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Vendor import of clang trunk r305575:
[FreeBSD/FreeBSD.git] / docs / PCHInternals.rst
1 ========================================
2 Precompiled Header and Modules Internals
3 ========================================
4
5 .. contents::
6    :local:
7
8 This document describes the design and implementation of Clang's precompiled
9 headers (PCH) and modules.  If you are interested in the end-user view, please
10 see the :ref:`User's Manual <usersmanual-precompiled-headers>`.
11
12 Using Precompiled Headers with ``clang``
13 ----------------------------------------
14
15 The Clang compiler frontend, ``clang -cc1``, supports two command line options
16 for generating and using PCH files.
17
18 To generate PCH files using ``clang -cc1``, use the option `-emit-pch`:
19
20 .. code-block:: bash
21
22   $ clang -cc1 test.h -emit-pch -o test.h.pch
23
24 This option is transparently used by ``clang`` when generating PCH files.  The
25 resulting PCH file contains the serialized form of the compiler's internal
26 representation after it has completed parsing and semantic analysis.  The PCH
27 file can then be used as a prefix header with the `-include-pch`
28 option:
29
30 .. code-block:: bash
31
32   $ clang -cc1 -include-pch test.h.pch test.c -o test.s
33
34 Design Philosophy
35 -----------------
36
37 Precompiled headers are meant to improve overall compile times for projects, so
38 the design of precompiled headers is entirely driven by performance concerns.
39 The use case for precompiled headers is relatively simple: when there is a
40 common set of headers that is included in nearly every source file in the
41 project, we *precompile* that bundle of headers into a single precompiled
42 header (PCH file).  Then, when compiling the source files in the project, we
43 load the PCH file first (as a prefix header), which acts as a stand-in for that
44 bundle of headers.
45
46 A precompiled header implementation improves performance when:
47
48 * Loading the PCH file is significantly faster than re-parsing the bundle of
49   headers stored within the PCH file.  Thus, a precompiled header design
50   attempts to minimize the cost of reading the PCH file.  Ideally, this cost
51   should not vary with the size of the precompiled header file.
52
53 * The cost of generating the PCH file initially is not so large that it
54   counters the per-source-file performance improvement due to eliminating the
55   need to parse the bundled headers in the first place.  This is particularly
56   important on multi-core systems, because PCH file generation serializes the
57   build when all compilations require the PCH file to be up-to-date.
58
59 Modules, as implemented in Clang, use the same mechanisms as precompiled
60 headers to save a serialized AST file (one per module) and use those AST
61 modules.  From an implementation standpoint, modules are a generalization of
62 precompiled headers, lifting a number of restrictions placed on precompiled
63 headers.  In particular, there can only be one precompiled header and it must
64 be included at the beginning of the translation unit.  The extensions to the
65 AST file format required for modules are discussed in the section on
66 :ref:`modules <pchinternals-modules>`.
67
68 Clang's AST files are designed with a compact on-disk representation, which
69 minimizes both creation time and the time required to initially load the AST
70 file.  The AST file itself contains a serialized representation of Clang's
71 abstract syntax trees and supporting data structures, stored using the same
72 compressed bitstream as `LLVM's bitcode file format
73 <http://llvm.org/docs/BitCodeFormat.html>`_.
74
75 Clang's AST files are loaded "lazily" from disk.  When an AST file is initially
76 loaded, Clang reads only a small amount of data from the AST file to establish
77 where certain important data structures are stored.  The amount of data read in
78 this initial load is independent of the size of the AST file, such that a
79 larger AST file does not lead to longer AST load times.  The actual header data
80 in the AST file --- macros, functions, variables, types, etc. --- is loaded
81 only when it is referenced from the user's code, at which point only that
82 entity (and those entities it depends on) are deserialized from the AST file.
83 With this approach, the cost of using an AST file for a translation unit is
84 proportional to the amount of code actually used from the AST file, rather than
85 being proportional to the size of the AST file itself.
86
87 When given the `-print-stats` option, Clang produces statistics
88 describing how much of the AST file was actually loaded from disk.  For a
89 simple "Hello, World!" program that includes the Apple ``Cocoa.h`` header
90 (which is built as a precompiled header), this option illustrates how little of
91 the actual precompiled header is required:
92
93 .. code-block:: none
94
95   *** AST File Statistics:
96     895/39981 source location entries read (2.238563%)
97     19/15315 types read (0.124061%)
98     20/82685 declarations read (0.024188%)
99     154/58070 identifiers read (0.265197%)
100     0/7260 selectors read (0.000000%)
101     0/30842 statements read (0.000000%)
102     4/8400 macros read (0.047619%)
103     1/4995 lexical declcontexts read (0.020020%)
104     0/4413 visible declcontexts read (0.000000%)
105     0/7230 method pool entries read (0.000000%)
106     0 method pool misses
107
108 For this small program, only a tiny fraction of the source locations, types,
109 declarations, identifiers, and macros were actually deserialized from the
110 precompiled header.  These statistics can be useful to determine whether the
111 AST file implementation can be improved by making more of the implementation
112 lazy.
113
114 Precompiled headers can be chained.  When you create a PCH while including an
115 existing PCH, Clang can create the new PCH by referencing the original file and
116 only writing the new data to the new file.  For example, you could create a PCH
117 out of all the headers that are very commonly used throughout your project, and
118 then create a PCH for every single source file in the project that includes the
119 code that is specific to that file, so that recompiling the file itself is very
120 fast, without duplicating the data from the common headers for every file.  The
121 mechanisms behind chained precompiled headers are discussed in a :ref:`later
122 section <pchinternals-chained>`.
123
124 AST File Contents
125 -----------------
126
127 An AST file produced by clang is an object file container with a ``clangast``
128 (COFF) or ``__clangast`` (ELF and Mach-O) section containing the serialized AST.
129 Other target-specific sections in the object file container are used to hold
130 debug information for the data types defined in the AST.  Tools built on top of
131 libclang that do not need debug information may also produce raw AST files that
132 only contain the serialized AST.
133
134 The ``clangast`` section is organized into several different blocks, each of
135 which contains the serialized representation of a part of Clang's internal
136 representation.  Each of the blocks corresponds to either a block or a record
137 within `LLVM's bitstream format <http://llvm.org/docs/BitCodeFormat.html>`_.
138 The contents of each of these logical blocks are described below.
139
140 .. image:: PCHLayout.png
141
142 The ``llvm-objdump`` utility provides a ``-raw-clang-ast`` option to extract the
143 binary contents of the AST section from an object file container.
144
145 The `llvm-bcanalyzer <http://llvm.org/docs/CommandGuide/llvm-bcanalyzer.html>`_
146 utility can be used to examine the actual structure of the bitstream for the AST
147 section.  This information can be used both to help understand the structure of
148 the AST section and to isolate areas where the AST representation can still be
149 optimized, e.g., through the introduction of abbreviations.
150
151
152 Metadata Block
153 ^^^^^^^^^^^^^^
154
155 The metadata block contains several records that provide information about how
156 the AST file was built.  This metadata is primarily used to validate the use of
157 an AST file.  For example, a precompiled header built for a 32-bit x86 target
158 cannot be used when compiling for a 64-bit x86 target.  The metadata block
159 contains information about:
160
161 Language options
162   Describes the particular language dialect used to compile the AST file,
163   including major options (e.g., Objective-C support) and more minor options
164   (e.g., support for "``//``" comments).  The contents of this record correspond to
165   the ``LangOptions`` class.
166
167 Target architecture
168   The target triple that describes the architecture, platform, and ABI for
169   which the AST file was generated, e.g., ``i386-apple-darwin9``.
170
171 AST version
172   The major and minor version numbers of the AST file format.  Changes in the
173   minor version number should not affect backward compatibility, while changes
174   in the major version number imply that a newer compiler cannot read an older
175   precompiled header (and vice-versa).
176
177 Original file name
178   The full path of the header that was used to generate the AST file.
179
180 Predefines buffer
181   Although not explicitly stored as part of the metadata, the predefines buffer
182   is used in the validation of the AST file.  The predefines buffer itself
183   contains code generated by the compiler to initialize the preprocessor state
184   according to the current target, platform, and command-line options.  For
185   example, the predefines buffer will contain "``#define __STDC__ 1``" when we
186   are compiling C without Microsoft extensions.  The predefines buffer itself
187   is stored within the :ref:`pchinternals-sourcemgr`, but its contents are
188   verified along with the rest of the metadata.
189
190 A chained PCH file (that is, one that references another PCH) and a module
191 (which may import other modules) have additional metadata containing the list
192 of all AST files that this AST file depends on.  Each of those files will be
193 loaded along with this AST file.
194
195 For chained precompiled headers, the language options, target architecture and
196 predefines buffer data is taken from the end of the chain, since they have to
197 match anyway.
198
199 .. _pchinternals-sourcemgr:
200
201 Source Manager Block
202 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
203
204 The source manager block contains the serialized representation of Clang's
205 :ref:`SourceManager <SourceManager>` class, which handles the mapping from
206 source locations (as represented in Clang's abstract syntax tree) into actual
207 column/line positions within a source file or macro instantiation.  The AST
208 file's representation of the source manager also includes information about all
209 of the headers that were (transitively) included when building the AST file.
210
211 The bulk of the source manager block is dedicated to information about the
212 various files, buffers, and macro instantiations into which a source location
213 can refer.  Each of these is referenced by a numeric "file ID", which is a
214 unique number (allocated starting at 1) stored in the source location.  Clang
215 serializes the information for each kind of file ID, along with an index that
216 maps file IDs to the position within the AST file where the information about
217 that file ID is stored.  The data associated with a file ID is loaded only when
218 required by the front end, e.g., to emit a diagnostic that includes a macro
219 instantiation history inside the header itself.
220
221 The source manager block also contains information about all of the headers
222 that were included when building the AST file.  This includes information about
223 the controlling macro for the header (e.g., when the preprocessor identified
224 that the contents of the header dependent on a macro like
225 ``LLVM_CLANG_SOURCEMANAGER_H``).
226
227 .. _pchinternals-preprocessor:
228
229 Preprocessor Block
230 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^
231
232 The preprocessor block contains the serialized representation of the
233 preprocessor.  Specifically, it contains all of the macros that have been
234 defined by the end of the header used to build the AST file, along with the
235 token sequences that comprise each macro.  The macro definitions are only read
236 from the AST file when the name of the macro first occurs in the program.  This
237 lazy loading of macro definitions is triggered by lookups into the
238 :ref:`identifier table <pchinternals-ident-table>`.
239
240 .. _pchinternals-types:
241
242 Types Block
243 ^^^^^^^^^^^
244
245 The types block contains the serialized representation of all of the types
246 referenced in the translation unit.  Each Clang type node (``PointerType``,
247 ``FunctionProtoType``, etc.) has a corresponding record type in the AST file.
248 When types are deserialized from the AST file, the data within the record is
249 used to reconstruct the appropriate type node using the AST context.
250
251 Each type has a unique type ID, which is an integer that uniquely identifies
252 that type.  Type ID 0 represents the NULL type, type IDs less than
253 ``NUM_PREDEF_TYPE_IDS`` represent predefined types (``void``, ``float``, etc.),
254 while other "user-defined" type IDs are assigned consecutively from
255 ``NUM_PREDEF_TYPE_IDS`` upward as the types are encountered.  The AST file has
256 an associated mapping from the user-defined types block to the location within
257 the types block where the serialized representation of that type resides,
258 enabling lazy deserialization of types.  When a type is referenced from within
259 the AST file, that reference is encoded using the type ID shifted left by 3
260 bits.  The lower three bits are used to represent the ``const``, ``volatile``,
261 and ``restrict`` qualifiers, as in Clang's :ref:`QualType <QualType>` class.
262
263 .. _pchinternals-decls:
264
265 Declarations Block
266 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^
267
268 The declarations block contains the serialized representation of all of the
269 declarations referenced in the translation unit.  Each Clang declaration node
270 (``VarDecl``, ``FunctionDecl``, etc.) has a corresponding record type in the
271 AST file.  When declarations are deserialized from the AST file, the data
272 within the record is used to build and populate a new instance of the
273 corresponding ``Decl`` node.  As with types, each declaration node has a
274 numeric ID that is used to refer to that declaration within the AST file.  In
275 addition, a lookup table provides a mapping from that numeric ID to the offset
276 within the precompiled header where that declaration is described.
277
278 Declarations in Clang's abstract syntax trees are stored hierarchically.  At
279 the top of the hierarchy is the translation unit (``TranslationUnitDecl``),
280 which contains all of the declarations in the translation unit but is not
281 actually written as a specific declaration node.  Its child declarations (such
282 as functions or struct types) may also contain other declarations inside them,
283 and so on.  Within Clang, each declaration is stored within a :ref:`declaration
284 context <DeclContext>`, as represented by the ``DeclContext`` class.
285 Declaration contexts provide the mechanism to perform name lookup within a
286 given declaration (e.g., find the member named ``x`` in a structure) and
287 iterate over the declarations stored within a context (e.g., iterate over all
288 of the fields of a structure for structure layout).
289
290 In Clang's AST file format, deserializing a declaration that is a
291 ``DeclContext`` is a separate operation from deserializing all of the
292 declarations stored within that declaration context.  Therefore, Clang will
293 deserialize the translation unit declaration without deserializing the
294 declarations within that translation unit.  When required, the declarations
295 stored within a declaration context will be deserialized.  There are two
296 representations of the declarations within a declaration context, which
297 correspond to the name-lookup and iteration behavior described above:
298
299 * When the front end performs name lookup to find a name ``x`` within a given
300   declaration context (for example, during semantic analysis of the expression
301   ``p->x``, where ``p``'s type is defined in the precompiled header), Clang
302   refers to an on-disk hash table that maps from the names within that
303   declaration context to the declaration IDs that represent each visible
304   declaration with that name.  The actual declarations will then be
305   deserialized to provide the results of name lookup.
306 * When the front end performs iteration over all of the declarations within a
307   declaration context, all of those declarations are immediately
308   de-serialized.  For large declaration contexts (e.g., the translation unit),
309   this operation is expensive; however, large declaration contexts are not
310   traversed in normal compilation, since such a traversal is unnecessary.
311   However, it is common for the code generator and semantic analysis to
312   traverse declaration contexts for structs, classes, unions, and
313   enumerations, although those contexts contain relatively few declarations in
314   the common case.
315
316 Statements and Expressions
317 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
318
319 Statements and expressions are stored in the AST file in both the :ref:`types
320 <pchinternals-types>` and the :ref:`declarations <pchinternals-decls>` blocks,
321 because every statement or expression will be associated with either a type or
322 declaration.  The actual statement and expression records are stored
323 immediately following the declaration or type that owns the statement or
324 expression.  For example, the statement representing the body of a function
325 will be stored directly following the declaration of the function.
326
327 As with types and declarations, each statement and expression kind in Clang's
328 abstract syntax tree (``ForStmt``, ``CallExpr``, etc.) has a corresponding
329 record type in the AST file, which contains the serialized representation of
330 that statement or expression.  Each substatement or subexpression within an
331 expression is stored as a separate record (which keeps most records to a fixed
332 size).  Within the AST file, the subexpressions of an expression are stored, in
333 reverse order, prior to the expression that owns those expression, using a form
334 of `Reverse Polish Notation
335 <http://en.wikipedia.org/wiki/Reverse_Polish_notation>`_.  For example, an
336 expression ``3 - 4 + 5`` would be represented as follows:
337
338 +-----------------------+
339 | ``IntegerLiteral(5)`` |
340 +-----------------------+
341 | ``IntegerLiteral(4)`` |
342 +-----------------------+
343 | ``IntegerLiteral(3)`` |
344 +-----------------------+
345 | ``IntegerLiteral(-)`` |
346 +-----------------------+
347 | ``IntegerLiteral(+)`` |
348 +-----------------------+
349 |       ``STOP``        |
350 +-----------------------+
351
352 When reading this representation, Clang evaluates each expression record it
353 encounters, builds the appropriate abstract syntax tree node, and then pushes
354 that expression on to a stack.  When a record contains *N* subexpressions ---
355 ``BinaryOperator`` has two of them --- those expressions are popped from the
356 top of the stack.  The special STOP code indicates that we have reached the end
357 of a serialized expression or statement; other expression or statement records
358 may follow, but they are part of a different expression.
359
360 .. _pchinternals-ident-table:
361
362 Identifier Table Block
363 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
364
365 The identifier table block contains an on-disk hash table that maps each
366 identifier mentioned within the AST file to the serialized representation of
367 the identifier's information (e.g, the ``IdentifierInfo`` structure).  The
368 serialized representation contains:
369
370 * The actual identifier string.
371 * Flags that describe whether this identifier is the name of a built-in, a
372   poisoned identifier, an extension token, or a macro.
373 * If the identifier names a macro, the offset of the macro definition within
374   the :ref:`pchinternals-preprocessor`.
375 * If the identifier names one or more declarations visible from translation
376   unit scope, the :ref:`declaration IDs <pchinternals-decls>` of these
377   declarations.
378
379 When an AST file is loaded, the AST file reader mechanism introduces itself
380 into the identifier table as an external lookup source.  Thus, when the user
381 program refers to an identifier that has not yet been seen, Clang will perform
382 a lookup into the identifier table.  If an identifier is found, its contents
383 (macro definitions, flags, top-level declarations, etc.) will be deserialized,
384 at which point the corresponding ``IdentifierInfo`` structure will have the
385 same contents it would have after parsing the headers in the AST file.
386
387 Within the AST file, the identifiers used to name declarations are represented
388 with an integral value.  A separate table provides a mapping from this integral
389 value (the identifier ID) to the location within the on-disk hash table where
390 that identifier is stored.  This mapping is used when deserializing the name of
391 a declaration, the identifier of a token, or any other construct in the AST
392 file that refers to a name.
393
394 .. _pchinternals-method-pool:
395
396 Method Pool Block
397 ^^^^^^^^^^^^^^^^^
398
399 The method pool block is represented as an on-disk hash table that serves two
400 purposes: it provides a mapping from the names of Objective-C selectors to the
401 set of Objective-C instance and class methods that have that particular
402 selector (which is required for semantic analysis in Objective-C) and also
403 stores all of the selectors used by entities within the AST file.  The design
404 of the method pool is similar to that of the :ref:`identifier table
405 <pchinternals-ident-table>`: the first time a particular selector is formed
406 during the compilation of the program, Clang will search in the on-disk hash
407 table of selectors; if found, Clang will read the Objective-C methods
408 associated with that selector into the appropriate front-end data structure
409 (``Sema::InstanceMethodPool`` and ``Sema::FactoryMethodPool`` for instance and
410 class methods, respectively).
411
412 As with identifiers, selectors are represented by numeric values within the AST
413 file.  A separate index maps these numeric selector values to the offset of the
414 selector within the on-disk hash table, and will be used when de-serializing an
415 Objective-C method declaration (or other Objective-C construct) that refers to
416 the selector.
417
418 AST Reader Integration Points
419 -----------------------------
420
421 The "lazy" deserialization behavior of AST files requires their integration
422 into several completely different submodules of Clang.  For example, lazily
423 deserializing the declarations during name lookup requires that the name-lookup
424 routines be able to query the AST file to find entities stored there.
425
426 For each Clang data structure that requires direct interaction with the AST
427 reader logic, there is an abstract class that provides the interface between
428 the two modules.  The ``ASTReader`` class, which handles the loading of an AST
429 file, inherits from all of these abstract classes to provide lazy
430 deserialization of Clang's data structures.  ``ASTReader`` implements the
431 following abstract classes:
432
433 ``ExternalSLocEntrySource``
434   This abstract interface is associated with the ``SourceManager`` class, and
435   is used whenever the :ref:`source manager <pchinternals-sourcemgr>` needs to
436   load the details of a file, buffer, or macro instantiation.
437
438 ``IdentifierInfoLookup``
439   This abstract interface is associated with the ``IdentifierTable`` class, and
440   is used whenever the program source refers to an identifier that has not yet
441   been seen.  In this case, the AST reader searches for this identifier within
442   its :ref:`identifier table <pchinternals-ident-table>` to load any top-level
443   declarations or macros associated with that identifier.
444
445 ``ExternalASTSource``
446   This abstract interface is associated with the ``ASTContext`` class, and is
447   used whenever the abstract syntax tree nodes need to loaded from the AST
448   file.  It provides the ability to de-serialize declarations and types
449   identified by their numeric values, read the bodies of functions when
450   required, and read the declarations stored within a declaration context
451   (either for iteration or for name lookup).
452
453 ``ExternalSemaSource``
454   This abstract interface is associated with the ``Sema`` class, and is used
455   whenever semantic analysis needs to read information from the :ref:`global
456   method pool <pchinternals-method-pool>`.
457
458 .. _pchinternals-chained:
459
460 Chained precompiled headers
461 ---------------------------
462
463 Chained precompiled headers were initially intended to improve the performance
464 of IDE-centric operations such as syntax highlighting and code completion while
465 a particular source file is being edited by the user.  To minimize the amount
466 of reparsing required after a change to the file, a form of precompiled header
467 --- called a precompiled *preamble* --- is automatically generated by parsing
468 all of the headers in the source file, up to and including the last
469 ``#include``.  When only the source file changes (and none of the headers it
470 depends on), reparsing of that source file can use the precompiled preamble and
471 start parsing after the ``#include``\ s, so parsing time is proportional to the
472 size of the source file (rather than all of its includes).  However, the
473 compilation of that translation unit may already use a precompiled header: in
474 this case, Clang will create the precompiled preamble as a chained precompiled
475 header that refers to the original precompiled header.  This drastically
476 reduces the time needed to serialize the precompiled preamble for use in
477 reparsing.
478
479 Chained precompiled headers get their name because each precompiled header can
480 depend on one other precompiled header, forming a chain of dependencies.  A
481 translation unit will then include the precompiled header that starts the chain
482 (i.e., nothing depends on it).  This linearity of dependencies is important for
483 the semantic model of chained precompiled headers, because the most-recent
484 precompiled header can provide information that overrides the information
485 provided by the precompiled headers it depends on, just like a header file
486 ``B.h`` that includes another header ``A.h`` can modify the state produced by
487 parsing ``A.h``, e.g., by ``#undef``'ing a macro defined in ``A.h``.
488
489 There are several ways in which chained precompiled headers generalize the AST
490 file model:
491
492 Numbering of IDs
493   Many different kinds of entities --- identifiers, declarations, types, etc.
494   --- have ID numbers that start at 1 or some other predefined constant and
495   grow upward.  Each precompiled header records the maximum ID number it has
496   assigned in each category.  Then, when a new precompiled header is generated
497   that depends on (chains to) another precompiled header, it will start
498   counting at the next available ID number.  This way, one can determine, given
499   an ID number, which AST file actually contains the entity.
500
501 Name lookup
502   When writing a chained precompiled header, Clang attempts to write only
503   information that has changed from the precompiled header on which it is
504   based.  This changes the lookup algorithm for the various tables, such as the
505   :ref:`identifier table <pchinternals-ident-table>`: the search starts at the
506   most-recent precompiled header.  If no entry is found, lookup then proceeds
507   to the identifier table in the precompiled header it depends on, and so one.
508   Once a lookup succeeds, that result is considered definitive, overriding any
509   results from earlier precompiled headers.
510
511 Update records
512   There are various ways in which a later precompiled header can modify the
513   entities described in an earlier precompiled header.  For example, later
514   precompiled headers can add entries into the various name-lookup tables for
515   the translation unit or namespaces, or add new categories to an Objective-C
516   class.  Each of these updates is captured in an "update record" that is
517   stored in the chained precompiled header file and will be loaded along with
518   the original entity.
519
520 .. _pchinternals-modules:
521
522 Modules
523 -------
524
525 Modules generalize the chained precompiled header model yet further, from a
526 linear chain of precompiled headers to an arbitrary directed acyclic graph
527 (DAG) of AST files.  All of the same techniques used to make chained
528 precompiled headers work --- ID number, name lookup, update records --- are
529 shared with modules.  However, the DAG nature of modules introduce a number of
530 additional complications to the model:
531
532 Numbering of IDs
533   The simple, linear numbering scheme used in chained precompiled headers falls
534   apart with the module DAG, because different modules may end up with
535   different numbering schemes for entities they imported from common shared
536   modules.  To account for this, each module file provides information about
537   which modules it depends on and which ID numbers it assigned to the entities
538   in those modules, as well as which ID numbers it took for its own new
539   entities.  The AST reader then maps these "local" ID numbers into a "global"
540   ID number space for the current translation unit, providing a 1-1 mapping
541   between entities (in whatever AST file they inhabit) and global ID numbers.
542   If that translation unit is then serialized into an AST file, this mapping
543   will be stored for use when the AST file is imported.
544
545 Declaration merging
546   It is possible for a given entity (from the language's perspective) to be
547   declared multiple times in different places.  For example, two different
548   headers can have the declaration of ``printf`` or could forward-declare
549   ``struct stat``.  If each of those headers is included in a module, and some
550   third party imports both of those modules, there is a potentially serious
551   problem: name lookup for ``printf`` or ``struct stat`` will find both
552   declarations, but the AST nodes are unrelated.  This would result in a
553   compilation error, due to an ambiguity in name lookup.  Therefore, the AST
554   reader performs declaration merging according to the appropriate language
555   semantics, ensuring that the two disjoint declarations are merged into a
556   single redeclaration chain (with a common canonical declaration), so that it
557   is as if one of the headers had been included before the other.
558
559 Name Visibility
560   Modules allow certain names that occur during module creation to be "hidden",
561   so that they are not part of the public interface of the module and are not
562   visible to its clients.  The AST reader maintains a "visible" bit on various
563   AST nodes (declarations, macros, etc.) to indicate whether that particular
564   AST node is currently visible; the various name lookup mechanisms in Clang
565   inspect the visible bit to determine whether that entity, which is still in
566   the AST (because other, visible AST nodes may depend on it), can actually be
567   found by name lookup.  When a new (sub)module is imported, it may make
568   existing, non-visible, already-deserialized AST nodes visible; it is the
569   responsibility of the AST reader to find and update these AST nodes when it
570   is notified of the import.
571