataLayout().getTypeAllocSizeInBits(ElementTy) &&
 837              "Storage size does not match the element type size");
 838     }
 839     assert(Info.Size > 0 && "Empty bitfield!");
 840     assert(static_cast<unsigned>(Info.Offset) + Info.Size <= Info.StorageSize &&
 841            "Bitfield outside of its allocated storage");
 842   }
 843 #endif
 844
 845   return RL;
 846 }
 847
 848 void CGRecordLayout::print(raw_ostream &OS) const {
 849   OS << "<CGRecordLayout\n";
 850   OS << "  LLVMType:" << *CompleteObjectType << "\n";
 851   if (BaseSubobjectType)
 852     OS << "  NonVirtualBaseLLVMType:" << *BaseSubobjectType << "\n";
 853   OS << "  IsZeroInitializable:" << IsZeroInitializable << "\n";
 854   OS << "  BitFields:[\n";
 855
 856   // Print bit-field infos in declaration order.
 857   std::vector<std::pair<unsigned, const CGBitFieldInfo*> > BFIs;
 858   for (llvm::DenseMap<const FieldDecl*, CGBitFieldInfo>::const_iterator
 859          it = BitFields.begin(), ie = BitFields.end();
 860        it != ie; ++it) {
 861     const RecordDecl *RD = it->first->getParent();
 862     unsigned Index = 0;
 863     for (RecordDecl::field_iterator
 864            it2 = RD->field_begin(); *it2 != it->first; ++it2)
 865       ++Index;
 866     BFIs.push_back(std::make_pair(Index, &it->second));
 867   }
 868   llvm::array_pod_sort(BFIs.begin(), BFIs.end());
 869   for (unsigned i = 0, e = BFIs.size(); i != e; ++i) {
 870     OS.indent(4);
 871     BFIs[i].second->print(OS);
 872     OS << "\n";
 873   }
 874
 875   OS << "]>\n";
 876 }
 877
 878 LLVM_DUMP_METHOD void CGRecordLayout::dump() const {
 879   print(llvm::errs());
 880 }
 881
 882 void CGBitFieldInfo::print(raw_ostream &OS) const {
 883   OS << "<CGBitFieldInfo"
 884      << " Offset:" << Offset
 885      << " Size:" << Size
 886      << " IsSigned:" << IsSigned
 887      << " StorageSize:" << StorageSize
 888      << " StorageOffset:" << StorageOffset.getQuantity() << ">";
 889 }
 890
 891 LLVM_DUMP_METHOD void CGBitFieldInfo::dump() const {
 892   print(llvm::errs());
 893 }