]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/tools/lld/ELF/Symbols.h
Merge llvm, clang, compiler-rt, libc++, libunwind, lld, lldb and openmp
[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm / tools / lld / ELF / Symbols.h
1 //===- Symbols.h ------------------------------------------------*- C++ -*-===//
2 //
3 // Part of the LLVM Project, under the Apache License v2.0 with LLVM Exceptions.
4 // See https://llvm.org/LICENSE.txt for license information.
5 // SPDX-License-Identifier: Apache-2.0 WITH LLVM-exception
6 //
7 //===----------------------------------------------------------------------===//
8 //
9 // This file defines various types of Symbols.
10 //
11 //===----------------------------------------------------------------------===//
12
13 #ifndef LLD_ELF_SYMBOLS_H
14 #define LLD_ELF_SYMBOLS_H
15
16 #include "InputFiles.h"
17 #include "InputSection.h"
18 #include "lld/Common/LLVM.h"
19 #include "lld/Common/Strings.h"
20 #include "llvm/Object/Archive.h"
21 #include "llvm/Object/ELF.h"
22
23 namespace lld {
24 namespace elf {
25 class CommonSymbol;
26 class Defined;
27 class InputFile;
28 class LazyArchive;
29 class LazyObject;
30 class SharedSymbol;
31 class Symbol;
32 class Undefined;
33 } // namespace elf
34
35 std::string toString(const elf::Symbol &);
36
37 // There are two different ways to convert an Archive::Symbol to a string:
38 // One for Microsoft name mangling and one for Itanium name mangling.
39 // Call the functions toCOFFString and toELFString, not just toString.
40 std::string toELFString(const elf::Archive::Symbol &);
41
42 namespace elf {
43
44 // This is a StringRef-like container that doesn't run strlen().
45 //
46 // ELF string tables contain a lot of null-terminated strings. Most of them
47 // are not necessary for the linker because they are names of local symbols,
48 // and the linker doesn't use local symbol names for name resolution. So, we
49 // use this class to represents strings read from string tables.
50 struct StringRefZ {
51   StringRefZ(const char *s) : data(s), size(-1) {}
52   StringRefZ(StringRef s) : data(s.data()), size(s.size()) {}
53
54   const char *data;
55   const uint32_t size;
56 };
57
58 // The base class for real symbol classes.
59 class Symbol {
60 public:
61   enum Kind {
62     PlaceholderKind,
63     DefinedKind,
64     CommonKind,
65     SharedKind,
66     UndefinedKind,
67     LazyArchiveKind,
68     LazyObjectKind,
69   };
70
71   Kind kind() const { return static_cast<Kind>(symbolKind); }
72
73   // The file from which this symbol was created.
74   InputFile *file;
75
76 protected:
77   const char *nameData;
78   mutable uint32_t nameSize;
79
80 public:
81   uint32_t dynsymIndex = 0;
82   uint32_t gotIndex = -1;
83   uint32_t pltIndex = -1;
84
85   uint32_t globalDynIndex = -1;
86
87   // This field is a index to the symbol's version definition.
88   uint32_t verdefIndex = -1;
89
90   // Version definition index.
91   uint16_t versionId;
92
93   // An index into the .branch_lt section on PPC64.
94   uint16_t ppc64BranchltIndex = -1;
95
96   // Symbol binding. This is not overwritten by replace() to track
97   // changes during resolution. In particular:
98   //  - An undefined weak is still weak when it resolves to a shared library.
99   //  - An undefined weak will not fetch archive members, but we have to
100   //    remember it is weak.
101   uint8_t binding;
102
103   // The following fields have the same meaning as the ELF symbol attributes.
104   uint8_t type;    // symbol type
105   uint8_t stOther; // st_other field value
106
107   uint8_t symbolKind;
108
109   // Symbol visibility. This is the computed minimum visibility of all
110   // observed non-DSO symbols.
111   unsigned visibility : 2;
112
113   // True if the symbol was used for linking and thus need to be added to the
114   // output file's symbol table. This is true for all symbols except for
115   // unreferenced DSO symbols, lazy (archive) symbols, and bitcode symbols that
116   // are unreferenced except by other bitcode objects.
117   unsigned isUsedInRegularObj : 1;
118
119   // If this flag is true and the symbol has protected or default visibility, it
120   // will appear in .dynsym. This flag is set by interposable DSO symbols in
121   // executables, by most symbols in DSOs and executables built with
122   // --export-dynamic, and by dynamic lists.
123   unsigned exportDynamic : 1;
124
125   // False if LTO shouldn't inline whatever this symbol points to. If a symbol
126   // is overwritten after LTO, LTO shouldn't inline the symbol because it
127   // doesn't know the final contents of the symbol.
128   unsigned canInline : 1;
129
130   // True if this symbol is specified by --trace-symbol option.
131   unsigned traced : 1;
132
133   inline void replace(const Symbol &New);
134
135   bool includeInDynsym() const;
136   uint8_t computeBinding() const;
137   bool isWeak() const { return binding == llvm::ELF::STB_WEAK; }
138
139   bool isUndefined() const { return symbolKind == UndefinedKind; }
140   bool isCommon() const { return symbolKind == CommonKind; }
141   bool isDefined() const { return symbolKind == DefinedKind; }
142   bool isShared() const { return symbolKind == SharedKind; }
143   bool isPlaceholder() const { return symbolKind == PlaceholderKind; }
144
145   bool isLocal() const { return binding == llvm::ELF::STB_LOCAL; }
146
147   bool isLazy() const {
148     return symbolKind == LazyArchiveKind || symbolKind == LazyObjectKind;
149   }
150
151   // True if this is an undefined weak symbol. This only works once
152   // all input files have been added.
153   bool isUndefWeak() const {
154     // See comment on lazy symbols for details.
155     return isWeak() && (isUndefined() || isLazy());
156   }
157
158   StringRef getName() const {
159     if (nameSize == (uint32_t)-1)
160       nameSize = strlen(nameData);
161     return {nameData, nameSize};
162   }
163
164   void setName(StringRef s) {
165     nameData = s.data();
166     nameSize = s.size();
167   }
168
169   void parseSymbolVersion();
170
171   bool isInGot() const { return gotIndex != -1U; }
172   bool isInPlt() const { return pltIndex != -1U; }
173   bool isInPPC64Branchlt() const { return ppc64BranchltIndex != 0xffff; }
174
175   uint64_t getVA(int64_t addend = 0) const;
176
177   uint64_t getGotOffset() const;
178   uint64_t getGotVA() const;
179   uint64_t getGotPltOffset() const;
180   uint64_t getGotPltVA() const;
181   uint64_t getPltVA() const;
182   uint64_t getPPC64LongBranchTableVA() const;
183   uint64_t getPPC64LongBranchOffset() const;
184   uint64_t getSize() const;
185   OutputSection *getOutputSection() const;
186
187   // The following two functions are used for symbol resolution.
188   //
189   // You are expected to call mergeProperties for all symbols in input
190   // files so that attributes that are attached to names rather than
191   // indivisual symbol (such as visibility) are merged together.
192   //
193   // Every time you read a new symbol from an input, you are supposed
194   // to call resolve() with the new symbol. That function replaces
195   // "this" object as a result of name resolution if the new symbol is
196   // more appropriate to be included in the output.
197   //
198   // For example, if "this" is an undefined symbol and a new symbol is
199   // a defined symbol, "this" is replaced with the new symbol.
200   void mergeProperties(const Symbol &other);
201   void resolve(const Symbol &other);
202
203   // If this is a lazy symbol, fetch an input file and add the symbol
204   // in the file to the symbol table. Calling this function on
205   // non-lazy object causes a runtime error.
206   void fetch() const;
207
208 private:
209   static bool isExportDynamic(Kind k, uint8_t visibility) {
210     if (k == SharedKind)
211       return visibility == llvm::ELF::STV_DEFAULT;
212     return config->shared || config->exportDynamic;
213   }
214
215   void resolveUndefined(const Undefined &other);
216   void resolveCommon(const CommonSymbol &other);
217   void resolveDefined(const Defined &other);
218   template <class LazyT> void resolveLazy(const LazyT &other);
219   void resolveShared(const SharedSymbol &other);
220
221   int compare(const Symbol *other) const;
222
223   inline size_t getSymbolSize() const;
224
225 protected:
226   Symbol(Kind k, InputFile *file, StringRefZ name, uint8_t binding,
227          uint8_t stOther, uint8_t type)
228       : file(file), nameData(name.data), nameSize(name.size), binding(binding),
229         type(type), stOther(stOther), symbolKind(k), visibility(stOther & 3),
230         isUsedInRegularObj(!file || file->kind() == InputFile::ObjKind),
231         exportDynamic(isExportDynamic(k, visibility)), canInline(false),
232         traced(false), needsPltAddr(false), isInIplt(false), gotInIgot(false),
233         isPreemptible(false), used(!config->gcSections), needsTocRestore(false),
234         scriptDefined(false) {}
235
236 public:
237   // True the symbol should point to its PLT entry.
238   // For SharedSymbol only.
239   unsigned needsPltAddr : 1;
240
241   // True if this symbol is in the Iplt sub-section of the Plt and the Igot
242   // sub-section of the .got.plt or .got.
243   unsigned isInIplt : 1;
244
245   // True if this symbol needs a GOT entry and its GOT entry is actually in
246   // Igot. This will be true only for certain non-preemptible ifuncs.
247   unsigned gotInIgot : 1;
248
249   // True if this symbol is preemptible at load time.
250   unsigned isPreemptible : 1;
251
252   // True if an undefined or shared symbol is used from a live section.
253   unsigned used : 1;
254
255   // True if a call to this symbol needs to be followed by a restore of the
256   // PPC64 toc pointer.
257   unsigned needsTocRestore : 1;
258
259   // True if this symbol is defined by a linker script.
260   unsigned scriptDefined : 1;
261
262   // The partition whose dynamic symbol table contains this symbol's definition.
263   uint8_t partition = 1;
264
265   bool isSection() const { return type == llvm::ELF::STT_SECTION; }
266   bool isTls() const { return type == llvm::ELF::STT_TLS; }
267   bool isFunc() const { return type == llvm::ELF::STT_FUNC; }
268   bool isGnuIFunc() const { return type == llvm::ELF::STT_GNU_IFUNC; }
269   bool isObject() const { return type == llvm::ELF::STT_OBJECT; }
270   bool isFile() const { return type == llvm::ELF::STT_FILE; }
271 };
272
273 // Represents a symbol that is defined in the current output file.
274 class Defined : public Symbol {
275 public:
276   Defined(InputFile *file, StringRefZ name, uint8_t binding, uint8_t stOther,
277           uint8_t type, uint64_t value, uint64_t size, SectionBase *section)
278       : Symbol(DefinedKind, file, name, binding, stOther, type), value(value),
279         size(size), section(section) {}
280
281   static bool classof(const Symbol *s) { return s->isDefined(); }
282
283   uint64_t value;
284   uint64_t size;
285   SectionBase *section;
286 };
287
288 // Represents a common symbol.
289 //
290 // On Unix, it is traditionally allowed to write variable definitions
291 // without initialization expressions (such as "int foo;") to header
292 // files. Such definition is called "tentative definition".
293 //
294 // Using tentative definition is usually considered a bad practice
295 // because you should write only declarations (such as "extern int
296 // foo;") to header files. Nevertheless, the linker and the compiler
297 // have to do something to support bad code by allowing duplicate
298 // definitions for this particular case.
299 //
300 // Common symbols represent variable definitions without initializations.
301 // The compiler creates common symbols when it sees varaible definitions
302 // without initialization (you can suppress this behavior and let the
303 // compiler create a regular defined symbol by -fno-common).
304 //
305 // The linker allows common symbols to be replaced by regular defined
306 // symbols. If there are remaining common symbols after name resolution is
307 // complete, they are converted to regular defined symbols in a .bss
308 // section. (Therefore, the later passes don't see any CommonSymbols.)
309 class CommonSymbol : public Symbol {
310 public:
311   CommonSymbol(InputFile *file, StringRefZ name, uint8_t binding,
312                uint8_t stOther, uint8_t type, uint64_t alignment, uint64_t size)
313       : Symbol(CommonKind, file, name, binding, stOther, type),
314         alignment(alignment), size(size) {}
315
316   static bool classof(const Symbol *s) { return s->isCommon(); }
317
318   uint32_t alignment;
319   uint64_t size;
320 };
321
322 class Undefined : public Symbol {
323 public:
324   Undefined(InputFile *file, StringRefZ name, uint8_t binding, uint8_t stOther,
325             uint8_t type, uint32_t discardedSecIdx = 0)
326       : Symbol(UndefinedKind, file, name, binding, stOther, type),
327         discardedSecIdx(discardedSecIdx) {}
328
329   static bool classof(const Symbol *s) { return s->kind() == UndefinedKind; }
330
331   // The section index if in a discarded section, 0 otherwise.
332   uint32_t discardedSecIdx;
333 };
334
335 class SharedSymbol : public Symbol {
336 public:
337   static bool classof(const Symbol *s) { return s->kind() == SharedKind; }
338
339   SharedSymbol(InputFile &file, StringRef name, uint8_t binding,
340                uint8_t stOther, uint8_t type, uint64_t value, uint64_t size,
341                uint32_t alignment, uint32_t verdefIndex)
342       : Symbol(SharedKind, &file, name, binding, stOther, type), value(value),
343         size(size), alignment(alignment) {
344     this->verdefIndex = verdefIndex;
345     // GNU ifunc is a mechanism to allow user-supplied functions to
346     // resolve PLT slot values at load-time. This is contrary to the
347     // regular symbol resolution scheme in which symbols are resolved just
348     // by name. Using this hook, you can program how symbols are solved
349     // for you program. For example, you can make "memcpy" to be resolved
350     // to a SSE-enabled version of memcpy only when a machine running the
351     // program supports the SSE instruction set.
352     //
353     // Naturally, such symbols should always be called through their PLT
354     // slots. What GNU ifunc symbols point to are resolver functions, and
355     // calling them directly doesn't make sense (unless you are writing a
356     // loader).
357     //
358     // For DSO symbols, we always call them through PLT slots anyway.
359     // So there's no difference between GNU ifunc and regular function
360     // symbols if they are in DSOs. So we can handle GNU_IFUNC as FUNC.
361     if (this->type == llvm::ELF::STT_GNU_IFUNC)
362       this->type = llvm::ELF::STT_FUNC;
363   }
364
365   SharedFile &getFile() const { return *cast<SharedFile>(file); }
366
367   uint64_t value; // st_value
368   uint64_t size;  // st_size
369   uint32_t alignment;
370
371   // This is true if there has been at least one undefined reference to the
372   // symbol. The binding may change to STB_WEAK if the first undefined reference
373   // is weak.
374   bool referenced = false;
375 };
376
377 // LazyArchive and LazyObject represent a symbols that is not yet in the link,
378 // but we know where to find it if needed. If the resolver finds both Undefined
379 // and Lazy for the same name, it will ask the Lazy to load a file.
380 //
381 // A special complication is the handling of weak undefined symbols. They should
382 // not load a file, but we have to remember we have seen both the weak undefined
383 // and the lazy. We represent that with a lazy symbol with a weak binding. This
384 // means that code looking for undefined symbols normally also has to take lazy
385 // symbols into consideration.
386
387 // This class represents a symbol defined in an archive file. It is
388 // created from an archive file header, and it knows how to load an
389 // object file from an archive to replace itself with a defined
390 // symbol.
391 class LazyArchive : public Symbol {
392 public:
393   LazyArchive(InputFile &file, const llvm::object::Archive::Symbol s)
394       : Symbol(LazyArchiveKind, &file, s.getName(), llvm::ELF::STB_GLOBAL,
395                llvm::ELF::STV_DEFAULT, llvm::ELF::STT_NOTYPE),
396         sym(s) {}
397
398   static bool classof(const Symbol *s) { return s->kind() == LazyArchiveKind; }
399
400   MemoryBufferRef getMemberBuffer();
401
402   const llvm::object::Archive::Symbol sym;
403 };
404
405 // LazyObject symbols represents symbols in object files between
406 // --start-lib and --end-lib options.
407 class LazyObject : public Symbol {
408 public:
409   LazyObject(InputFile &file, StringRef name)
410       : Symbol(LazyObjectKind, &file, name, llvm::ELF::STB_GLOBAL,
411                llvm::ELF::STV_DEFAULT, llvm::ELF::STT_NOTYPE) {}
412
413   static bool classof(const Symbol *s) { return s->kind() == LazyObjectKind; }
414 };
415
416 // Some linker-generated symbols need to be created as
417 // Defined symbols.
418 struct ElfSym {
419   // __bss_start
420   static Defined *bss;
421
422   // etext and _etext
423   static Defined *etext1;
424   static Defined *etext2;
425
426   // edata and _edata
427   static Defined *edata1;
428   static Defined *edata2;
429
430   // end and _end
431   static Defined *end1;
432   static Defined *end2;
433
434   // The _GLOBAL_OFFSET_TABLE_ symbol is defined by target convention to
435   // be at some offset from the base of the .got section, usually 0 or
436   // the end of the .got.
437   static Defined *globalOffsetTable;
438
439   // _gp, _gp_disp and __gnu_local_gp symbols. Only for MIPS.
440   static Defined *mipsGp;
441   static Defined *mipsGpDisp;
442   static Defined *mipsLocalGp;
443
444   // __rel{,a}_iplt_{start,end} symbols.
445   static Defined *relaIpltStart;
446   static Defined *relaIpltEnd;
447
448   // __global_pointer$ for RISC-V.
449   static Defined *riscvGlobalPointer;
450
451   // _TLS_MODULE_BASE_ on targets that support TLSDESC.
452   static Defined *tlsModuleBase;
453 };
454
455 // A buffer class that is large enough to hold any Symbol-derived
456 // object. We allocate memory using this class and instantiate a symbol
457 // using the placement new.
458 union SymbolUnion {
459   alignas(Defined) char a[sizeof(Defined)];
460   alignas(CommonSymbol) char b[sizeof(CommonSymbol)];
461   alignas(Undefined) char c[sizeof(Undefined)];
462   alignas(SharedSymbol) char d[sizeof(SharedSymbol)];
463   alignas(LazyArchive) char e[sizeof(LazyArchive)];
464   alignas(LazyObject) char f[sizeof(LazyObject)];
465 };
466
467 // It is important to keep the size of SymbolUnion small for performance and
468 // memory usage reasons. 80 bytes is a soft limit based on the size of Defined
469 // on a 64-bit system.
470 static_assert(sizeof(SymbolUnion) <= 80, "SymbolUnion too large");
471
472 template <typename T> struct AssertSymbol {
473   static_assert(std::is_trivially_destructible<T>(),
474                 "Symbol types must be trivially destructible");
475   static_assert(sizeof(T) <= sizeof(SymbolUnion), "SymbolUnion too small");
476   static_assert(alignof(T) <= alignof(SymbolUnion),
477                 "SymbolUnion not aligned enough");
478 };
479
480 static inline void assertSymbols() {
481   AssertSymbol<Defined>();
482   AssertSymbol<CommonSymbol>();
483   AssertSymbol<Undefined>();
484   AssertSymbol<SharedSymbol>();
485   AssertSymbol<LazyArchive>();
486   AssertSymbol<LazyObject>();
487 }
488
489 void printTraceSymbol(const Symbol *sym);
490
491 size_t Symbol::getSymbolSize() const {
492   switch (kind()) {
493   case CommonKind:
494     return sizeof(CommonSymbol);
495   case DefinedKind:
496     return sizeof(Defined);
497   case LazyArchiveKind:
498     return sizeof(LazyArchive);
499   case LazyObjectKind:
500     return sizeof(LazyObject);
501   case SharedKind:
502     return sizeof(SharedSymbol);
503   case UndefinedKind:
504     return sizeof(Undefined);
505   case PlaceholderKind:
506     return sizeof(Symbol);
507   }
508   llvm_unreachable("unknown symbol kind");
509 }
510
511 // replace() replaces "this" object with a given symbol by memcpy'ing
512 // it over to "this". This function is called as a result of name
513 // resolution, e.g. to replace an undefind symbol with a defined symbol.
514 void Symbol::replace(const Symbol &New) {
515   using llvm::ELF::STT_TLS;
516
517   // Symbols representing thread-local variables must be referenced by
518   // TLS-aware relocations, and non-TLS symbols must be reference by
519   // non-TLS relocations, so there's a clear distinction between TLS
520   // and non-TLS symbols. It is an error if the same symbol is defined
521   // as a TLS symbol in one file and as a non-TLS symbol in other file.
522   if (symbolKind != PlaceholderKind && !isLazy() && !New.isLazy()) {
523     bool tlsMismatch = (type == STT_TLS && New.type != STT_TLS) ||
524                        (type != STT_TLS && New.type == STT_TLS);
525     if (tlsMismatch)
526       error("TLS attribute mismatch: " + toString(*this) + "\n>>> defined in " +
527             toString(New.file) + "\n>>> defined in " + toString(file));
528   }
529
530   Symbol old = *this;
531   memcpy(this, &New, New.getSymbolSize());
532
533   versionId = old.versionId;
534   visibility = old.visibility;
535   isUsedInRegularObj = old.isUsedInRegularObj;
536   exportDynamic = old.exportDynamic;
537   canInline = old.canInline;
538   traced = old.traced;
539   isPreemptible = old.isPreemptible;
540   scriptDefined = old.scriptDefined;
541   partition = old.partition;
542
543   // Symbol length is computed lazily. If we already know a symbol length,
544   // propagate it.
545   if (nameData == old.nameData && nameSize == 0 && old.nameSize != 0)
546     nameSize = old.nameSize;
547
548   // Print out a log message if --trace-symbol was specified.
549   // This is for debugging.
550   if (traced)
551     printTraceSymbol(this);
552 }
553
554 void maybeWarnUnorderableSymbol(const Symbol *sym);
555 } // namespace elf
556 } // namespace lld
557
558 #endif