[llvm-exegesis][NFC] Return many CodeTemplates instead of one.
[llvm-complete.git] / docs / ProgrammersManual.rst
blob64b7de5be157573a1a03a4a4a01a03d7c52984b3
1 ========================
2 LLVM Programmer's Manual
3 ========================
5 .. contents::
6    :local:
8 .. warning::
9    This is always a work in progress.
11 .. _introduction:
13 Introduction
14 ============
16 This document is meant to highlight some of the important classes and interfaces
17 available in the LLVM source-base.  This manual is not intended to explain what
18 LLVM is, how it works, and what LLVM code looks like.  It assumes that you know
19 the basics of LLVM and are interested in writing transformations or otherwise
20 analyzing or manipulating the code.
22 This document should get you oriented so that you can find your way in the
23 continuously growing source code that makes up the LLVM infrastructure.  Note
24 that this manual is not intended to serve as a replacement for reading the
25 source code, so if you think there should be a method in one of these classes to
26 do something, but it's not listed, check the source.  Links to the `doxygen
27 <http://llvm.org/doxygen/>`__ sources are provided to make this as easy as
28 possible.
30 The first section of this document describes general information that is useful
31 to know when working in the LLVM infrastructure, and the second describes the
32 Core LLVM classes.  In the future this manual will be extended with information
33 describing how to use extension libraries, such as dominator information, CFG
34 traversal routines, and useful utilities like the ``InstVisitor`` (`doxygen
35 <http://llvm.org/doxygen/InstVisitor_8h_source.html>`__) template.
37 .. _general:
39 General Information
40 ===================
42 This section contains general information that is useful if you are working in
43 the LLVM source-base, but that isn't specific to any particular API.
45 .. _stl:
47 The C++ Standard Template Library
48 ---------------------------------
50 LLVM makes heavy use of the C++ Standard Template Library (STL), perhaps much
51 more than you are used to, or have seen before.  Because of this, you might want
52 to do a little background reading in the techniques used and capabilities of the
53 library.  There are many good pages that discuss the STL, and several books on
54 the subject that you can get, so it will not be discussed in this document.
56 Here are some useful links:
58 #. `cppreference.com
59    <http://en.cppreference.com/w/>`_ - an excellent
60    reference for the STL and other parts of the standard C++ library.
62 #. `C++ In a Nutshell <http://www.tempest-sw.com/cpp/>`_ - This is an O'Reilly
63    book in the making.  It has a decent Standard Library Reference that rivals
64    Dinkumware's, and is unfortunately no longer free since the book has been
65    published.
67 #. `C++ Frequently Asked Questions <http://www.parashift.com/c++-faq-lite/>`_.
69 #. `SGI's STL Programmer's Guide <http://www.sgi.com/tech/stl/>`_ - Contains a
70    useful `Introduction to the STL
71    <http://www.sgi.com/tech/stl/stl_introduction.html>`_.
73 #. `Bjarne Stroustrup's C++ Page
74    <http://www.research.att.com/%7Ebs/C++.html>`_.
76 #. `Bruce Eckel's Thinking in C++, 2nd ed. Volume 2 Revision 4.0
77    (even better, get the book)
78    <http://www.mindview.net/Books/TICPP/ThinkingInCPP2e.html>`_.
80 You are also encouraged to take a look at the :doc:`LLVM Coding Standards
81 <CodingStandards>` guide which focuses on how to write maintainable code more
82 than where to put your curly braces.
84 .. _resources:
86 Other useful references
87 -----------------------
89 #. `Using static and shared libraries across platforms
90    <http://www.fortran-2000.com/ArnaudRecipes/sharedlib.html>`_
92 .. _apis:
94 Important and useful LLVM APIs
95 ==============================
97 Here we highlight some LLVM APIs that are generally useful and good to know
98 about when writing transformations.
100 .. _isa:
102 The ``isa<>``, ``cast<>`` and ``dyn_cast<>`` templates
103 ------------------------------------------------------
105 The LLVM source-base makes extensive use of a custom form of RTTI.  These
106 templates have many similarities to the C++ ``dynamic_cast<>`` operator, but
107 they don't have some drawbacks (primarily stemming from the fact that
108 ``dynamic_cast<>`` only works on classes that have a v-table).  Because they are
109 used so often, you must know what they do and how they work.  All of these
110 templates are defined in the ``llvm/Support/Casting.h`` (`doxygen
111 <http://llvm.org/doxygen/Casting_8h_source.html>`__) file (note that you very
112 rarely have to include this file directly).
114 ``isa<>``:
115   The ``isa<>`` operator works exactly like the Java "``instanceof``" operator.
116   It returns true or false depending on whether a reference or pointer points to
117   an instance of the specified class.  This can be very useful for constraint
118   checking of various sorts (example below).
120 ``cast<>``:
121   The ``cast<>`` operator is a "checked cast" operation.  It converts a pointer
122   or reference from a base class to a derived class, causing an assertion
123   failure if it is not really an instance of the right type.  This should be
124   used in cases where you have some information that makes you believe that
125   something is of the right type.  An example of the ``isa<>`` and ``cast<>``
126   template is:
128   .. code-block:: c++
130     static bool isLoopInvariant(const Value *V, const Loop *L) {
131       if (isa<Constant>(V) || isa<Argument>(V) || isa<GlobalValue>(V))
132         return true;
134       // Otherwise, it must be an instruction...
135       return !L->contains(cast<Instruction>(V)->getParent());
136     }
138   Note that you should **not** use an ``isa<>`` test followed by a ``cast<>``,
139   for that use the ``dyn_cast<>`` operator.
141 ``dyn_cast<>``:
142   The ``dyn_cast<>`` operator is a "checking cast" operation.  It checks to see
143   if the operand is of the specified type, and if so, returns a pointer to it
144   (this operator does not work with references).  If the operand is not of the
145   correct type, a null pointer is returned.  Thus, this works very much like
146   the ``dynamic_cast<>`` operator in C++, and should be used in the same
147   circumstances.  Typically, the ``dyn_cast<>`` operator is used in an ``if``
148   statement or some other flow control statement like this:
150   .. code-block:: c++
152     if (auto *AI = dyn_cast<AllocationInst>(Val)) {
153       // ...
154     }
156   This form of the ``if`` statement effectively combines together a call to
157   ``isa<>`` and a call to ``cast<>`` into one statement, which is very
158   convenient.
160   Note that the ``dyn_cast<>`` operator, like C++'s ``dynamic_cast<>`` or Java's
161   ``instanceof`` operator, can be abused.  In particular, you should not use big
162   chained ``if/then/else`` blocks to check for lots of different variants of
163   classes.  If you find yourself wanting to do this, it is much cleaner and more
164   efficient to use the ``InstVisitor`` class to dispatch over the instruction
165   type directly.
167 ``cast_or_null<>``:
168   The ``cast_or_null<>`` operator works just like the ``cast<>`` operator,
169   except that it allows for a null pointer as an argument (which it then
170   propagates).  This can sometimes be useful, allowing you to combine several
171   null checks into one.
173 ``dyn_cast_or_null<>``:
174   The ``dyn_cast_or_null<>`` operator works just like the ``dyn_cast<>``
175   operator, except that it allows for a null pointer as an argument (which it
176   then propagates).  This can sometimes be useful, allowing you to combine
177   several null checks into one.
179 These five templates can be used with any classes, whether they have a v-table
180 or not.  If you want to add support for these templates, see the document
181 :doc:`How to set up LLVM-style RTTI for your class hierarchy
182 <HowToSetUpLLVMStyleRTTI>`
184 .. _string_apis:
186 Passing strings (the ``StringRef`` and ``Twine`` classes)
187 ---------------------------------------------------------
189 Although LLVM generally does not do much string manipulation, we do have several
190 important APIs which take strings.  Two important examples are the Value class
191 -- which has names for instructions, functions, etc. -- and the ``StringMap``
192 class which is used extensively in LLVM and Clang.
194 These are generic classes, and they need to be able to accept strings which may
195 have embedded null characters.  Therefore, they cannot simply take a ``const
196 char *``, and taking a ``const std::string&`` requires clients to perform a heap
197 allocation which is usually unnecessary.  Instead, many LLVM APIs use a
198 ``StringRef`` or a ``const Twine&`` for passing strings efficiently.
200 .. _StringRef:
202 The ``StringRef`` class
203 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
205 The ``StringRef`` data type represents a reference to a constant string (a
206 character array and a length) and supports the common operations available on
207 ``std::string``, but does not require heap allocation.
209 It can be implicitly constructed using a C style null-terminated string, an
210 ``std::string``, or explicitly with a character pointer and length.  For
211 example, the ``StringRef`` find function is declared as:
213 .. code-block:: c++
215   iterator find(StringRef Key);
217 and clients can call it using any one of:
219 .. code-block:: c++
221   Map.find("foo");                 // Lookup "foo"
222   Map.find(std::string("bar"));    // Lookup "bar"
223   Map.find(StringRef("\0baz", 4)); // Lookup "\0baz"
225 Similarly, APIs which need to return a string may return a ``StringRef``
226 instance, which can be used directly or converted to an ``std::string`` using
227 the ``str`` member function.  See ``llvm/ADT/StringRef.h`` (`doxygen
228 <http://llvm.org/doxygen/StringRef_8h_source.html>`__) for more
229 information.
231 You should rarely use the ``StringRef`` class directly, because it contains
232 pointers to external memory it is not generally safe to store an instance of the
233 class (unless you know that the external storage will not be freed).
234 ``StringRef`` is small and pervasive enough in LLVM that it should always be
235 passed by value.
237 The ``Twine`` class
238 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
240 The ``Twine`` (`doxygen <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Twine.html>`__)
241 class is an efficient way for APIs to accept concatenated strings.  For example,
242 a common LLVM paradigm is to name one instruction based on the name of another
243 instruction with a suffix, for example:
245 .. code-block:: c++
247     New = CmpInst::Create(..., SO->getName() + ".cmp");
249 The ``Twine`` class is effectively a lightweight `rope
250 <http://en.wikipedia.org/wiki/Rope_(computer_science)>`_ which points to
251 temporary (stack allocated) objects.  Twines can be implicitly constructed as
252 the result of the plus operator applied to strings (i.e., a C strings, an
253 ``std::string``, or a ``StringRef``).  The twine delays the actual concatenation
254 of strings until it is actually required, at which point it can be efficiently
255 rendered directly into a character array.  This avoids unnecessary heap
256 allocation involved in constructing the temporary results of string
257 concatenation.  See ``llvm/ADT/Twine.h`` (`doxygen
258 <http://llvm.org/doxygen/Twine_8h_source.html>`__) and :ref:`here <dss_twine>`
259 for more information.
261 As with a ``StringRef``, ``Twine`` objects point to external memory and should
262 almost never be stored or mentioned directly.  They are intended solely for use
263 when defining a function which should be able to efficiently accept concatenated
264 strings.
266 .. _formatting_strings:
268 Formatting strings (the ``formatv`` function)
269 ---------------------------------------------
270 While LLVM doesn't necessarily do a lot of string manipulation and parsing, it
271 does do a lot of string formatting.  From diagnostic messages, to llvm tool
272 outputs such as ``llvm-readobj`` to printing verbose disassembly listings and
273 LLDB runtime logging, the need for string formatting is pervasive.
275 The ``formatv`` is similar in spirit to ``printf``, but uses a different syntax
276 which borrows heavily from Python and C#.  Unlike ``printf`` it deduces the type
277 to be formatted at compile time, so it does not need a format specifier such as
278 ``%d``.  This reduces the mental overhead of trying to construct portable format
279 strings, especially for platform-specific types like ``size_t`` or pointer types.
280 Unlike both ``printf`` and Python, it additionally fails to compile if LLVM does
281 not know how to format the type.  These two properties ensure that the function
282 is both safer and simpler to use than traditional formatting methods such as 
283 the ``printf`` family of functions.
285 Simple formatting
286 ^^^^^^^^^^^^^^^^^
288 A call to ``formatv`` involves a single **format string** consisting of 0 or more
289 **replacement sequences**, followed by a variable length list of **replacement values**.
290 A replacement sequence is a string of the form ``{N[[,align]:style]}``.
292 ``N`` refers to the 0-based index of the argument from the list of replacement
293 values.  Note that this means it is possible to reference the same parameter
294 multiple times, possibly with different style and/or alignment options, in any order.
296 ``align`` is an optional string specifying the width of the field to format
297 the value into, and the alignment of the value within the field.  It is specified as
298 an optional **alignment style** followed by a positive integral **field width**.  The
299 alignment style can be one of the characters ``-`` (left align), ``=`` (center align),
300 or ``+`` (right align).  The default is right aligned.  
302 ``style`` is an optional string consisting of a type specific that controls the
303 formatting of the value.  For example, to format a floating point value as a percentage,
304 you can use the style option ``P``.
306 Custom formatting
307 ^^^^^^^^^^^^^^^^^
309 There are two ways to customize the formatting behavior for a type.
311 1. Provide a template specialization of ``llvm::format_provider<T>`` for your
312    type ``T`` with the appropriate static format method.
314   .. code-block:: c++
315   
316     namespace llvm {
317       template<>
318       struct format_provider<MyFooBar> {
319         static void format(const MyFooBar &V, raw_ostream &Stream, StringRef Style) {
320           // Do whatever is necessary to format `V` into `Stream`
321         }
322       };
323       void foo() {
324         MyFooBar X;
325         std::string S = formatv("{0}", X);
326       }
327     }
328     
329   This is a useful extensibility mechanism for adding support for formatting your own
330   custom types with your own custom Style options.  But it does not help when you want
331   to extend the mechanism for formatting a type that the library already knows how to
332   format.  For that, we need something else.
333     
334 2. Provide a **format adapter** inheriting from ``llvm::FormatAdapter<T>``.
336   .. code-block:: c++
337   
338     namespace anything {
339       struct format_int_custom : public llvm::FormatAdapter<int> {
340         explicit format_int_custom(int N) : llvm::FormatAdapter<int>(N) {}
341         void format(llvm::raw_ostream &Stream, StringRef Style) override {
342           // Do whatever is necessary to format ``this->Item`` into ``Stream``
343         }
344       };
345     }
346     namespace llvm {
347       void foo() {
348         std::string S = formatv("{0}", anything::format_int_custom(42));
349       }
350     }
351     
352   If the type is detected to be derived from ``FormatAdapter<T>``, ``formatv``
353   will call the
354   ``format`` method on the argument passing in the specified style.  This allows
355   one to provide custom formatting of any type, including one which already has
356   a builtin format provider.
358 ``formatv`` Examples
359 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
360 Below is intended to provide an incomplete set of examples demonstrating
361 the usage of ``formatv``.  More information can be found by reading the
362 doxygen documentation or by looking at the unit test suite.
365 .. code-block:: c++
366   
367   std::string S;
368   // Simple formatting of basic types and implicit string conversion.
369   S = formatv("{0} ({1:P})", 7, 0.35);  // S == "7 (35.00%)"
370   
371   // Out-of-order referencing and multi-referencing
372   outs() << formatv("{0} {2} {1} {0}", 1, "test", 3); // prints "1 3 test 1"
373   
374   // Left, right, and center alignment
375   S = formatv("{0,7}",  'a');  // S == "      a";
376   S = formatv("{0,-7}", 'a');  // S == "a      ";
377   S = formatv("{0,=7}", 'a');  // S == "   a   ";
378   S = formatv("{0,+7}", 'a');  // S == "      a";
379   
380   // Custom styles
381   S = formatv("{0:N} - {0:x} - {1:E}", 12345, 123908342); // S == "12,345 - 0x3039 - 1.24E8"
382   
383   // Adapters
384   S = formatv("{0}", fmt_align(42, AlignStyle::Center, 7));  // S == "  42   "
385   S = formatv("{0}", fmt_repeat("hi", 3)); // S == "hihihi"
386   S = formatv("{0}", fmt_pad("hi", 2, 6)); // S == "  hi      "
387   
388   // Ranges
389   std::vector<int> V = {8, 9, 10};
390   S = formatv("{0}", make_range(V.begin(), V.end())); // S == "8, 9, 10"
391   S = formatv("{0:$[+]}", make_range(V.begin(), V.end())); // S == "8+9+10"
392   S = formatv("{0:$[ + ]@[x]}", make_range(V.begin(), V.end())); // S == "0x8 + 0x9 + 0xA"
394 .. _error_apis:
396 Error handling
397 --------------
399 Proper error handling helps us identify bugs in our code, and helps end-users
400 understand errors in their tool usage. Errors fall into two broad categories:
401 *programmatic* and *recoverable*, with different strategies for handling and
402 reporting.
404 Programmatic Errors
405 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
407 Programmatic errors are violations of program invariants or API contracts, and
408 represent bugs within the program itself. Our aim is to document invariants, and
409 to abort quickly at the point of failure (providing some basic diagnostic) when
410 invariants are broken at runtime.
412 The fundamental tools for handling programmatic errors are assertions and the
413 llvm_unreachable function. Assertions are used to express invariant conditions,
414 and should include a message describing the invariant:
416 .. code-block:: c++
418   assert(isPhysReg(R) && "All virt regs should have been allocated already.");
420 The llvm_unreachable function can be used to document areas of control flow
421 that should never be entered if the program invariants hold:
423 .. code-block:: c++
425   enum { Foo, Bar, Baz } X = foo();
427   switch (X) {
428     case Foo: /* Handle Foo */; break;
429     case Bar: /* Handle Bar */; break;
430     default:
431       llvm_unreachable("X should be Foo or Bar here");
432   }
434 Recoverable Errors
435 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^
437 Recoverable errors represent an error in the program's environment, for example
438 a resource failure (a missing file, a dropped network connection, etc.), or
439 malformed input. These errors should be detected and communicated to a level of
440 the program where they can be handled appropriately. Handling the error may be
441 as simple as reporting the issue to the user, or it may involve attempts at
442 recovery.
444 .. note::
446    While it would be ideal to use this error handling scheme throughout
447    LLVM, there are places where this hasn't been practical to apply. In
448    situations where you absolutely must emit a non-programmatic error and
449    the ``Error`` model isn't workable you can call ``report_fatal_error``,
450    which will call installed error handlers, print a message, and exit the
451    program.
453 Recoverable errors are modeled using LLVM's ``Error`` scheme. This scheme
454 represents errors using function return values, similar to classic C integer
455 error codes, or C++'s ``std::error_code``. However, the ``Error`` class is
456 actually a lightweight wrapper for user-defined error types, allowing arbitrary
457 information to be attached to describe the error. This is similar to the way C++
458 exceptions allow throwing of user-defined types.
460 Success values are created by calling ``Error::success()``, E.g.:
462 .. code-block:: c++
464   Error foo() {
465     // Do something.
466     // Return success.
467     return Error::success();
468   }
470 Success values are very cheap to construct and return - they have minimal
471 impact on program performance.
473 Failure values are constructed using ``make_error<T>``, where ``T`` is any class
474 that inherits from the ErrorInfo utility, E.g.:
476 .. code-block:: c++
478   class BadFileFormat : public ErrorInfo<BadFileFormat> {
479   public:
480     static char ID;
481     std::string Path;
483     BadFileFormat(StringRef Path) : Path(Path.str()) {}
485     void log(raw_ostream &OS) const override {
486       OS << Path << " is malformed";
487     }
489     std::error_code convertToErrorCode() const override {
490       return make_error_code(object_error::parse_failed);
491     }
492   };
494   char BadFileFormat::ID; // This should be declared in the C++ file.
496   Error printFormattedFile(StringRef Path) {
497     if (<check for valid format>)
498       return make_error<BadFileFormat>(Path);
499     // print file contents.
500     return Error::success();
501   }
503 Error values can be implicitly converted to bool: true for error, false for
504 success, enabling the following idiom:
506 .. code-block:: c++
508   Error mayFail();
510   Error foo() {
511     if (auto Err = mayFail())
512       return Err;
513     // Success! We can proceed.
514     ...
516 For functions that can fail but need to return a value the ``Expected<T>``
517 utility can be used. Values of this type can be constructed with either a
518 ``T``, or an ``Error``. Expected<T> values are also implicitly convertible to
519 boolean, but with the opposite convention to ``Error``: true for success, false
520 for error. If success, the ``T`` value can be accessed via the dereference
521 operator. If failure, the ``Error`` value can be extracted using the
522 ``takeError()`` method. Idiomatic usage looks like:
524 .. code-block:: c++
526   Expected<FormattedFile> openFormattedFile(StringRef Path) {
527     // If badly formatted, return an error.
528     if (auto Err = checkFormat(Path))
529       return std::move(Err);
530     // Otherwise return a FormattedFile instance.
531     return FormattedFile(Path);
532   }
534   Error processFormattedFile(StringRef Path) {
535     // Try to open a formatted file
536     if (auto FileOrErr = openFormattedFile(Path)) {
537       // On success, grab a reference to the file and continue.
538       auto &File = *FileOrErr;
539       ...
540     } else
541       // On error, extract the Error value and return it.
542       return FileOrErr.takeError();
543   }
545 If an ``Expected<T>`` value is in success mode then the ``takeError()`` method
546 will return a success value. Using this fact, the above function can be
547 rewritten as:
549 .. code-block:: c++
551   Error processFormattedFile(StringRef Path) {
552     // Try to open a formatted file
553     auto FileOrErr = openFormattedFile(Path);
554     if (auto Err = FileOrErr.takeError())
555       // On error, extract the Error value and return it.
556       return Err;
557     // On success, grab a reference to the file and continue.
558     auto &File = *FileOrErr;
559     ...
560   }
562 This second form is often more readable for functions that involve multiple
563 ``Expected<T>`` values as it limits the indentation required.
565 All ``Error`` instances, whether success or failure, must be either checked or
566 moved from (via ``std::move`` or a return) before they are destructed.
567 Accidentally discarding an unchecked error will cause a program abort at the
568 point where the unchecked value's destructor is run, making it easy to identify
569 and fix violations of this rule.
571 Success values are considered checked once they have been tested (by invoking
572 the boolean conversion operator):
574 .. code-block:: c++
576   if (auto Err = mayFail(...))
577     return Err; // Failure value - move error to caller.
579   // Safe to continue: Err was checked.
581 In contrast, the following code will always cause an abort, even if ``mayFail``
582 returns a success value:
584 .. code-block:: c++
586     mayFail();
587     // Program will always abort here, even if mayFail() returns Success, since
588     // the value is not checked.
590 Failure values are considered checked once a handler for the error type has
591 been activated:
593 .. code-block:: c++
595   handleErrors(
596     processFormattedFile(...),
597     [](const BadFileFormat &BFF) {
598       report("Unable to process " + BFF.Path + ": bad format");
599     },
600     [](const FileNotFound &FNF) {
601       report("File not found " + FNF.Path);
602     });
604 The ``handleErrors`` function takes an error as its first argument, followed by
605 a variadic list of "handlers", each of which must be a callable type (a
606 function, lambda, or class with a call operator) with one argument. The
607 ``handleErrors`` function will visit each handler in the sequence and check its
608 argument type against the dynamic type of the error, running the first handler
609 that matches. This is the same decision process that is used decide which catch
610 clause to run for a C++ exception.
612 Since the list of handlers passed to ``handleErrors`` may not cover every error
613 type that can occur, the ``handleErrors`` function also returns an Error value
614 that must be checked or propagated. If the error value that is passed to
615 ``handleErrors`` does not match any of the handlers it will be returned from
616 handleErrors. Idiomatic use of ``handleErrors`` thus looks like:
618 .. code-block:: c++
620   if (auto Err =
621         handleErrors(
622           processFormattedFile(...),
623           [](const BadFileFormat &BFF) {
624             report("Unable to process " + BFF.Path + ": bad format");
625           },
626           [](const FileNotFound &FNF) {
627             report("File not found " + FNF.Path);
628           }))
629     return Err;
631 In cases where you truly know that the handler list is exhaustive the
632 ``handleAllErrors`` function can be used instead. This is identical to
633 ``handleErrors`` except that it will terminate the program if an unhandled
634 error is passed in, and can therefore return void. The ``handleAllErrors``
635 function should generally be avoided: the introduction of a new error type
636 elsewhere in the program can easily turn a formerly exhaustive list of errors
637 into a non-exhaustive list, risking unexpected program termination. Where
638 possible, use handleErrors and propagate unknown errors up the stack instead.
640 For tool code, where errors can be handled by printing an error message then
641 exiting with an error code, the :ref:`ExitOnError <err_exitonerr>` utility
642 may be a better choice than handleErrors, as it simplifies control flow when
643 calling fallible functions.
645 In situations where it is known that a particular call to a fallible function
646 will always succeed (for example, a call to a function that can only fail on a
647 subset of inputs with an input that is known to be safe) the
648 :ref:`cantFail <err_cantfail>` functions can be used to remove the error type,
649 simplifying control flow.
651 StringError
652 """""""""""
654 Many kinds of errors have no recovery strategy, the only action that can be
655 taken is to report them to the user so that the user can attempt to fix the
656 environment. In this case representing the error as a string makes perfect
657 sense. LLVM provides the ``StringError`` class for this purpose. It takes two
658 arguments: A string error message, and an equivalent ``std::error_code`` for
659 interoperability:
661 .. code-block:: c++
663   make_error<StringError>("Bad executable",
664                           make_error_code(errc::executable_format_error"));
666 If you're certain that the error you're building will never need to be converted
667 to a ``std::error_code`` you can use the ``inconvertibleErrorCode()`` function:
669 .. code-block:: c++
671   make_error<StringError>("Bad executable", inconvertibleErrorCode());
673 This should be done only after careful consideration. If any attempt is made to
674 convert this error to a ``std::error_code`` it will trigger immediate program
675 termination. Unless you are certain that your errors will not need
676 interoperability you should look for an existing ``std::error_code`` that you
677 can convert to, and even (as painful as it is) consider introducing a new one as
678 a stopgap measure.
680 Interoperability with std::error_code and ErrorOr
681 """""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
683 Many existing LLVM APIs use ``std::error_code`` and its partner ``ErrorOr<T>``
684 (which plays the same role as ``Expected<T>``, but wraps a ``std::error_code``
685 rather than an ``Error``). The infectious nature of error types means that an
686 attempt to change one of these functions to return ``Error`` or ``Expected<T>``
687 instead often results in an avalanche of changes to callers, callers of callers,
688 and so on. (The first such attempt, returning an ``Error`` from
689 MachOObjectFile's constructor, was abandoned after the diff reached 3000 lines,
690 impacted half a dozen libraries, and was still growing).
692 To solve this problem, the ``Error``/``std::error_code`` interoperability requirement was
693 introduced. Two pairs of functions allow any ``Error`` value to be converted to a
694 ``std::error_code``, any ``Expected<T>`` to be converted to an ``ErrorOr<T>``, and vice
695 versa:
697 .. code-block:: c++
699   std::error_code errorToErrorCode(Error Err);
700   Error errorCodeToError(std::error_code EC);
702   template <typename T> ErrorOr<T> expectedToErrorOr(Expected<T> TOrErr);
703   template <typename T> Expected<T> errorOrToExpected(ErrorOr<T> TOrEC);
706 Using these APIs it is easy to make surgical patches that update individual
707 functions from ``std::error_code`` to ``Error``, and from ``ErrorOr<T>`` to
708 ``Expected<T>``.
710 Returning Errors from error handlers
711 """"""""""""""""""""""""""""""""""""
713 Error recovery attempts may themselves fail. For that reason, ``handleErrors``
714 actually recognises three different forms of handler signature:
716 .. code-block:: c++
718   // Error must be handled, no new errors produced:
719   void(UserDefinedError &E);
721   // Error must be handled, new errors can be produced:
722   Error(UserDefinedError &E);
724   // Original error can be inspected, then re-wrapped and returned (or a new
725   // error can be produced):
726   Error(std::unique_ptr<UserDefinedError> E);
728 Any error returned from a handler will be returned from the ``handleErrors``
729 function so that it can be handled itself, or propagated up the stack.
731 .. _err_exitonerr:
733 Using ExitOnError to simplify tool code
734 """""""""""""""""""""""""""""""""""""""
736 Library code should never call ``exit`` for a recoverable error, however in tool
737 code (especially command line tools) this can be a reasonable approach. Calling
738 ``exit`` upon encountering an error dramatically simplifies control flow as the
739 error no longer needs to be propagated up the stack. This allows code to be
740 written in straight-line style, as long as each fallible call is wrapped in a
741 check and call to exit. The ``ExitOnError`` class supports this pattern by
742 providing call operators that inspect ``Error`` values, stripping the error away
743 in the success case and logging to ``stderr`` then exiting in the failure case.
745 To use this class, declare a global ``ExitOnError`` variable in your program:
747 .. code-block:: c++
749   ExitOnError ExitOnErr;
751 Calls to fallible functions can then be wrapped with a call to ``ExitOnErr``,
752 turning them into non-failing calls:
754 .. code-block:: c++
756   Error mayFail();
757   Expected<int> mayFail2();
759   void foo() {
760     ExitOnErr(mayFail());
761     int X = ExitOnErr(mayFail2());
762   }
764 On failure, the error's log message will be written to ``stderr``, optionally
765 preceded by a string "banner" that can be set by calling the setBanner method. A
766 mapping can also be supplied from ``Error`` values to exit codes using the
767 ``setExitCodeMapper`` method:
769 .. code-block:: c++
771   int main(int argc, char *argv[]) {
772     ExitOnErr.setBanner(std::string(argv[0]) + " error:");
773     ExitOnErr.setExitCodeMapper(
774       [](const Error &Err) {
775         if (Err.isA<BadFileFormat>())
776           return 2;
777         return 1;
778       });
780 Use ``ExitOnError`` in your tool code where possible as it can greatly improve
781 readability.
783 .. _err_cantfail:
785 Using cantFail to simplify safe callsites
786 """""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
788 Some functions may only fail for a subset of their inputs, so calls using known
789 safe inputs can be assumed to succeed.
791 The cantFail functions encapsulate this by wrapping an assertion that their
792 argument is a success value and, in the case of Expected<T>, unwrapping the
793 T value:
795 .. code-block:: c++
797   Error onlyFailsForSomeXValues(int X);
798   Expected<int> onlyFailsForSomeXValues2(int X);
800   void foo() {
801     cantFail(onlyFailsForSomeXValues(KnownSafeValue));
802     int Y = cantFail(onlyFailsForSomeXValues2(KnownSafeValue));
803     ...
804   }
806 Like the ExitOnError utility, cantFail simplifies control flow. Their treatment
807 of error cases is very different however: Where ExitOnError is guaranteed to
808 terminate the program on an error input, cantFile simply asserts that the result
809 is success. In debug builds this will result in an assertion failure if an error
810 is encountered. In release builds the behavior of cantFail for failure values is
811 undefined. As such, care must be taken in the use of cantFail: clients must be
812 certain that a cantFail wrapped call really can not fail with the given
813 arguments.
815 Use of the cantFail functions should be rare in library code, but they are
816 likely to be of more use in tool and unit-test code where inputs and/or
817 mocked-up classes or functions may be known to be safe.
819 Fallible constructors
820 """""""""""""""""""""
822 Some classes require resource acquisition or other complex initialization that
823 can fail during construction. Unfortunately constructors can't return errors,
824 and having clients test objects after they're constructed to ensure that they're
825 valid is error prone as it's all too easy to forget the test. To work around
826 this, use the named constructor idiom and return an ``Expected<T>``:
828 .. code-block:: c++
830   class Foo {
831   public:
833     static Expected<Foo> Create(Resource R1, Resource R2) {
834       Error Err;
835       Foo F(R1, R2, Err);
836       if (Err)
837         return std::move(Err);
838       return std::move(F);
839     }
841   private:
843     Foo(Resource R1, Resource R2, Error &Err) {
844       ErrorAsOutParameter EAO(&Err);
845       if (auto Err2 = R1.acquire()) {
846         Err = std::move(Err2);
847         return;
848       }
849       Err = R2.acquire();
850     }
851   };
854 Here, the named constructor passes an ``Error`` by reference into the actual
855 constructor, which the constructor can then use to return errors. The
856 ``ErrorAsOutParameter`` utility sets the ``Error`` value's checked flag on entry
857 to the constructor so that the error can be assigned to, then resets it on exit
858 to force the client (the named constructor) to check the error.
860 By using this idiom, clients attempting to construct a Foo receive either a
861 well-formed Foo or an Error, never an object in an invalid state.
863 Propagating and consuming errors based on types
864 """""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
866 In some contexts, certain types of error are known to be benign. For example,
867 when walking an archive, some clients may be happy to skip over badly formatted
868 object files rather than terminating the walk immediately. Skipping badly
869 formatted objects could be achieved using an elaborate handler method, but the
870 Error.h header provides two utilities that make this idiom much cleaner: the
871 type inspection method, ``isA``, and the ``consumeError`` function:
873 .. code-block:: c++
875   Error walkArchive(Archive A) {
876     for (unsigned I = 0; I != A.numMembers(); ++I) {
877       auto ChildOrErr = A.getMember(I);
878       if (auto Err = ChildOrErr.takeError()) {
879         if (Err.isA<BadFileFormat>())
880           consumeError(std::move(Err))
881         else
882           return Err;
883       }
884       auto &Child = *ChildOrErr;
885       // Use Child
886       ...
887     }
888     return Error::success();
889   }
891 Concatenating Errors with joinErrors
892 """"""""""""""""""""""""""""""""""""
894 In the archive walking example above ``BadFileFormat`` errors are simply
895 consumed and ignored. If the client had wanted report these errors after
896 completing the walk over the archive they could use the ``joinErrors`` utility:
898 .. code-block:: c++
900   Error walkArchive(Archive A) {
901     Error DeferredErrs = Error::success();
902     for (unsigned I = 0; I != A.numMembers(); ++I) {
903       auto ChildOrErr = A.getMember(I);
904       if (auto Err = ChildOrErr.takeError())
905         if (Err.isA<BadFileFormat>())
906           DeferredErrs = joinErrors(std::move(DeferredErrs), std::move(Err));
907         else
908           return Err;
909       auto &Child = *ChildOrErr;
910       // Use Child
911       ...
912     }
913     return DeferredErrs;
914   }
916 The ``joinErrors`` routine builds a special error type called ``ErrorList``,
917 which holds a list of user defined errors. The ``handleErrors`` routine
918 recognizes this type and will attempt to handle each of the contained errors in
919 order. If all contained errors can be handled, ``handleErrors`` will return
920 ``Error::success()``, otherwise ``handleErrors`` will concatenate the remaining
921 errors and return the resulting ``ErrorList``.
923 Building fallible iterators and iterator ranges
924 """""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
926 The archive walking examples above retrieve archive members by index, however
927 this requires considerable boiler-plate for iteration and error checking. We can
928 clean this up by using ``Error`` with the "fallible iterator" pattern. The usual
929 C++ iterator patterns do not allow for failure on increment, but we can
930 incorporate support for it by having iterators hold an Error reference through
931 which they can report failure. In this pattern, if an increment operation fails
932 the failure is recorded via the Error reference and the iterator value is set to
933 the end of the range in order to terminate the loop. This ensures that the
934 dereference operation is safe anywhere that an ordinary iterator dereference
935 would be safe (i.e. when the iterator is not equal to end). Where this pattern
936 is followed (as in the ``llvm::object::Archive`` class) the result is much
937 cleaner iteration idiom:
939 .. code-block:: c++
941   Error Err;
942   for (auto &Child : Ar->children(Err)) {
943     // Use Child - we only enter the loop when it's valid
944     ...
945   }
946   // Check Err after the loop to ensure it didn't break due to an error.
947   if (Err)
948     return Err;
950 .. _function_apis:
952 More information on Error and its related utilities can be found in the
953 Error.h header file.
955 Passing functions and other callable objects
956 --------------------------------------------
958 Sometimes you may want a function to be passed a callback object. In order to
959 support lambda expressions and other function objects, you should not use the
960 traditional C approach of taking a function pointer and an opaque cookie:
962 .. code-block:: c++
964     void takeCallback(bool (*Callback)(Function *, void *), void *Cookie);
966 Instead, use one of the following approaches:
968 Function template
969 ^^^^^^^^^^^^^^^^^
971 If you don't mind putting the definition of your function into a header file,
972 make it a function template that is templated on the callable type.
974 .. code-block:: c++
976     template<typename Callable>
977     void takeCallback(Callable Callback) {
978       Callback(1, 2, 3);
979     }
981 The ``function_ref`` class template
982 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
984 The ``function_ref``
985 (`doxygen <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1function__ref_3_01Ret_07Params_8_8_8_08_4.html>`__) class
986 template represents a reference to a callable object, templated over the type
987 of the callable. This is a good choice for passing a callback to a function,
988 if you don't need to hold onto the callback after the function returns. In this
989 way, ``function_ref`` is to ``std::function`` as ``StringRef`` is to
990 ``std::string``.
992 ``function_ref<Ret(Param1, Param2, ...)>`` can be implicitly constructed from
993 any callable object that can be called with arguments of type ``Param1``,
994 ``Param2``, ..., and returns a value that can be converted to type ``Ret``.
995 For example:
997 .. code-block:: c++
999     void visitBasicBlocks(Function *F, function_ref<bool (BasicBlock*)> Callback) {
1000       for (BasicBlock &BB : *F)
1001         if (Callback(&BB))
1002           return;
1003     }
1005 can be called using:
1007 .. code-block:: c++
1009     visitBasicBlocks(F, [&](BasicBlock *BB) {
1010       if (process(BB))
1011         return isEmpty(BB);
1012       return false;
1013     });
1015 Note that a ``function_ref`` object contains pointers to external memory, so it
1016 is not generally safe to store an instance of the class (unless you know that
1017 the external storage will not be freed). If you need this ability, consider
1018 using ``std::function``. ``function_ref`` is small enough that it should always
1019 be passed by value.
1021 .. _DEBUG:
1023 The ``LLVM_DEBUG()`` macro and ``-debug`` option
1024 ------------------------------------------------
1026 Often when working on your pass you will put a bunch of debugging printouts and
1027 other code into your pass.  After you get it working, you want to remove it, but
1028 you may need it again in the future (to work out new bugs that you run across).
1030 Naturally, because of this, you don't want to delete the debug printouts, but
1031 you don't want them to always be noisy.  A standard compromise is to comment
1032 them out, allowing you to enable them if you need them in the future.
1034 The ``llvm/Support/Debug.h`` (`doxygen
1035 <http://llvm.org/doxygen/Debug_8h_source.html>`__) file provides a macro named
1036 ``LLVM_DEBUG()`` that is a much nicer solution to this problem.  Basically, you can
1037 put arbitrary code into the argument of the ``LLVM_DEBUG`` macro, and it is only
1038 executed if '``opt``' (or any other tool) is run with the '``-debug``' command
1039 line argument:
1041 .. code-block:: c++
1043   LLVM_DEBUG(dbgs() << "I am here!\n");
1045 Then you can run your pass like this:
1047 .. code-block:: none
1049   $ opt < a.bc > /dev/null -mypass
1050   <no output>
1051   $ opt < a.bc > /dev/null -mypass -debug
1052   I am here!
1054 Using the ``LLVM_DEBUG()`` macro instead of a home-brewed solution allows you to not
1055 have to create "yet another" command line option for the debug output for your
1056 pass.  Note that ``LLVM_DEBUG()`` macros are disabled for non-asserts builds, so they
1057 do not cause a performance impact at all (for the same reason, they should also
1058 not contain side-effects!).
1060 One additional nice thing about the ``LLVM_DEBUG()`` macro is that you can enable or
1061 disable it directly in gdb.  Just use "``set DebugFlag=0``" or "``set
1062 DebugFlag=1``" from the gdb if the program is running.  If the program hasn't
1063 been started yet, you can always just run it with ``-debug``.
1065 .. _DEBUG_TYPE:
1067 Fine grained debug info with ``DEBUG_TYPE`` and the ``-debug-only`` option
1068 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1070 Sometimes you may find yourself in a situation where enabling ``-debug`` just
1071 turns on **too much** information (such as when working on the code generator).
1072 If you want to enable debug information with more fine-grained control, you
1073 should define the ``DEBUG_TYPE`` macro and use the ``-debug-only`` option as
1074 follows:
1076 .. code-block:: c++
1078   #define DEBUG_TYPE "foo"
1079   LLVM_DEBUG(dbgs() << "'foo' debug type\n");
1080   #undef  DEBUG_TYPE
1081   #define DEBUG_TYPE "bar"
1082   LLVM_DEBUG(dbgs() << "'bar' debug type\n");
1083   #undef  DEBUG_TYPE
1085 Then you can run your pass like this:
1087 .. code-block:: none
1089   $ opt < a.bc > /dev/null -mypass
1090   <no output>
1091   $ opt < a.bc > /dev/null -mypass -debug
1092   'foo' debug type
1093   'bar' debug type
1094   $ opt < a.bc > /dev/null -mypass -debug-only=foo
1095   'foo' debug type
1096   $ opt < a.bc > /dev/null -mypass -debug-only=bar
1097   'bar' debug type
1098   $ opt < a.bc > /dev/null -mypass -debug-only=foo,bar
1099   'foo' debug type
1100   'bar' debug type
1102 Of course, in practice, you should only set ``DEBUG_TYPE`` at the top of a file,
1103 to specify the debug type for the entire module. Be careful that you only do
1104 this after including Debug.h and not around any #include of headers. Also, you
1105 should use names more meaningful than "foo" and "bar", because there is no
1106 system in place to ensure that names do not conflict. If two different modules
1107 use the same string, they will all be turned on when the name is specified.
1108 This allows, for example, all debug information for instruction scheduling to be
1109 enabled with ``-debug-only=InstrSched``, even if the source lives in multiple
1110 files. The name must not include a comma (,) as that is used to separate the
1111 arguments of the ``-debug-only`` option.
1113 For performance reasons, -debug-only is not available in optimized build
1114 (``--enable-optimized``) of LLVM.
1116 The ``DEBUG_WITH_TYPE`` macro is also available for situations where you would
1117 like to set ``DEBUG_TYPE``, but only for one specific ``DEBUG`` statement.  It
1118 takes an additional first parameter, which is the type to use.  For example, the
1119 preceding example could be written as:
1121 .. code-block:: c++
1123   DEBUG_WITH_TYPE("foo", dbgs() << "'foo' debug type\n");
1124   DEBUG_WITH_TYPE("bar", dbgs() << "'bar' debug type\n");
1126 .. _Statistic:
1128 The ``Statistic`` class & ``-stats`` option
1129 -------------------------------------------
1131 The ``llvm/ADT/Statistic.h`` (`doxygen
1132 <http://llvm.org/doxygen/Statistic_8h_source.html>`__) file provides a class
1133 named ``Statistic`` that is used as a unified way to keep track of what the LLVM
1134 compiler is doing and how effective various optimizations are.  It is useful to
1135 see what optimizations are contributing to making a particular program run
1136 faster.
1138 Often you may run your pass on some big program, and you're interested to see
1139 how many times it makes a certain transformation.  Although you can do this with
1140 hand inspection, or some ad-hoc method, this is a real pain and not very useful
1141 for big programs.  Using the ``Statistic`` class makes it very easy to keep
1142 track of this information, and the calculated information is presented in a
1143 uniform manner with the rest of the passes being executed.
1145 There are many examples of ``Statistic`` uses, but the basics of using it are as
1146 follows:
1148 Define your statistic like this:
1150 .. code-block:: c++
1152   #define DEBUG_TYPE "mypassname"   // This goes before any #includes.
1153   STATISTIC(NumXForms, "The # of times I did stuff");
1155 The ``STATISTIC`` macro defines a static variable, whose name is specified by
1156 the first argument.  The pass name is taken from the ``DEBUG_TYPE`` macro, and
1157 the description is taken from the second argument.  The variable defined
1158 ("NumXForms" in this case) acts like an unsigned integer.
1160 Whenever you make a transformation, bump the counter:
1162 .. code-block:: c++
1164   ++NumXForms;   // I did stuff!
1166 That's all you have to do.  To get '``opt``' to print out the statistics
1167 gathered, use the '``-stats``' option:
1169 .. code-block:: none
1171   $ opt -stats -mypassname < program.bc > /dev/null
1172   ... statistics output ...
1174 Note that in order to use the '``-stats``' option, LLVM must be
1175 compiled with assertions enabled.
1177 When running ``opt`` on a C file from the SPEC benchmark suite, it gives a
1178 report that looks like this:
1180 .. code-block:: none
1182    7646 bitcodewriter   - Number of normal instructions
1183     725 bitcodewriter   - Number of oversized instructions
1184  129996 bitcodewriter   - Number of bitcode bytes written
1185    2817 raise           - Number of insts DCEd or constprop'd
1186    3213 raise           - Number of cast-of-self removed
1187    5046 raise           - Number of expression trees converted
1188      75 raise           - Number of other getelementptr's formed
1189     138 raise           - Number of load/store peepholes
1190      42 deadtypeelim    - Number of unused typenames removed from symtab
1191     392 funcresolve     - Number of varargs functions resolved
1192      27 globaldce       - Number of global variables removed
1193       2 adce            - Number of basic blocks removed
1194     134 cee             - Number of branches revectored
1195      49 cee             - Number of setcc instruction eliminated
1196     532 gcse            - Number of loads removed
1197    2919 gcse            - Number of instructions removed
1198      86 indvars         - Number of canonical indvars added
1199      87 indvars         - Number of aux indvars removed
1200      25 instcombine     - Number of dead inst eliminate
1201     434 instcombine     - Number of insts combined
1202     248 licm            - Number of load insts hoisted
1203    1298 licm            - Number of insts hoisted to a loop pre-header
1204       3 licm            - Number of insts hoisted to multiple loop preds (bad, no loop pre-header)
1205      75 mem2reg         - Number of alloca's promoted
1206    1444 cfgsimplify     - Number of blocks simplified
1208 Obviously, with so many optimizations, having a unified framework for this stuff
1209 is very nice.  Making your pass fit well into the framework makes it more
1210 maintainable and useful.
1212 .. _DebugCounters:
1214 Adding debug counters to aid in debugging your code
1215 ---------------------------------------------------
1217 Sometimes, when writing new passes, or trying to track down bugs, it
1218 is useful to be able to control whether certain things in your pass
1219 happen or not.  For example, there are times the minimization tooling
1220 can only easily give you large testcases.  You would like to narrow
1221 your bug down to a specific transformation happening or not happening,
1222 automatically, using bisection.  This is where debug counters help.
1223 They provide a framework for making parts of your code only execute a
1224 certain number of times.
1226 The ``llvm/Support/DebugCounter.h`` (`doxygen
1227 <http://llvm.org/doxygen/DebugCounter_8h_source.html>`__) file
1228 provides a class named ``DebugCounter`` that can be used to create
1229 command line counter options that control execution of parts of your code.
1231 Define your DebugCounter like this:
1233 .. code-block:: c++
1235   DEBUG_COUNTER(DeleteAnInstruction, "passname-delete-instruction",
1236                 "Controls which instructions get delete");
1238 The ``DEBUG_COUNTER`` macro defines a static variable, whose name
1239 is specified by the first argument.  The name of the counter
1240 (which is used on the command line) is specified by the second
1241 argument, and the description used in the help is specified by the
1242 third argument.
1244 Whatever code you want that control, use ``DebugCounter::shouldExecute`` to control it.
1246 .. code-block:: c++
1248   if (DebugCounter::shouldExecute(DeleteAnInstruction))
1249     I->eraseFromParent();
1251 That's all you have to do.  Now, using opt, you can control when this code triggers using
1252 the '``--debug-counter``' option.  There are two counters provided, ``skip`` and ``count``.
1253 ``skip`` is the number of times to skip execution of the codepath.  ``count`` is the number
1254 of times, once we are done skipping, to execute the codepath.
1256 .. code-block:: none
1258   $ opt --debug-counter=passname-delete-instruction-skip=1,passname-delete-instruction-count=2 -passname
1260 This will skip the above code the first time we hit it, then execute it twice, then skip the rest of the executions.
1262 So if executed on the following code:
1264 .. code-block:: llvm
1266   %1 = add i32 %a, %b
1267   %2 = add i32 %a, %b
1268   %3 = add i32 %a, %b
1269   %4 = add i32 %a, %b
1271 It would delete number ``%2`` and ``%3``.
1273 A utility is provided in `utils/bisect-skip-count` to binary search
1274 skip and count arguments. It can be used to automatically minimize the
1275 skip and count for a debug-counter variable.
1277 .. _ViewGraph:
1279 Viewing graphs while debugging code
1280 -----------------------------------
1282 Several of the important data structures in LLVM are graphs: for example CFGs
1283 made out of LLVM :ref:`BasicBlocks <BasicBlock>`, CFGs made out of LLVM
1284 :ref:`MachineBasicBlocks <MachineBasicBlock>`, and :ref:`Instruction Selection
1285 DAGs <SelectionDAG>`.  In many cases, while debugging various parts of the
1286 compiler, it is nice to instantly visualize these graphs.
1288 LLVM provides several callbacks that are available in a debug build to do
1289 exactly that.  If you call the ``Function::viewCFG()`` method, for example, the
1290 current LLVM tool will pop up a window containing the CFG for the function where
1291 each basic block is a node in the graph, and each node contains the instructions
1292 in the block.  Similarly, there also exists ``Function::viewCFGOnly()`` (does
1293 not include the instructions), the ``MachineFunction::viewCFG()`` and
1294 ``MachineFunction::viewCFGOnly()``, and the ``SelectionDAG::viewGraph()``
1295 methods.  Within GDB, for example, you can usually use something like ``call
1296 DAG.viewGraph()`` to pop up a window.  Alternatively, you can sprinkle calls to
1297 these functions in your code in places you want to debug.
1299 Getting this to work requires a small amount of setup.  On Unix systems
1300 with X11, install the `graphviz <http://www.graphviz.org>`_ toolkit, and make
1301 sure 'dot' and 'gv' are in your path.  If you are running on Mac OS X, download
1302 and install the Mac OS X `Graphviz program
1303 <http://www.pixelglow.com/graphviz/>`_ and add
1304 ``/Applications/Graphviz.app/Contents/MacOS/`` (or wherever you install it) to
1305 your path. The programs need not be present when configuring, building or
1306 running LLVM and can simply be installed when needed during an active debug
1307 session.
1309 ``SelectionDAG`` has been extended to make it easier to locate *interesting*
1310 nodes in large complex graphs.  From gdb, if you ``call DAG.setGraphColor(node,
1311 "color")``, then the next ``call DAG.viewGraph()`` would highlight the node in
1312 the specified color (choices of colors can be found at `colors
1313 <http://www.graphviz.org/doc/info/colors.html>`_.) More complex node attributes
1314 can be provided with ``call DAG.setGraphAttrs(node, "attributes")`` (choices can
1315 be found at `Graph attributes <http://www.graphviz.org/doc/info/attrs.html>`_.)
1316 If you want to restart and clear all the current graph attributes, then you can
1317 ``call DAG.clearGraphAttrs()``.
1319 Note that graph visualization features are compiled out of Release builds to
1320 reduce file size.  This means that you need a Debug+Asserts or Release+Asserts
1321 build to use these features.
1323 .. _datastructure:
1325 Picking the Right Data Structure for a Task
1326 ===========================================
1328 LLVM has a plethora of data structures in the ``llvm/ADT/`` directory, and we
1329 commonly use STL data structures.  This section describes the trade-offs you
1330 should consider when you pick one.
1332 The first step is a choose your own adventure: do you want a sequential
1333 container, a set-like container, or a map-like container?  The most important
1334 thing when choosing a container is the algorithmic properties of how you plan to
1335 access the container.  Based on that, you should use:
1338 * a :ref:`map-like <ds_map>` container if you need efficient look-up of a
1339   value based on another value.  Map-like containers also support efficient
1340   queries for containment (whether a key is in the map).  Map-like containers
1341   generally do not support efficient reverse mapping (values to keys).  If you
1342   need that, use two maps.  Some map-like containers also support efficient
1343   iteration through the keys in sorted order.  Map-like containers are the most
1344   expensive sort, only use them if you need one of these capabilities.
1346 * a :ref:`set-like <ds_set>` container if you need to put a bunch of stuff into
1347   a container that automatically eliminates duplicates.  Some set-like
1348   containers support efficient iteration through the elements in sorted order.
1349   Set-like containers are more expensive than sequential containers.
1351 * a :ref:`sequential <ds_sequential>` container provides the most efficient way
1352   to add elements and keeps track of the order they are added to the collection.
1353   They permit duplicates and support efficient iteration, but do not support
1354   efficient look-up based on a key.
1356 * a :ref:`string <ds_string>` container is a specialized sequential container or
1357   reference structure that is used for character or byte arrays.
1359 * a :ref:`bit <ds_bit>` container provides an efficient way to store and
1360   perform set operations on sets of numeric id's, while automatically
1361   eliminating duplicates.  Bit containers require a maximum of 1 bit for each
1362   identifier you want to store.
1364 Once the proper category of container is determined, you can fine tune the
1365 memory use, constant factors, and cache behaviors of access by intelligently
1366 picking a member of the category.  Note that constant factors and cache behavior
1367 can be a big deal.  If you have a vector that usually only contains a few
1368 elements (but could contain many), for example, it's much better to use
1369 :ref:`SmallVector <dss_smallvector>` than :ref:`vector <dss_vector>`.  Doing so
1370 avoids (relatively) expensive malloc/free calls, which dwarf the cost of adding
1371 the elements to the container.
1373 .. _ds_sequential:
1375 Sequential Containers (std::vector, std::list, etc)
1376 ---------------------------------------------------
1378 There are a variety of sequential containers available for you, based on your
1379 needs.  Pick the first in this section that will do what you want.
1381 .. _dss_arrayref:
1383 llvm/ADT/ArrayRef.h
1384 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1386 The ``llvm::ArrayRef`` class is the preferred class to use in an interface that
1387 accepts a sequential list of elements in memory and just reads from them.  By
1388 taking an ``ArrayRef``, the API can be passed a fixed size array, an
1389 ``std::vector``, an ``llvm::SmallVector`` and anything else that is contiguous
1390 in memory.
1392 .. _dss_fixedarrays:
1394 Fixed Size Arrays
1395 ^^^^^^^^^^^^^^^^^
1397 Fixed size arrays are very simple and very fast.  They are good if you know
1398 exactly how many elements you have, or you have a (low) upper bound on how many
1399 you have.
1401 .. _dss_heaparrays:
1403 Heap Allocated Arrays
1404 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1406 Heap allocated arrays (``new[]`` + ``delete[]``) are also simple.  They are good
1407 if the number of elements is variable, if you know how many elements you will
1408 need before the array is allocated, and if the array is usually large (if not,
1409 consider a :ref:`SmallVector <dss_smallvector>`).  The cost of a heap allocated
1410 array is the cost of the new/delete (aka malloc/free).  Also note that if you
1411 are allocating an array of a type with a constructor, the constructor and
1412 destructors will be run for every element in the array (re-sizable vectors only
1413 construct those elements actually used).
1415 .. _dss_tinyptrvector:
1417 llvm/ADT/TinyPtrVector.h
1418 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1420 ``TinyPtrVector<Type>`` is a highly specialized collection class that is
1421 optimized to avoid allocation in the case when a vector has zero or one
1422 elements.  It has two major restrictions: 1) it can only hold values of pointer
1423 type, and 2) it cannot hold a null pointer.
1425 Since this container is highly specialized, it is rarely used.
1427 .. _dss_smallvector:
1429 llvm/ADT/SmallVector.h
1430 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1432 ``SmallVector<Type, N>`` is a simple class that looks and smells just like
1433 ``vector<Type>``: it supports efficient iteration, lays out elements in memory
1434 order (so you can do pointer arithmetic between elements), supports efficient
1435 push_back/pop_back operations, supports efficient random access to its elements,
1436 etc.
1438 The main advantage of SmallVector is that it allocates space for some number of
1439 elements (N) **in the object itself**.  Because of this, if the SmallVector is
1440 dynamically smaller than N, no malloc is performed.  This can be a big win in
1441 cases where the malloc/free call is far more expensive than the code that
1442 fiddles around with the elements.
1444 This is good for vectors that are "usually small" (e.g. the number of
1445 predecessors/successors of a block is usually less than 8).  On the other hand,
1446 this makes the size of the SmallVector itself large, so you don't want to
1447 allocate lots of them (doing so will waste a lot of space).  As such,
1448 SmallVectors are most useful when on the stack.
1450 SmallVector also provides a nice portable and efficient replacement for
1451 ``alloca``.
1453 SmallVector has grown a few other minor advantages over std::vector, causing
1454 ``SmallVector<Type, 0>`` to be preferred over ``std::vector<Type>``.
1456 #. std::vector is exception-safe, and some implementations have pessimizations
1457    that copy elements when SmallVector would move them.
1459 #. SmallVector understands ``isPodLike<Type>`` and uses realloc aggressively.
1461 #. Many LLVM APIs take a SmallVectorImpl as an out parameter (see the note
1462    below).
1464 #. SmallVector with N equal to 0 is smaller than std::vector on 64-bit
1465    platforms, since it uses ``unsigned`` (instead of ``void*``) for its size
1466    and capacity.
1468 .. note::
1470    Prefer to use ``SmallVectorImpl<T>`` as a parameter type.
1472    In APIs that don't care about the "small size" (most?), prefer to use
1473    the ``SmallVectorImpl<T>`` class, which is basically just the "vector
1474    header" (and methods) without the elements allocated after it. Note that
1475    ``SmallVector<T, N>`` inherits from ``SmallVectorImpl<T>`` so the
1476    conversion is implicit and costs nothing. E.g.
1478    .. code-block:: c++
1480       // BAD: Clients cannot pass e.g. SmallVector<Foo, 4>.
1481       hardcodedSmallSize(SmallVector<Foo, 2> &Out);
1482       // GOOD: Clients can pass any SmallVector<Foo, N>.
1483       allowsAnySmallSize(SmallVectorImpl<Foo> &Out);
1485       void someFunc() {
1486         SmallVector<Foo, 8> Vec;
1487         hardcodedSmallSize(Vec); // Error.
1488         allowsAnySmallSize(Vec); // Works.
1489       }
1491    Even though it has "``Impl``" in the name, this is so widely used that
1492    it really isn't "private to the implementation" anymore. A name like
1493    ``SmallVectorHeader`` would be more appropriate.
1495 .. _dss_vector:
1497 <vector>
1498 ^^^^^^^^
1500 ``std::vector<T>`` is well loved and respected.  However, ``SmallVector<T, 0>``
1501 is often a better option due to the advantages listed above.  std::vector is
1502 still useful when you need to store more than ``UINT32_MAX`` elements or when
1503 interfacing with code that expects vectors :).
1505 One worthwhile note about std::vector: avoid code like this:
1507 .. code-block:: c++
1509   for ( ... ) {
1510      std::vector<foo> V;
1511      // make use of V.
1512   }
1514 Instead, write this as:
1516 .. code-block:: c++
1518   std::vector<foo> V;
1519   for ( ... ) {
1520      // make use of V.
1521      V.clear();
1522   }
1524 Doing so will save (at least) one heap allocation and free per iteration of the
1525 loop.
1527 .. _dss_deque:
1529 <deque>
1530 ^^^^^^^
1532 ``std::deque`` is, in some senses, a generalized version of ``std::vector``.
1533 Like ``std::vector``, it provides constant time random access and other similar
1534 properties, but it also provides efficient access to the front of the list.  It
1535 does not guarantee continuity of elements within memory.
1537 In exchange for this extra flexibility, ``std::deque`` has significantly higher
1538 constant factor costs than ``std::vector``.  If possible, use ``std::vector`` or
1539 something cheaper.
1541 .. _dss_list:
1543 <list>
1544 ^^^^^^
1546 ``std::list`` is an extremely inefficient class that is rarely useful.  It
1547 performs a heap allocation for every element inserted into it, thus having an
1548 extremely high constant factor, particularly for small data types.
1549 ``std::list`` also only supports bidirectional iteration, not random access
1550 iteration.
1552 In exchange for this high cost, std::list supports efficient access to both ends
1553 of the list (like ``std::deque``, but unlike ``std::vector`` or
1554 ``SmallVector``).  In addition, the iterator invalidation characteristics of
1555 std::list are stronger than that of a vector class: inserting or removing an
1556 element into the list does not invalidate iterator or pointers to other elements
1557 in the list.
1559 .. _dss_ilist:
1561 llvm/ADT/ilist.h
1562 ^^^^^^^^^^^^^^^^
1564 ``ilist<T>`` implements an 'intrusive' doubly-linked list.  It is intrusive,
1565 because it requires the element to store and provide access to the prev/next
1566 pointers for the list.
1568 ``ilist`` has the same drawbacks as ``std::list``, and additionally requires an
1569 ``ilist_traits`` implementation for the element type, but it provides some novel
1570 characteristics.  In particular, it can efficiently store polymorphic objects,
1571 the traits class is informed when an element is inserted or removed from the
1572 list, and ``ilist``\ s are guaranteed to support a constant-time splice
1573 operation.
1575 These properties are exactly what we want for things like ``Instruction``\ s and
1576 basic blocks, which is why these are implemented with ``ilist``\ s.
1578 Related classes of interest are explained in the following subsections:
1580 * :ref:`ilist_traits <dss_ilist_traits>`
1582 * :ref:`iplist <dss_iplist>`
1584 * :ref:`llvm/ADT/ilist_node.h <dss_ilist_node>`
1586 * :ref:`Sentinels <dss_ilist_sentinel>`
1588 .. _dss_packedvector:
1590 llvm/ADT/PackedVector.h
1591 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1593 Useful for storing a vector of values using only a few number of bits for each
1594 value.  Apart from the standard operations of a vector-like container, it can
1595 also perform an 'or' set operation.
1597 For example:
1599 .. code-block:: c++
1601   enum State {
1602       None = 0x0,
1603       FirstCondition = 0x1,
1604       SecondCondition = 0x2,
1605       Both = 0x3
1606   };
1608   State get() {
1609       PackedVector<State, 2> Vec1;
1610       Vec1.push_back(FirstCondition);
1612       PackedVector<State, 2> Vec2;
1613       Vec2.push_back(SecondCondition);
1615       Vec1 |= Vec2;
1616       return Vec1[0]; // returns 'Both'.
1617   }
1619 .. _dss_ilist_traits:
1621 ilist_traits
1622 ^^^^^^^^^^^^
1624 ``ilist_traits<T>`` is ``ilist<T>``'s customization mechanism. ``iplist<T>``
1625 (and consequently ``ilist<T>``) publicly derive from this traits class.
1627 .. _dss_iplist:
1629 iplist
1630 ^^^^^^
1632 ``iplist<T>`` is ``ilist<T>``'s base and as such supports a slightly narrower
1633 interface.  Notably, inserters from ``T&`` are absent.
1635 ``ilist_traits<T>`` is a public base of this class and can be used for a wide
1636 variety of customizations.
1638 .. _dss_ilist_node:
1640 llvm/ADT/ilist_node.h
1641 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1643 ``ilist_node<T>`` implements the forward and backward links that are expected
1644 by the ``ilist<T>`` (and analogous containers) in the default manner.
1646 ``ilist_node<T>``\ s are meant to be embedded in the node type ``T``, usually
1647 ``T`` publicly derives from ``ilist_node<T>``.
1649 .. _dss_ilist_sentinel:
1651 Sentinels
1652 ^^^^^^^^^
1654 ``ilist``\ s have another specialty that must be considered.  To be a good
1655 citizen in the C++ ecosystem, it needs to support the standard container
1656 operations, such as ``begin`` and ``end`` iterators, etc.  Also, the
1657 ``operator--`` must work correctly on the ``end`` iterator in the case of
1658 non-empty ``ilist``\ s.
1660 The only sensible solution to this problem is to allocate a so-called *sentinel*
1661 along with the intrusive list, which serves as the ``end`` iterator, providing
1662 the back-link to the last element.  However conforming to the C++ convention it
1663 is illegal to ``operator++`` beyond the sentinel and it also must not be
1664 dereferenced.
1666 These constraints allow for some implementation freedom to the ``ilist`` how to
1667 allocate and store the sentinel.  The corresponding policy is dictated by
1668 ``ilist_traits<T>``.  By default a ``T`` gets heap-allocated whenever the need
1669 for a sentinel arises.
1671 While the default policy is sufficient in most cases, it may break down when
1672 ``T`` does not provide a default constructor.  Also, in the case of many
1673 instances of ``ilist``\ s, the memory overhead of the associated sentinels is
1674 wasted.  To alleviate the situation with numerous and voluminous
1675 ``T``-sentinels, sometimes a trick is employed, leading to *ghostly sentinels*.
1677 Ghostly sentinels are obtained by specially-crafted ``ilist_traits<T>`` which
1678 superpose the sentinel with the ``ilist`` instance in memory.  Pointer
1679 arithmetic is used to obtain the sentinel, which is relative to the ``ilist``'s
1680 ``this`` pointer.  The ``ilist`` is augmented by an extra pointer, which serves
1681 as the back-link of the sentinel.  This is the only field in the ghostly
1682 sentinel which can be legally accessed.
1684 .. _dss_other:
1686 Other Sequential Container options
1687 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1689 Other STL containers are available, such as ``std::string``.
1691 There are also various STL adapter classes such as ``std::queue``,
1692 ``std::priority_queue``, ``std::stack``, etc.  These provide simplified access
1693 to an underlying container but don't affect the cost of the container itself.
1695 .. _ds_string:
1697 String-like containers
1698 ----------------------
1700 There are a variety of ways to pass around and use strings in C and C++, and
1701 LLVM adds a few new options to choose from.  Pick the first option on this list
1702 that will do what you need, they are ordered according to their relative cost.
1704 Note that it is generally preferred to *not* pass strings around as ``const
1705 char*``'s.  These have a number of problems, including the fact that they
1706 cannot represent embedded nul ("\0") characters, and do not have a length
1707 available efficiently.  The general replacement for '``const char*``' is
1708 StringRef.
1710 For more information on choosing string containers for APIs, please see
1711 :ref:`Passing Strings <string_apis>`.
1713 .. _dss_stringref:
1715 llvm/ADT/StringRef.h
1716 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1718 The StringRef class is a simple value class that contains a pointer to a
1719 character and a length, and is quite related to the :ref:`ArrayRef
1720 <dss_arrayref>` class (but specialized for arrays of characters).  Because
1721 StringRef carries a length with it, it safely handles strings with embedded nul
1722 characters in it, getting the length does not require a strlen call, and it even
1723 has very convenient APIs for slicing and dicing the character range that it
1724 represents.
1726 StringRef is ideal for passing simple strings around that are known to be live,
1727 either because they are C string literals, std::string, a C array, or a
1728 SmallVector.  Each of these cases has an efficient implicit conversion to
1729 StringRef, which doesn't result in a dynamic strlen being executed.
1731 StringRef has a few major limitations which make more powerful string containers
1732 useful:
1734 #. You cannot directly convert a StringRef to a 'const char*' because there is
1735    no way to add a trailing nul (unlike the .c_str() method on various stronger
1736    classes).
1738 #. StringRef doesn't own or keep alive the underlying string bytes.
1739    As such it can easily lead to dangling pointers, and is not suitable for
1740    embedding in datastructures in most cases (instead, use an std::string or
1741    something like that).
1743 #. For the same reason, StringRef cannot be used as the return value of a
1744    method if the method "computes" the result string.  Instead, use std::string.
1746 #. StringRef's do not allow you to mutate the pointed-to string bytes and it
1747    doesn't allow you to insert or remove bytes from the range.  For editing
1748    operations like this, it interoperates with the :ref:`Twine <dss_twine>`
1749    class.
1751 Because of its strengths and limitations, it is very common for a function to
1752 take a StringRef and for a method on an object to return a StringRef that points
1753 into some string that it owns.
1755 .. _dss_twine:
1757 llvm/ADT/Twine.h
1758 ^^^^^^^^^^^^^^^^
1760 The Twine class is used as an intermediary datatype for APIs that want to take a
1761 string that can be constructed inline with a series of concatenations.  Twine
1762 works by forming recursive instances of the Twine datatype (a simple value
1763 object) on the stack as temporary objects, linking them together into a tree
1764 which is then linearized when the Twine is consumed.  Twine is only safe to use
1765 as the argument to a function, and should always be a const reference, e.g.:
1767 .. code-block:: c++
1769   void foo(const Twine &T);
1770   ...
1771   StringRef X = ...
1772   unsigned i = ...
1773   foo(X + "." + Twine(i));
1775 This example forms a string like "blarg.42" by concatenating the values
1776 together, and does not form intermediate strings containing "blarg" or "blarg.".
1778 Because Twine is constructed with temporary objects on the stack, and because
1779 these instances are destroyed at the end of the current statement, it is an
1780 inherently dangerous API.  For example, this simple variant contains undefined
1781 behavior and will probably crash:
1783 .. code-block:: c++
1785   void foo(const Twine &T);
1786   ...
1787   StringRef X = ...
1788   unsigned i = ...
1789   const Twine &Tmp = X + "." + Twine(i);
1790   foo(Tmp);
1792 ... because the temporaries are destroyed before the call.  That said, Twine's
1793 are much more efficient than intermediate std::string temporaries, and they work
1794 really well with StringRef.  Just be aware of their limitations.
1796 .. _dss_smallstring:
1798 llvm/ADT/SmallString.h
1799 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1801 SmallString is a subclass of :ref:`SmallVector <dss_smallvector>` that adds some
1802 convenience APIs like += that takes StringRef's.  SmallString avoids allocating
1803 memory in the case when the preallocated space is enough to hold its data, and
1804 it calls back to general heap allocation when required.  Since it owns its data,
1805 it is very safe to use and supports full mutation of the string.
1807 Like SmallVector's, the big downside to SmallString is their sizeof.  While they
1808 are optimized for small strings, they themselves are not particularly small.
1809 This means that they work great for temporary scratch buffers on the stack, but
1810 should not generally be put into the heap: it is very rare to see a SmallString
1811 as the member of a frequently-allocated heap data structure or returned
1812 by-value.
1814 .. _dss_stdstring:
1816 std::string
1817 ^^^^^^^^^^^
1819 The standard C++ std::string class is a very general class that (like
1820 SmallString) owns its underlying data.  sizeof(std::string) is very reasonable
1821 so it can be embedded into heap data structures and returned by-value.  On the
1822 other hand, std::string is highly inefficient for inline editing (e.g.
1823 concatenating a bunch of stuff together) and because it is provided by the
1824 standard library, its performance characteristics depend a lot of the host
1825 standard library (e.g. libc++ and MSVC provide a highly optimized string class,
1826 GCC contains a really slow implementation).
1828 The major disadvantage of std::string is that almost every operation that makes
1829 them larger can allocate memory, which is slow.  As such, it is better to use
1830 SmallVector or Twine as a scratch buffer, but then use std::string to persist
1831 the result.
1833 .. _ds_set:
1835 Set-Like Containers (std::set, SmallSet, SetVector, etc)
1836 --------------------------------------------------------
1838 Set-like containers are useful when you need to canonicalize multiple values
1839 into a single representation.  There are several different choices for how to do
1840 this, providing various trade-offs.
1842 .. _dss_sortedvectorset:
1844 A sorted 'vector'
1845 ^^^^^^^^^^^^^^^^^
1847 If you intend to insert a lot of elements, then do a lot of queries, a great
1848 approach is to use an std::vector (or other sequential container) with
1849 std::sort+std::unique to remove duplicates.  This approach works really well if
1850 your usage pattern has these two distinct phases (insert then query), and can be
1851 coupled with a good choice of :ref:`sequential container <ds_sequential>`.
1853 This combination provides the several nice properties: the result data is
1854 contiguous in memory (good for cache locality), has few allocations, is easy to
1855 address (iterators in the final vector are just indices or pointers), and can be
1856 efficiently queried with a standard binary search (e.g.
1857 ``std::lower_bound``; if you want the whole range of elements comparing
1858 equal, use ``std::equal_range``).
1860 .. _dss_smallset:
1862 llvm/ADT/SmallSet.h
1863 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1865 If you have a set-like data structure that is usually small and whose elements
1866 are reasonably small, a ``SmallSet<Type, N>`` is a good choice.  This set has
1867 space for N elements in place (thus, if the set is dynamically smaller than N,
1868 no malloc traffic is required) and accesses them with a simple linear search.
1869 When the set grows beyond N elements, it allocates a more expensive
1870 representation that guarantees efficient access (for most types, it falls back
1871 to :ref:`std::set <dss_set>`, but for pointers it uses something far better,
1872 :ref:`SmallPtrSet <dss_smallptrset>`.
1874 The magic of this class is that it handles small sets extremely efficiently, but
1875 gracefully handles extremely large sets without loss of efficiency.
1877 .. _dss_smallptrset:
1879 llvm/ADT/SmallPtrSet.h
1880 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1882 ``SmallPtrSet`` has all the advantages of ``SmallSet`` (and a ``SmallSet`` of
1883 pointers is transparently implemented with a ``SmallPtrSet``). If more than N
1884 insertions are performed, a single quadratically probed hash table is allocated
1885 and grows as needed, providing extremely efficient access (constant time
1886 insertion/deleting/queries with low constant factors) and is very stingy with
1887 malloc traffic.
1889 Note that, unlike :ref:`std::set <dss_set>`, the iterators of ``SmallPtrSet``
1890 are invalidated whenever an insertion occurs.  Also, the values visited by the
1891 iterators are not visited in sorted order.
1893 .. _dss_stringset:
1895 llvm/ADT/StringSet.h
1896 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1898 ``StringSet`` is a thin wrapper around :ref:`StringMap\<char\> <dss_stringmap>`,
1899 and it allows efficient storage and retrieval of unique strings.
1901 Functionally analogous to ``SmallSet<StringRef>``, ``StringSet`` also supports
1902 iteration. (The iterator dereferences to a ``StringMapEntry<char>``, so you
1903 need to call ``i->getKey()`` to access the item of the StringSet.)  On the
1904 other hand, ``StringSet`` doesn't support range-insertion and
1905 copy-construction, which :ref:`SmallSet <dss_smallset>` and :ref:`SmallPtrSet
1906 <dss_smallptrset>` do support.
1908 .. _dss_denseset:
1910 llvm/ADT/DenseSet.h
1911 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1913 DenseSet is a simple quadratically probed hash table.  It excels at supporting
1914 small values: it uses a single allocation to hold all of the pairs that are
1915 currently inserted in the set.  DenseSet is a great way to unique small values
1916 that are not simple pointers (use :ref:`SmallPtrSet <dss_smallptrset>` for
1917 pointers).  Note that DenseSet has the same requirements for the value type that
1918 :ref:`DenseMap <dss_densemap>` has.
1920 .. _dss_sparseset:
1922 llvm/ADT/SparseSet.h
1923 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1925 SparseSet holds a small number of objects identified by unsigned keys of
1926 moderate size.  It uses a lot of memory, but provides operations that are almost
1927 as fast as a vector.  Typical keys are physical registers, virtual registers, or
1928 numbered basic blocks.
1930 SparseSet is useful for algorithms that need very fast clear/find/insert/erase
1931 and fast iteration over small sets.  It is not intended for building composite
1932 data structures.
1934 .. _dss_sparsemultiset:
1936 llvm/ADT/SparseMultiSet.h
1937 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1939 SparseMultiSet adds multiset behavior to SparseSet, while retaining SparseSet's
1940 desirable attributes. Like SparseSet, it typically uses a lot of memory, but
1941 provides operations that are almost as fast as a vector.  Typical keys are
1942 physical registers, virtual registers, or numbered basic blocks.
1944 SparseMultiSet is useful for algorithms that need very fast
1945 clear/find/insert/erase of the entire collection, and iteration over sets of
1946 elements sharing a key. It is often a more efficient choice than using composite
1947 data structures (e.g. vector-of-vectors, map-of-vectors). It is not intended for
1948 building composite data structures.
1950 .. _dss_FoldingSet:
1952 llvm/ADT/FoldingSet.h
1953 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1955 FoldingSet is an aggregate class that is really good at uniquing
1956 expensive-to-create or polymorphic objects.  It is a combination of a chained
1957 hash table with intrusive links (uniqued objects are required to inherit from
1958 FoldingSetNode) that uses :ref:`SmallVector <dss_smallvector>` as part of its ID
1959 process.
1961 Consider a case where you want to implement a "getOrCreateFoo" method for a
1962 complex object (for example, a node in the code generator).  The client has a
1963 description of **what** it wants to generate (it knows the opcode and all the
1964 operands), but we don't want to 'new' a node, then try inserting it into a set
1965 only to find out it already exists, at which point we would have to delete it
1966 and return the node that already exists.
1968 To support this style of client, FoldingSet perform a query with a
1969 FoldingSetNodeID (which wraps SmallVector) that can be used to describe the
1970 element that we want to query for.  The query either returns the element
1971 matching the ID or it returns an opaque ID that indicates where insertion should
1972 take place.  Construction of the ID usually does not require heap traffic.
1974 Because FoldingSet uses intrusive links, it can support polymorphic objects in
1975 the set (for example, you can have SDNode instances mixed with LoadSDNodes).
1976 Because the elements are individually allocated, pointers to the elements are
1977 stable: inserting or removing elements does not invalidate any pointers to other
1978 elements.
1980 .. _dss_set:
1982 <set>
1983 ^^^^^
1985 ``std::set`` is a reasonable all-around set class, which is decent at many
1986 things but great at nothing.  std::set allocates memory for each element
1987 inserted (thus it is very malloc intensive) and typically stores three pointers
1988 per element in the set (thus adding a large amount of per-element space
1989 overhead).  It offers guaranteed log(n) performance, which is not particularly
1990 fast from a complexity standpoint (particularly if the elements of the set are
1991 expensive to compare, like strings), and has extremely high constant factors for
1992 lookup, insertion and removal.
1994 The advantages of std::set are that its iterators are stable (deleting or
1995 inserting an element from the set does not affect iterators or pointers to other
1996 elements) and that iteration over the set is guaranteed to be in sorted order.
1997 If the elements in the set are large, then the relative overhead of the pointers
1998 and malloc traffic is not a big deal, but if the elements of the set are small,
1999 std::set is almost never a good choice.
2001 .. _dss_setvector:
2003 llvm/ADT/SetVector.h
2004 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2006 LLVM's ``SetVector<Type>`` is an adapter class that combines your choice of a
2007 set-like container along with a :ref:`Sequential Container <ds_sequential>` The
2008 important property that this provides is efficient insertion with uniquing
2009 (duplicate elements are ignored) with iteration support.  It implements this by
2010 inserting elements into both a set-like container and the sequential container,
2011 using the set-like container for uniquing and the sequential container for
2012 iteration.
2014 The difference between SetVector and other sets is that the order of iteration
2015 is guaranteed to match the order of insertion into the SetVector.  This property
2016 is really important for things like sets of pointers.  Because pointer values
2017 are non-deterministic (e.g. vary across runs of the program on different
2018 machines), iterating over the pointers in the set will not be in a well-defined
2019 order.
2021 The drawback of SetVector is that it requires twice as much space as a normal
2022 set and has the sum of constant factors from the set-like container and the
2023 sequential container that it uses.  Use it **only** if you need to iterate over
2024 the elements in a deterministic order.  SetVector is also expensive to delete
2025 elements out of (linear time), unless you use its "pop_back" method, which is
2026 faster.
2028 ``SetVector`` is an adapter class that defaults to using ``std::vector`` and a
2029 size 16 ``SmallSet`` for the underlying containers, so it is quite expensive.
2030 However, ``"llvm/ADT/SetVector.h"`` also provides a ``SmallSetVector`` class,
2031 which defaults to using a ``SmallVector`` and ``SmallSet`` of a specified size.
2032 If you use this, and if your sets are dynamically smaller than ``N``, you will
2033 save a lot of heap traffic.
2035 .. _dss_uniquevector:
2037 llvm/ADT/UniqueVector.h
2038 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2040 UniqueVector is similar to :ref:`SetVector <dss_setvector>` but it retains a
2041 unique ID for each element inserted into the set.  It internally contains a map
2042 and a vector, and it assigns a unique ID for each value inserted into the set.
2044 UniqueVector is very expensive: its cost is the sum of the cost of maintaining
2045 both the map and vector, it has high complexity, high constant factors, and
2046 produces a lot of malloc traffic.  It should be avoided.
2048 .. _dss_immutableset:
2050 llvm/ADT/ImmutableSet.h
2051 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2053 ImmutableSet is an immutable (functional) set implementation based on an AVL
2054 tree.  Adding or removing elements is done through a Factory object and results
2055 in the creation of a new ImmutableSet object.  If an ImmutableSet already exists
2056 with the given contents, then the existing one is returned; equality is compared
2057 with a FoldingSetNodeID.  The time and space complexity of add or remove
2058 operations is logarithmic in the size of the original set.
2060 There is no method for returning an element of the set, you can only check for
2061 membership.
2063 .. _dss_otherset:
2065 Other Set-Like Container Options
2066 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2068 The STL provides several other options, such as std::multiset and the various
2069 "hash_set" like containers (whether from C++ TR1 or from the SGI library).  We
2070 never use hash_set and unordered_set because they are generally very expensive
2071 (each insertion requires a malloc) and very non-portable.
2073 std::multiset is useful if you're not interested in elimination of duplicates,
2074 but has all the drawbacks of :ref:`std::set <dss_set>`.  A sorted vector
2075 (where you don't delete duplicate entries) or some other approach is almost
2076 always better.
2078 .. _ds_map:
2080 Map-Like Containers (std::map, DenseMap, etc)
2081 ---------------------------------------------
2083 Map-like containers are useful when you want to associate data to a key.  As
2084 usual, there are a lot of different ways to do this. :)
2086 .. _dss_sortedvectormap:
2088 A sorted 'vector'
2089 ^^^^^^^^^^^^^^^^^
2091 If your usage pattern follows a strict insert-then-query approach, you can
2092 trivially use the same approach as :ref:`sorted vectors for set-like containers
2093 <dss_sortedvectorset>`.  The only difference is that your query function (which
2094 uses std::lower_bound to get efficient log(n) lookup) should only compare the
2095 key, not both the key and value.  This yields the same advantages as sorted
2096 vectors for sets.
2098 .. _dss_stringmap:
2100 llvm/ADT/StringMap.h
2101 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2103 Strings are commonly used as keys in maps, and they are difficult to support
2104 efficiently: they are variable length, inefficient to hash and compare when
2105 long, expensive to copy, etc.  StringMap is a specialized container designed to
2106 cope with these issues.  It supports mapping an arbitrary range of bytes to an
2107 arbitrary other object.
2109 The StringMap implementation uses a quadratically-probed hash table, where the
2110 buckets store a pointer to the heap allocated entries (and some other stuff).
2111 The entries in the map must be heap allocated because the strings are variable
2112 length.  The string data (key) and the element object (value) are stored in the
2113 same allocation with the string data immediately after the element object.
2114 This container guarantees the "``(char*)(&Value+1)``" points to the key string
2115 for a value.
2117 The StringMap is very fast for several reasons: quadratic probing is very cache
2118 efficient for lookups, the hash value of strings in buckets is not recomputed
2119 when looking up an element, StringMap rarely has to touch the memory for
2120 unrelated objects when looking up a value (even when hash collisions happen),
2121 hash table growth does not recompute the hash values for strings already in the
2122 table, and each pair in the map is store in a single allocation (the string data
2123 is stored in the same allocation as the Value of a pair).
2125 StringMap also provides query methods that take byte ranges, so it only ever
2126 copies a string if a value is inserted into the table.
2128 StringMap iteration order, however, is not guaranteed to be deterministic, so
2129 any uses which require that should instead use a std::map.
2131 .. _dss_indexmap:
2133 llvm/ADT/IndexedMap.h
2134 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2136 IndexedMap is a specialized container for mapping small dense integers (or
2137 values that can be mapped to small dense integers) to some other type.  It is
2138 internally implemented as a vector with a mapping function that maps the keys
2139 to the dense integer range.
2141 This is useful for cases like virtual registers in the LLVM code generator: they
2142 have a dense mapping that is offset by a compile-time constant (the first
2143 virtual register ID).
2145 .. _dss_densemap:
2147 llvm/ADT/DenseMap.h
2148 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2150 DenseMap is a simple quadratically probed hash table.  It excels at supporting
2151 small keys and values: it uses a single allocation to hold all of the pairs
2152 that are currently inserted in the map.  DenseMap is a great way to map
2153 pointers to pointers, or map other small types to each other.
2155 There are several aspects of DenseMap that you should be aware of, however.
2156 The iterators in a DenseMap are invalidated whenever an insertion occurs,
2157 unlike map.  Also, because DenseMap allocates space for a large number of
2158 key/value pairs (it starts with 64 by default), it will waste a lot of space if
2159 your keys or values are large.  Finally, you must implement a partial
2160 specialization of DenseMapInfo for the key that you want, if it isn't already
2161 supported.  This is required to tell DenseMap about two special marker values
2162 (which can never be inserted into the map) that it needs internally.
2164 DenseMap's find_as() method supports lookup operations using an alternate key
2165 type.  This is useful in cases where the normal key type is expensive to
2166 construct, but cheap to compare against.  The DenseMapInfo is responsible for
2167 defining the appropriate comparison and hashing methods for each alternate key
2168 type used.
2170 .. _dss_valuemap:
2172 llvm/IR/ValueMap.h
2173 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2175 ValueMap is a wrapper around a :ref:`DenseMap <dss_densemap>` mapping
2176 ``Value*``\ s (or subclasses) to another type.  When a Value is deleted or
2177 RAUW'ed, ValueMap will update itself so the new version of the key is mapped to
2178 the same value, just as if the key were a WeakVH.  You can configure exactly how
2179 this happens, and what else happens on these two events, by passing a ``Config``
2180 parameter to the ValueMap template.
2182 .. _dss_intervalmap:
2184 llvm/ADT/IntervalMap.h
2185 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2187 IntervalMap is a compact map for small keys and values.  It maps key intervals
2188 instead of single keys, and it will automatically coalesce adjacent intervals.
2189 When the map only contains a few intervals, they are stored in the map object
2190 itself to avoid allocations.
2192 The IntervalMap iterators are quite big, so they should not be passed around as
2193 STL iterators.  The heavyweight iterators allow a smaller data structure.
2195 .. _dss_map:
2197 <map>
2198 ^^^^^
2200 std::map has similar characteristics to :ref:`std::set <dss_set>`: it uses a
2201 single allocation per pair inserted into the map, it offers log(n) lookup with
2202 an extremely large constant factor, imposes a space penalty of 3 pointers per
2203 pair in the map, etc.
2205 std::map is most useful when your keys or values are very large, if you need to
2206 iterate over the collection in sorted order, or if you need stable iterators
2207 into the map (i.e. they don't get invalidated if an insertion or deletion of
2208 another element takes place).
2210 .. _dss_mapvector:
2212 llvm/ADT/MapVector.h
2213 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2215 ``MapVector<KeyT,ValueT>`` provides a subset of the DenseMap interface.  The
2216 main difference is that the iteration order is guaranteed to be the insertion
2217 order, making it an easy (but somewhat expensive) solution for non-deterministic
2218 iteration over maps of pointers.
2220 It is implemented by mapping from key to an index in a vector of key,value
2221 pairs.  This provides fast lookup and iteration, but has two main drawbacks:
2222 the key is stored twice and removing elements takes linear time.  If it is
2223 necessary to remove elements, it's best to remove them in bulk using
2224 ``remove_if()``.
2226 .. _dss_inteqclasses:
2228 llvm/ADT/IntEqClasses.h
2229 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2231 IntEqClasses provides a compact representation of equivalence classes of small
2232 integers.  Initially, each integer in the range 0..n-1 has its own equivalence
2233 class.  Classes can be joined by passing two class representatives to the
2234 join(a, b) method.  Two integers are in the same class when findLeader() returns
2235 the same representative.
2237 Once all equivalence classes are formed, the map can be compressed so each
2238 integer 0..n-1 maps to an equivalence class number in the range 0..m-1, where m
2239 is the total number of equivalence classes.  The map must be uncompressed before
2240 it can be edited again.
2242 .. _dss_immutablemap:
2244 llvm/ADT/ImmutableMap.h
2245 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2247 ImmutableMap is an immutable (functional) map implementation based on an AVL
2248 tree.  Adding or removing elements is done through a Factory object and results
2249 in the creation of a new ImmutableMap object.  If an ImmutableMap already exists
2250 with the given key set, then the existing one is returned; equality is compared
2251 with a FoldingSetNodeID.  The time and space complexity of add or remove
2252 operations is logarithmic in the size of the original map.
2254 .. _dss_othermap:
2256 Other Map-Like Container Options
2257 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2259 The STL provides several other options, such as std::multimap and the various
2260 "hash_map" like containers (whether from C++ TR1 or from the SGI library).  We
2261 never use hash_set and unordered_set because they are generally very expensive
2262 (each insertion requires a malloc) and very non-portable.
2264 std::multimap is useful if you want to map a key to multiple values, but has all
2265 the drawbacks of std::map.  A sorted vector or some other approach is almost
2266 always better.
2268 .. _ds_bit:
2270 Bit storage containers (BitVector, SparseBitVector)
2271 ---------------------------------------------------
2273 Unlike the other containers, there are only two bit storage containers, and
2274 choosing when to use each is relatively straightforward.
2276 One additional option is ``std::vector<bool>``: we discourage its use for two
2277 reasons 1) the implementation in many common compilers (e.g.  commonly
2278 available versions of GCC) is extremely inefficient and 2) the C++ standards
2279 committee is likely to deprecate this container and/or change it significantly
2280 somehow.  In any case, please don't use it.
2282 .. _dss_bitvector:
2284 BitVector
2285 ^^^^^^^^^
2287 The BitVector container provides a dynamic size set of bits for manipulation.
2288 It supports individual bit setting/testing, as well as set operations.  The set
2289 operations take time O(size of bitvector), but operations are performed one word
2290 at a time, instead of one bit at a time.  This makes the BitVector very fast for
2291 set operations compared to other containers.  Use the BitVector when you expect
2292 the number of set bits to be high (i.e. a dense set).
2294 .. _dss_smallbitvector:
2296 SmallBitVector
2297 ^^^^^^^^^^^^^^
2299 The SmallBitVector container provides the same interface as BitVector, but it is
2300 optimized for the case where only a small number of bits, less than 25 or so,
2301 are needed.  It also transparently supports larger bit counts, but slightly less
2302 efficiently than a plain BitVector, so SmallBitVector should only be used when
2303 larger counts are rare.
2305 At this time, SmallBitVector does not support set operations (and, or, xor), and
2306 its operator[] does not provide an assignable lvalue.
2308 .. _dss_sparsebitvector:
2310 SparseBitVector
2311 ^^^^^^^^^^^^^^^
2313 The SparseBitVector container is much like BitVector, with one major difference:
2314 Only the bits that are set, are stored.  This makes the SparseBitVector much
2315 more space efficient than BitVector when the set is sparse, as well as making
2316 set operations O(number of set bits) instead of O(size of universe).  The
2317 downside to the SparseBitVector is that setting and testing of random bits is
2318 O(N), and on large SparseBitVectors, this can be slower than BitVector.  In our
2319 implementation, setting or testing bits in sorted order (either forwards or
2320 reverse) is O(1) worst case.  Testing and setting bits within 128 bits (depends
2321 on size) of the current bit is also O(1).  As a general statement,
2322 testing/setting bits in a SparseBitVector is O(distance away from last set bit).
2324 .. _debugging:
2326 Debugging
2327 =========
2329 A handful of `GDB pretty printers
2330 <https://sourceware.org/gdb/onlinedocs/gdb/Pretty-Printing.html>`__ are
2331 provided for some of the core LLVM libraries. To use them, execute the
2332 following (or add it to your ``~/.gdbinit``)::
2334   source /path/to/llvm/src/utils/gdb-scripts/prettyprinters.py
2336 It also might be handy to enable the `print pretty
2337 <http://ftp.gnu.org/old-gnu/Manuals/gdb/html_node/gdb_57.html>`__ option to
2338 avoid data structures being printed as a big block of text.
2340 .. _common:
2342 Helpful Hints for Common Operations
2343 ===================================
2345 This section describes how to perform some very simple transformations of LLVM
2346 code.  This is meant to give examples of common idioms used, showing the
2347 practical side of LLVM transformations.
2349 Because this is a "how-to" section, you should also read about the main classes
2350 that you will be working with.  The :ref:`Core LLVM Class Hierarchy Reference
2351 <coreclasses>` contains details and descriptions of the main classes that you
2352 should know about.
2354 .. _inspection:
2356 Basic Inspection and Traversal Routines
2357 ---------------------------------------
2359 The LLVM compiler infrastructure have many different data structures that may be
2360 traversed.  Following the example of the C++ standard template library, the
2361 techniques used to traverse these various data structures are all basically the
2362 same.  For a enumerable sequence of values, the ``XXXbegin()`` function (or
2363 method) returns an iterator to the start of the sequence, the ``XXXend()``
2364 function returns an iterator pointing to one past the last valid element of the
2365 sequence, and there is some ``XXXiterator`` data type that is common between the
2366 two operations.
2368 Because the pattern for iteration is common across many different aspects of the
2369 program representation, the standard template library algorithms may be used on
2370 them, and it is easier to remember how to iterate.  First we show a few common
2371 examples of the data structures that need to be traversed.  Other data
2372 structures are traversed in very similar ways.
2374 .. _iterate_function:
2376 Iterating over the ``BasicBlock`` in a ``Function``
2377 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2379 It's quite common to have a ``Function`` instance that you'd like to transform
2380 in some way; in particular, you'd like to manipulate its ``BasicBlock``\ s.  To
2381 facilitate this, you'll need to iterate over all of the ``BasicBlock``\ s that
2382 constitute the ``Function``.  The following is an example that prints the name
2383 of a ``BasicBlock`` and the number of ``Instruction``\ s it contains:
2385 .. code-block:: c++
2387   Function &Func = ...
2388   for (BasicBlock &BB : Func)
2389     // Print out the name of the basic block if it has one, and then the
2390     // number of instructions that it contains
2391     errs() << "Basic block (name=" << BB.getName() << ") has "
2392                << BB.size() << " instructions.\n";
2394 .. _iterate_basicblock:
2396 Iterating over the ``Instruction`` in a ``BasicBlock``
2397 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2399 Just like when dealing with ``BasicBlock``\ s in ``Function``\ s, it's easy to
2400 iterate over the individual instructions that make up ``BasicBlock``\ s.  Here's
2401 a code snippet that prints out each instruction in a ``BasicBlock``:
2403 .. code-block:: c++
2405   BasicBlock& BB = ...
2406   for (Instruction &I : BB)
2407      // The next statement works since operator<<(ostream&,...)
2408      // is overloaded for Instruction&
2409      errs() << I << "\n";
2412 However, this isn't really the best way to print out the contents of a
2413 ``BasicBlock``!  Since the ostream operators are overloaded for virtually
2414 anything you'll care about, you could have just invoked the print routine on the
2415 basic block itself: ``errs() << BB << "\n";``.
2417 .. _iterate_insiter:
2419 Iterating over the ``Instruction`` in a ``Function``
2420 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2422 If you're finding that you commonly iterate over a ``Function``'s
2423 ``BasicBlock``\ s and then that ``BasicBlock``'s ``Instruction``\ s,
2424 ``InstIterator`` should be used instead.  You'll need to include
2425 ``llvm/IR/InstIterator.h`` (`doxygen
2426 <http://llvm.org/doxygen/InstIterator_8h.html>`__) and then instantiate
2427 ``InstIterator``\ s explicitly in your code.  Here's a small example that shows
2428 how to dump all instructions in a function to the standard error stream:
2430 .. code-block:: c++
2432   #include "llvm/IR/InstIterator.h"
2434   // F is a pointer to a Function instance
2435   for (inst_iterator I = inst_begin(F), E = inst_end(F); I != E; ++I)
2436     errs() << *I << "\n";
2438 Easy, isn't it?  You can also use ``InstIterator``\ s to fill a work list with
2439 its initial contents.  For example, if you wanted to initialize a work list to
2440 contain all instructions in a ``Function`` F, all you would need to do is
2441 something like:
2443 .. code-block:: c++
2445   std::set<Instruction*> worklist;
2446   // or better yet, SmallPtrSet<Instruction*, 64> worklist;
2448   for (inst_iterator I = inst_begin(F), E = inst_end(F); I != E; ++I)
2449     worklist.insert(&*I);
2451 The STL set ``worklist`` would now contain all instructions in the ``Function``
2452 pointed to by F.
2454 .. _iterate_convert:
2456 Turning an iterator into a class pointer (and vice-versa)
2457 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2459 Sometimes, it'll be useful to grab a reference (or pointer) to a class instance
2460 when all you've got at hand is an iterator.  Well, extracting a reference or a
2461 pointer from an iterator is very straight-forward.  Assuming that ``i`` is a
2462 ``BasicBlock::iterator`` and ``j`` is a ``BasicBlock::const_iterator``:
2464 .. code-block:: c++
2466   Instruction& inst = *i;   // Grab reference to instruction reference
2467   Instruction* pinst = &*i; // Grab pointer to instruction reference
2468   const Instruction& inst = *j;
2470 However, the iterators you'll be working with in the LLVM framework are special:
2471 they will automatically convert to a ptr-to-instance type whenever they need to.
2472 Instead of dereferencing the iterator and then taking the address of the result,
2473 you can simply assign the iterator to the proper pointer type and you get the
2474 dereference and address-of operation as a result of the assignment (behind the
2475 scenes, this is a result of overloading casting mechanisms).  Thus the second
2476 line of the last example,
2478 .. code-block:: c++
2480   Instruction *pinst = &*i;
2482 is semantically equivalent to
2484 .. code-block:: c++
2486   Instruction *pinst = i;
2488 It's also possible to turn a class pointer into the corresponding iterator, and
2489 this is a constant time operation (very efficient).  The following code snippet
2490 illustrates use of the conversion constructors provided by LLVM iterators.  By
2491 using these, you can explicitly grab the iterator of something without actually
2492 obtaining it via iteration over some structure:
2494 .. code-block:: c++
2496   void printNextInstruction(Instruction* inst) {
2497     BasicBlock::iterator it(inst);
2498     ++it; // After this line, it refers to the instruction after *inst
2499     if (it != inst->getParent()->end()) errs() << *it << "\n";
2500   }
2502 Unfortunately, these implicit conversions come at a cost; they prevent these
2503 iterators from conforming to standard iterator conventions, and thus from being
2504 usable with standard algorithms and containers.  For example, they prevent the
2505 following code, where ``B`` is a ``BasicBlock``, from compiling:
2507 .. code-block:: c++
2509   llvm::SmallVector<llvm::Instruction *, 16>(B->begin(), B->end());
2511 Because of this, these implicit conversions may be removed some day, and
2512 ``operator*`` changed to return a pointer instead of a reference.
2514 .. _iterate_complex:
2516 Finding call sites: a slightly more complex example
2517 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2519 Say that you're writing a FunctionPass and would like to count all the locations
2520 in the entire module (that is, across every ``Function``) where a certain
2521 function (i.e., some ``Function *``) is already in scope.  As you'll learn
2522 later, you may want to use an ``InstVisitor`` to accomplish this in a much more
2523 straight-forward manner, but this example will allow us to explore how you'd do
2524 it if you didn't have ``InstVisitor`` around.  In pseudo-code, this is what we
2525 want to do:
2527 .. code-block:: none
2529   initialize callCounter to zero
2530   for each Function f in the Module
2531     for each BasicBlock b in f
2532       for each Instruction i in b
2533         if (i is a CallInst and calls the given function)
2534           increment callCounter
2536 And the actual code is (remember, because we're writing a ``FunctionPass``, our
2537 ``FunctionPass``-derived class simply has to override the ``runOnFunction``
2538 method):
2540 .. code-block:: c++
2542   Function* targetFunc = ...;
2544   class OurFunctionPass : public FunctionPass {
2545     public:
2546       OurFunctionPass(): callCounter(0) { }
2548       virtual runOnFunction(Function& F) {
2549         for (BasicBlock &B : F) {
2550           for (Instruction &I: B) {
2551             if (auto *CallInst = dyn_cast<CallInst>(&I)) {
2552               // We know we've encountered a call instruction, so we
2553               // need to determine if it's a call to the
2554               // function pointed to by m_func or not.
2555               if (CallInst->getCalledFunction() == targetFunc)
2556                 ++callCounter;
2557             }
2558           }
2559         }
2560       }
2562     private:
2563       unsigned callCounter;
2564   };
2566 .. _calls_and_invokes:
2568 Treating calls and invokes the same way
2569 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2571 You may have noticed that the previous example was a bit oversimplified in that
2572 it did not deal with call sites generated by 'invoke' instructions.  In this,
2573 and in other situations, you may find that you want to treat ``CallInst``\ s and
2574 ``InvokeInst``\ s the same way, even though their most-specific common base
2575 class is ``Instruction``, which includes lots of less closely-related things.
2576 For these cases, LLVM provides a handy wrapper class called ``CallSite``
2577 (`doxygen <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1CallSite.html>`__) It is
2578 essentially a wrapper around an ``Instruction`` pointer, with some methods that
2579 provide functionality common to ``CallInst``\ s and ``InvokeInst``\ s.
2581 This class has "value semantics": it should be passed by value, not by reference
2582 and it should not be dynamically allocated or deallocated using ``operator new``
2583 or ``operator delete``.  It is efficiently copyable, assignable and
2584 constructable, with costs equivalents to that of a bare pointer.  If you look at
2585 its definition, it has only a single pointer member.
2587 .. _iterate_chains:
2589 Iterating over def-use & use-def chains
2590 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2592 Frequently, we might have an instance of the ``Value`` class (`doxygen
2593 <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Value.html>`__) and we want to determine
2594 which ``User`` s use the ``Value``.  The list of all ``User``\ s of a particular
2595 ``Value`` is called a *def-use* chain.  For example, let's say we have a
2596 ``Function*`` named ``F`` to a particular function ``foo``.  Finding all of the
2597 instructions that *use* ``foo`` is as simple as iterating over the *def-use*
2598 chain of ``F``:
2600 .. code-block:: c++
2602   Function *F = ...;
2604   for (User *U : F->users()) {
2605     if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(U)) {
2606       errs() << "F is used in instruction:\n";
2607       errs() << *Inst << "\n";
2608     }
2610 Alternatively, it's common to have an instance of the ``User`` Class (`doxygen
2611 <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1User.html>`__) and need to know what
2612 ``Value``\ s are used by it.  The list of all ``Value``\ s used by a ``User`` is
2613 known as a *use-def* chain.  Instances of class ``Instruction`` are common
2614 ``User`` s, so we might want to iterate over all of the values that a particular
2615 instruction uses (that is, the operands of the particular ``Instruction``):
2617 .. code-block:: c++
2619   Instruction *pi = ...;
2621   for (Use &U : pi->operands()) {
2622     Value *v = U.get();
2623     // ...
2624   }
2626 Declaring objects as ``const`` is an important tool of enforcing mutation free
2627 algorithms (such as analyses, etc.).  For this purpose above iterators come in
2628 constant flavors as ``Value::const_use_iterator`` and
2629 ``Value::const_op_iterator``.  They automatically arise when calling
2630 ``use/op_begin()`` on ``const Value*``\ s or ``const User*``\ s respectively.
2631 Upon dereferencing, they return ``const Use*``\ s.  Otherwise the above patterns
2632 remain unchanged.
2634 .. _iterate_preds:
2636 Iterating over predecessors & successors of blocks
2637 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2639 Iterating over the predecessors and successors of a block is quite easy with the
2640 routines defined in ``"llvm/IR/CFG.h"``.  Just use code like this to
2641 iterate over all predecessors of BB:
2643 .. code-block:: c++
2645   #include "llvm/IR/CFG.h"
2646   BasicBlock *BB = ...;
2648   for (BasicBlock *Pred : predecessors(BB)) {
2649     // ...
2650   }
2652 Similarly, to iterate over successors use ``successors``.
2654 .. _simplechanges:
2656 Making simple changes
2657 ---------------------
2659 There are some primitive transformation operations present in the LLVM
2660 infrastructure that are worth knowing about.  When performing transformations,
2661 it's fairly common to manipulate the contents of basic blocks.  This section
2662 describes some of the common methods for doing so and gives example code.
2664 .. _schanges_creating:
2666 Creating and inserting new ``Instruction``\ s
2667 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2669 *Instantiating Instructions*
2671 Creation of ``Instruction``\ s is straight-forward: simply call the constructor
2672 for the kind of instruction to instantiate and provide the necessary parameters.
2673 For example, an ``AllocaInst`` only *requires* a (const-ptr-to) ``Type``.  Thus:
2675 .. code-block:: c++
2677   auto *ai = new AllocaInst(Type::Int32Ty);
2679 will create an ``AllocaInst`` instance that represents the allocation of one
2680 integer in the current stack frame, at run time.  Each ``Instruction`` subclass
2681 is likely to have varying default parameters which change the semantics of the
2682 instruction, so refer to the `doxygen documentation for the subclass of
2683 Instruction <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Instruction.html>`_ that
2684 you're interested in instantiating.
2686 *Naming values*
2688 It is very useful to name the values of instructions when you're able to, as
2689 this facilitates the debugging of your transformations.  If you end up looking
2690 at generated LLVM machine code, you definitely want to have logical names
2691 associated with the results of instructions!  By supplying a value for the
2692 ``Name`` (default) parameter of the ``Instruction`` constructor, you associate a
2693 logical name with the result of the instruction's execution at run time.  For
2694 example, say that I'm writing a transformation that dynamically allocates space
2695 for an integer on the stack, and that integer is going to be used as some kind
2696 of index by some other code.  To accomplish this, I place an ``AllocaInst`` at
2697 the first point in the first ``BasicBlock`` of some ``Function``, and I'm
2698 intending to use it within the same ``Function``.  I might do:
2700 .. code-block:: c++
2702   auto *pa = new AllocaInst(Type::Int32Ty, 0, "indexLoc");
2704 where ``indexLoc`` is now the logical name of the instruction's execution value,
2705 which is a pointer to an integer on the run time stack.
2707 *Inserting instructions*
2709 There are essentially three ways to insert an ``Instruction`` into an existing
2710 sequence of instructions that form a ``BasicBlock``:
2712 * Insertion into an explicit instruction list
2714   Given a ``BasicBlock* pb``, an ``Instruction* pi`` within that ``BasicBlock``,
2715   and a newly-created instruction we wish to insert before ``*pi``, we do the
2716   following:
2718   .. code-block:: c++
2720       BasicBlock *pb = ...;
2721       Instruction *pi = ...;
2722       auto *newInst = new Instruction(...);
2724       pb->getInstList().insert(pi, newInst); // Inserts newInst before pi in pb
2726   Appending to the end of a ``BasicBlock`` is so common that the ``Instruction``
2727   class and ``Instruction``-derived classes provide constructors which take a
2728   pointer to a ``BasicBlock`` to be appended to.  For example code that looked
2729   like:
2731   .. code-block:: c++
2733     BasicBlock *pb = ...;
2734     auto *newInst = new Instruction(...);
2736     pb->getInstList().push_back(newInst); // Appends newInst to pb
2738   becomes:
2740   .. code-block:: c++
2742     BasicBlock *pb = ...;
2743     auto *newInst = new Instruction(..., pb);
2745   which is much cleaner, especially if you are creating long instruction
2746   streams.
2748 * Insertion into an implicit instruction list
2750   ``Instruction`` instances that are already in ``BasicBlock``\ s are implicitly
2751   associated with an existing instruction list: the instruction list of the
2752   enclosing basic block.  Thus, we could have accomplished the same thing as the
2753   above code without being given a ``BasicBlock`` by doing:
2755   .. code-block:: c++
2757     Instruction *pi = ...;
2758     auto *newInst = new Instruction(...);
2760     pi->getParent()->getInstList().insert(pi, newInst);
2762   In fact, this sequence of steps occurs so frequently that the ``Instruction``
2763   class and ``Instruction``-derived classes provide constructors which take (as
2764   a default parameter) a pointer to an ``Instruction`` which the newly-created
2765   ``Instruction`` should precede.  That is, ``Instruction`` constructors are
2766   capable of inserting the newly-created instance into the ``BasicBlock`` of a
2767   provided instruction, immediately before that instruction.  Using an
2768   ``Instruction`` constructor with a ``insertBefore`` (default) parameter, the
2769   above code becomes:
2771   .. code-block:: c++
2773     Instruction* pi = ...;
2774     auto *newInst = new Instruction(..., pi);
2776   which is much cleaner, especially if you're creating a lot of instructions and
2777   adding them to ``BasicBlock``\ s.
2779 * Insertion using an instance of ``IRBuilder``
2781   Inserting several ``Instruction``\ s can be quite laborious using the previous
2782   methods. The ``IRBuilder`` is a convenience class that can be used to add
2783   several instructions to the end of a ``BasicBlock`` or before a particular
2784   ``Instruction``. It also supports constant folding and renaming named
2785   registers (see ``IRBuilder``'s template arguments).
2787   The example below demonstrates a very simple use of the ``IRBuilder`` where
2788   three instructions are inserted before the instruction ``pi``. The first two
2789   instructions are Call instructions and third instruction multiplies the return
2790   value of the two calls.
2792   .. code-block:: c++
2794     Instruction *pi = ...;
2795     IRBuilder<> Builder(pi);
2796     CallInst* callOne = Builder.CreateCall(...);
2797     CallInst* callTwo = Builder.CreateCall(...);
2798     Value* result = Builder.CreateMul(callOne, callTwo);
2800   The example below is similar to the above example except that the created
2801   ``IRBuilder`` inserts instructions at the end of the ``BasicBlock`` ``pb``.
2803   .. code-block:: c++
2805     BasicBlock *pb = ...;
2806     IRBuilder<> Builder(pb);
2807     CallInst* callOne = Builder.CreateCall(...);
2808     CallInst* callTwo = Builder.CreateCall(...);
2809     Value* result = Builder.CreateMul(callOne, callTwo);
2811   See :doc:`tutorial/LangImpl03` for a practical use of the ``IRBuilder``.
2814 .. _schanges_deleting:
2816 Deleting Instructions
2817 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2819 Deleting an instruction from an existing sequence of instructions that form a
2820 BasicBlock_ is very straight-forward: just call the instruction's
2821 ``eraseFromParent()`` method.  For example:
2823 .. code-block:: c++
2825   Instruction *I = .. ;
2826   I->eraseFromParent();
2828 This unlinks the instruction from its containing basic block and deletes it.  If
2829 you'd just like to unlink the instruction from its containing basic block but
2830 not delete it, you can use the ``removeFromParent()`` method.
2832 .. _schanges_replacing:
2834 Replacing an Instruction with another Value
2835 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2837 Replacing individual instructions
2838 """""""""""""""""""""""""""""""""
2840 Including "`llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h
2841 <http://llvm.org/doxygen/BasicBlockUtils_8h_source.html>`_" permits use of two
2842 very useful replace functions: ``ReplaceInstWithValue`` and
2843 ``ReplaceInstWithInst``.
2845 .. _schanges_deleting_sub:
2847 Deleting Instructions
2848 """""""""""""""""""""
2850 * ``ReplaceInstWithValue``
2852   This function replaces all uses of a given instruction with a value, and then
2853   removes the original instruction.  The following example illustrates the
2854   replacement of the result of a particular ``AllocaInst`` that allocates memory
2855   for a single integer with a null pointer to an integer.
2857   .. code-block:: c++
2859     AllocaInst* instToReplace = ...;
2860     BasicBlock::iterator ii(instToReplace);
2862     ReplaceInstWithValue(instToReplace->getParent()->getInstList(), ii,
2863                          Constant::getNullValue(PointerType::getUnqual(Type::Int32Ty)));
2865 * ``ReplaceInstWithInst``
2867   This function replaces a particular instruction with another instruction,
2868   inserting the new instruction into the basic block at the location where the
2869   old instruction was, and replacing any uses of the old instruction with the
2870   new instruction.  The following example illustrates the replacement of one
2871   ``AllocaInst`` with another.
2873   .. code-block:: c++
2875     AllocaInst* instToReplace = ...;
2876     BasicBlock::iterator ii(instToReplace);
2878     ReplaceInstWithInst(instToReplace->getParent()->getInstList(), ii,
2879                         new AllocaInst(Type::Int32Ty, 0, "ptrToReplacedInt"));
2882 Replacing multiple uses of Users and Values
2883 """""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
2885 You can use ``Value::replaceAllUsesWith`` and ``User::replaceUsesOfWith`` to
2886 change more than one use at a time.  See the doxygen documentation for the
2887 `Value Class <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Value.html>`_ and `User Class
2888 <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1User.html>`_, respectively, for more
2889 information.
2891 .. _schanges_deletingGV:
2893 Deleting GlobalVariables
2894 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2896 Deleting a global variable from a module is just as easy as deleting an
2897 Instruction.  First, you must have a pointer to the global variable that you
2898 wish to delete.  You use this pointer to erase it from its parent, the module.
2899 For example:
2901 .. code-block:: c++
2903   GlobalVariable *GV = .. ;
2905   GV->eraseFromParent();
2908 .. _create_types:
2910 How to Create Types
2911 -------------------
2913 In generating IR, you may need some complex types.  If you know these types
2914 statically, you can use ``TypeBuilder<...>::get()``, defined in
2915 ``llvm/Support/TypeBuilder.h``, to retrieve them.  ``TypeBuilder`` has two forms
2916 depending on whether you're building types for cross-compilation or native
2917 library use.  ``TypeBuilder<T, true>`` requires that ``T`` be independent of the
2918 host environment, meaning that it's built out of types from the ``llvm::types``
2919 (`doxygen <http://llvm.org/doxygen/namespacellvm_1_1types.html>`__) namespace
2920 and pointers, functions, arrays, etc. built of those.  ``TypeBuilder<T, false>``
2921 additionally allows native C types whose size may depend on the host compiler.
2922 For example,
2924 .. code-block:: c++
2926   FunctionType *ft = TypeBuilder<types::i<8>(types::i<32>*), true>::get();
2928 is easier to read and write than the equivalent
2930 .. code-block:: c++
2932   std::vector<const Type*> params;
2933   params.push_back(PointerType::getUnqual(Type::Int32Ty));
2934   FunctionType *ft = FunctionType::get(Type::Int8Ty, params, false);
2936 See the `class comment
2937 <http://llvm.org/doxygen/TypeBuilder_8h_source.html#l00001>`_ for more details.
2939 .. _threading:
2941 Threads and LLVM
2942 ================
2944 This section describes the interaction of the LLVM APIs with multithreading,
2945 both on the part of client applications, and in the JIT, in the hosted
2946 application.
2948 Note that LLVM's support for multithreading is still relatively young.  Up
2949 through version 2.5, the execution of threaded hosted applications was
2950 supported, but not threaded client access to the APIs.  While this use case is
2951 now supported, clients *must* adhere to the guidelines specified below to ensure
2952 proper operation in multithreaded mode.
2954 Note that, on Unix-like platforms, LLVM requires the presence of GCC's atomic
2955 intrinsics in order to support threaded operation.  If you need a
2956 multhreading-capable LLVM on a platform without a suitably modern system
2957 compiler, consider compiling LLVM and LLVM-GCC in single-threaded mode, and
2958 using the resultant compiler to build a copy of LLVM with multithreading
2959 support.
2961 .. _shutdown:
2963 Ending Execution with ``llvm_shutdown()``
2964 -----------------------------------------
2966 When you are done using the LLVM APIs, you should call ``llvm_shutdown()`` to
2967 deallocate memory used for internal structures.
2969 .. _managedstatic:
2971 Lazy Initialization with ``ManagedStatic``
2972 ------------------------------------------
2974 ``ManagedStatic`` is a utility class in LLVM used to implement static
2975 initialization of static resources, such as the global type tables.  In a
2976 single-threaded environment, it implements a simple lazy initialization scheme.
2977 When LLVM is compiled with support for multi-threading, however, it uses
2978 double-checked locking to implement thread-safe lazy initialization.
2980 .. _llvmcontext:
2982 Achieving Isolation with ``LLVMContext``
2983 ----------------------------------------
2985 ``LLVMContext`` is an opaque class in the LLVM API which clients can use to
2986 operate multiple, isolated instances of LLVM concurrently within the same
2987 address space.  For instance, in a hypothetical compile-server, the compilation
2988 of an individual translation unit is conceptually independent from all the
2989 others, and it would be desirable to be able to compile incoming translation
2990 units concurrently on independent server threads.  Fortunately, ``LLVMContext``
2991 exists to enable just this kind of scenario!
2993 Conceptually, ``LLVMContext`` provides isolation.  Every LLVM entity
2994 (``Module``\ s, ``Value``\ s, ``Type``\ s, ``Constant``\ s, etc.) in LLVM's
2995 in-memory IR belongs to an ``LLVMContext``.  Entities in different contexts
2996 *cannot* interact with each other: ``Module``\ s in different contexts cannot be
2997 linked together, ``Function``\ s cannot be added to ``Module``\ s in different
2998 contexts, etc.  What this means is that is safe to compile on multiple
2999 threads simultaneously, as long as no two threads operate on entities within the
3000 same context.
3002 In practice, very few places in the API require the explicit specification of a
3003 ``LLVMContext``, other than the ``Type`` creation/lookup APIs.  Because every
3004 ``Type`` carries a reference to its owning context, most other entities can
3005 determine what context they belong to by looking at their own ``Type``.  If you
3006 are adding new entities to LLVM IR, please try to maintain this interface
3007 design.
3009 .. _jitthreading:
3011 Threads and the JIT
3012 -------------------
3014 LLVM's "eager" JIT compiler is safe to use in threaded programs.  Multiple
3015 threads can call ``ExecutionEngine::getPointerToFunction()`` or
3016 ``ExecutionEngine::runFunction()`` concurrently, and multiple threads can run
3017 code output by the JIT concurrently.  The user must still ensure that only one
3018 thread accesses IR in a given ``LLVMContext`` while another thread might be
3019 modifying it.  One way to do that is to always hold the JIT lock while accessing
3020 IR outside the JIT (the JIT *modifies* the IR by adding ``CallbackVH``\ s).
3021 Another way is to only call ``getPointerToFunction()`` from the
3022 ``LLVMContext``'s thread.
3024 When the JIT is configured to compile lazily (using
3025 ``ExecutionEngine::DisableLazyCompilation(false)``), there is currently a `race
3026 condition <https://bugs.llvm.org/show_bug.cgi?id=5184>`_ in updating call sites
3027 after a function is lazily-jitted.  It's still possible to use the lazy JIT in a
3028 threaded program if you ensure that only one thread at a time can call any
3029 particular lazy stub and that the JIT lock guards any IR access, but we suggest
3030 using only the eager JIT in threaded programs.
3032 .. _advanced:
3034 Advanced Topics
3035 ===============
3037 This section describes some of the advanced or obscure API's that most clients
3038 do not need to be aware of.  These API's tend manage the inner workings of the
3039 LLVM system, and only need to be accessed in unusual circumstances.
3041 .. _SymbolTable:
3043 The ``ValueSymbolTable`` class
3044 ------------------------------
3046 The ``ValueSymbolTable`` (`doxygen
3047 <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1ValueSymbolTable.html>`__) class provides
3048 a symbol table that the :ref:`Function <c_Function>` and Module_ classes use for
3049 naming value definitions.  The symbol table can provide a name for any Value_.
3051 Note that the ``SymbolTable`` class should not be directly accessed by most
3052 clients.  It should only be used when iteration over the symbol table names
3053 themselves are required, which is very special purpose.  Note that not all LLVM
3054 Value_\ s have names, and those without names (i.e. they have an empty name) do
3055 not exist in the symbol table.
3057 Symbol tables support iteration over the values in the symbol table with
3058 ``begin/end/iterator`` and supports querying to see if a specific name is in the
3059 symbol table (with ``lookup``).  The ``ValueSymbolTable`` class exposes no
3060 public mutator methods, instead, simply call ``setName`` on a value, which will
3061 autoinsert it into the appropriate symbol table.
3063 .. _UserLayout:
3065 The ``User`` and owned ``Use`` classes' memory layout
3066 -----------------------------------------------------
3068 The ``User`` (`doxygen <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1User.html>`__)
3069 class provides a basis for expressing the ownership of ``User`` towards other
3070 `Value instance <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Value.html>`_\ s.  The
3071 ``Use`` (`doxygen <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Use.html>`__) helper
3072 class is employed to do the bookkeeping and to facilitate *O(1)* addition and
3073 removal.
3075 .. _Use2User:
3077 Interaction and relationship between ``User`` and ``Use`` objects
3078 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3080 A subclass of ``User`` can choose between incorporating its ``Use`` objects or
3081 refer to them out-of-line by means of a pointer.  A mixed variant (some ``Use``
3082 s inline others hung off) is impractical and breaks the invariant that the
3083 ``Use`` objects belonging to the same ``User`` form a contiguous array.
3085 We have 2 different layouts in the ``User`` (sub)classes:
3087 * Layout a)
3089   The ``Use`` object(s) are inside (resp. at fixed offset) of the ``User``
3090   object and there are a fixed number of them.
3092 * Layout b)
3094   The ``Use`` object(s) are referenced by a pointer to an array from the
3095   ``User`` object and there may be a variable number of them.
3097 As of v2.4 each layout still possesses a direct pointer to the start of the
3098 array of ``Use``\ s.  Though not mandatory for layout a), we stick to this
3099 redundancy for the sake of simplicity.  The ``User`` object also stores the
3100 number of ``Use`` objects it has. (Theoretically this information can also be
3101 calculated given the scheme presented below.)
3103 Special forms of allocation operators (``operator new``) enforce the following
3104 memory layouts:
3106 * Layout a) is modelled by prepending the ``User`` object by the ``Use[]``
3107   array.
3109   .. code-block:: none
3111     ...---.---.---.---.-------...
3112       | P | P | P | P | User
3113     '''---'---'---'---'-------'''
3115 * Layout b) is modelled by pointing at the ``Use[]`` array.
3117   .. code-block:: none
3119     .-------...
3120     | User
3121     '-------'''
3122         |
3123         v
3124         .---.---.---.---...
3125         | P | P | P | P |
3126         '---'---'---'---'''
3128 *(In the above figures* '``P``' *stands for the* ``Use**`` *that is stored in
3129 each* ``Use`` *object in the member* ``Use::Prev`` *)*
3131 .. _Waymarking:
3133 The waymarking algorithm
3134 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3136 Since the ``Use`` objects are deprived of the direct (back)pointer to their
3137 ``User`` objects, there must be a fast and exact method to recover it.  This is
3138 accomplished by the following scheme:
3140 A bit-encoding in the 2 LSBits (least significant bits) of the ``Use::Prev``
3141 allows to find the start of the ``User`` object:
3143 * ``00`` --- binary digit 0
3145 * ``01`` --- binary digit 1
3147 * ``10`` --- stop and calculate (``s``)
3149 * ``11`` --- full stop (``S``)
3151 Given a ``Use*``, all we have to do is to walk till we get a stop and we either
3152 have a ``User`` immediately behind or we have to walk to the next stop picking
3153 up digits and calculating the offset:
3155 .. code-block:: none
3157   .---.---.---.---.---.---.---.---.---.---.---.---.---.---.---.---.----------------
3158   | 1 | s | 1 | 0 | 1 | 0 | s | 1 | 1 | 0 | s | 1 | 1 | s | 1 | S | User (or User*)
3159   '---'---'---'---'---'---'---'---'---'---'---'---'---'---'---'---'----------------
3160       |+15                |+10            |+6         |+3     |+1
3161       |                   |               |           |       | __>
3162       |                   |               |           | __________>
3163       |                   |               | ______________________>
3164       |                   | ______________________________________>
3165       | __________________________________________________________>
3167 Only the significant number of bits need to be stored between the stops, so that
3168 the *worst case is 20 memory accesses* when there are 1000 ``Use`` objects
3169 associated with a ``User``.
3171 .. _ReferenceImpl:
3173 Reference implementation
3174 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3176 The following literate Haskell fragment demonstrates the concept:
3178 .. code-block:: haskell
3180   > import Test.QuickCheck
3181   >
3182   > digits :: Int -> [Char] -> [Char]
3183   > digits 0 acc = '0' : acc
3184   > digits 1 acc = '1' : acc
3185   > digits n acc = digits (n `div` 2) $ digits (n `mod` 2) acc
3186   >
3187   > dist :: Int -> [Char] -> [Char]
3188   > dist 0 [] = ['S']
3189   > dist 0 acc = acc
3190   > dist 1 acc = let r = dist 0 acc in 's' : digits (length r) r
3191   > dist n acc = dist (n - 1) $ dist 1 acc
3192   >
3193   > takeLast n ss = reverse $ take n $ reverse ss
3194   >
3195   > test = takeLast 40 $ dist 20 []
3196   >
3198 Printing <test> gives: ``"1s100000s11010s10100s1111s1010s110s11s1S"``
3200 The reverse algorithm computes the length of the string just by examining a
3201 certain prefix:
3203 .. code-block:: haskell
3205   > pref :: [Char] -> Int
3206   > pref "S" = 1
3207   > pref ('s':'1':rest) = decode 2 1 rest
3208   > pref (_:rest) = 1 + pref rest
3209   >
3210   > decode walk acc ('0':rest) = decode (walk + 1) (acc * 2) rest
3211   > decode walk acc ('1':rest) = decode (walk + 1) (acc * 2 + 1) rest
3212   > decode walk acc _ = walk + acc
3213   >
3215 Now, as expected, printing <pref test> gives ``40``.
3217 We can *quickCheck* this with following property:
3219 .. code-block:: haskell
3221   > testcase = dist 2000 []
3222   > testcaseLength = length testcase
3223   >
3224   > identityProp n = n > 0 && n <= testcaseLength ==> length arr == pref arr
3225   >     where arr = takeLast n testcase
3226   >
3228 As expected <quickCheck identityProp> gives:
3232   *Main> quickCheck identityProp
3233   OK, passed 100 tests.
3235 Let's be a bit more exhaustive:
3237 .. code-block:: haskell
3239   >
3240   > deepCheck p = check (defaultConfig { configMaxTest = 500 }) p
3241   >
3243 And here is the result of <deepCheck identityProp>:
3247   *Main> deepCheck identityProp
3248   OK, passed 500 tests.
3250 .. _Tagging:
3252 Tagging considerations
3253 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3255 To maintain the invariant that the 2 LSBits of each ``Use**`` in ``Use`` never
3256 change after being set up, setters of ``Use::Prev`` must re-tag the new
3257 ``Use**`` on every modification.  Accordingly getters must strip the tag bits.
3259 For layout b) instead of the ``User`` we find a pointer (``User*`` with LSBit
3260 set).  Following this pointer brings us to the ``User``.  A portable trick
3261 ensures that the first bytes of ``User`` (if interpreted as a pointer) never has
3262 the LSBit set. (Portability is relying on the fact that all known compilers
3263 place the ``vptr`` in the first word of the instances.)
3265 .. _polymorphism:
3267 Designing Type Hiercharies and Polymorphic Interfaces
3268 -----------------------------------------------------
3270 There are two different design patterns that tend to result in the use of
3271 virtual dispatch for methods in a type hierarchy in C++ programs. The first is
3272 a genuine type hierarchy where different types in the hierarchy model
3273 a specific subset of the functionality and semantics, and these types nest
3274 strictly within each other. Good examples of this can be seen in the ``Value``
3275 or ``Type`` type hierarchies.
3277 A second is the desire to dispatch dynamically across a collection of
3278 polymorphic interface implementations. This latter use case can be modeled with
3279 virtual dispatch and inheritance by defining an abstract interface base class
3280 which all implementations derive from and override. However, this
3281 implementation strategy forces an **"is-a"** relationship to exist that is not
3282 actually meaningful. There is often not some nested hierarchy of useful
3283 generalizations which code might interact with and move up and down. Instead,
3284 there is a singular interface which is dispatched across a range of
3285 implementations.
3287 The preferred implementation strategy for the second use case is that of
3288 generic programming (sometimes called "compile-time duck typing" or "static
3289 polymorphism"). For example, a template over some type parameter ``T`` can be
3290 instantiated across any particular implementation that conforms to the
3291 interface or *concept*. A good example here is the highly generic properties of
3292 any type which models a node in a directed graph. LLVM models these primarily
3293 through templates and generic programming. Such templates include the
3294 ``LoopInfoBase`` and ``DominatorTreeBase``. When this type of polymorphism
3295 truly needs **dynamic** dispatch you can generalize it using a technique
3296 called *concept-based polymorphism*. This pattern emulates the interfaces and
3297 behaviors of templates using a very limited form of virtual dispatch for type
3298 erasure inside its implementation. You can find examples of this technique in
3299 the ``PassManager.h`` system, and there is a more detailed introduction to it
3300 by Sean Parent in several of his talks and papers:
3302 #. `Inheritance Is The Base Class of Evil
3303    <http://channel9.msdn.com/Events/GoingNative/2013/Inheritance-Is-The-Base-Class-of-Evil>`_
3304    - The GoingNative 2013 talk describing this technique, and probably the best
3305    place to start.
3306 #. `Value Semantics and Concepts-based Polymorphism
3307    <http://www.youtube.com/watch?v=_BpMYeUFXv8>`_ - The C++Now! 2012 talk
3308    describing this technique in more detail.
3309 #. `Sean Parent's Papers and Presentations
3310    <http://github.com/sean-parent/sean-parent.github.com/wiki/Papers-and-Presentations>`_
3311    - A Github project full of links to slides, video, and sometimes code.
3313 When deciding between creating a type hierarchy (with either tagged or virtual
3314 dispatch) and using templates or concepts-based polymorphism, consider whether
3315 there is some refinement of an abstract base class which is a semantically
3316 meaningful type on an interface boundary. If anything more refined than the
3317 root abstract interface is meaningless to talk about as a partial extension of
3318 the semantic model, then your use case likely fits better with polymorphism and
3319 you should avoid using virtual dispatch. However, there may be some exigent
3320 circumstances that require one technique or the other to be used.
3322 If you do need to introduce a type hierarchy, we prefer to use explicitly
3323 closed type hierarchies with manual tagged dispatch and/or RTTI rather than the
3324 open inheritance model and virtual dispatch that is more common in C++ code.
3325 This is because LLVM rarely encourages library consumers to extend its core
3326 types, and leverages the closed and tag-dispatched nature of its hierarchies to
3327 generate significantly more efficient code. We have also found that a large
3328 amount of our usage of type hierarchies fits better with tag-based pattern
3329 matching rather than dynamic dispatch across a common interface. Within LLVM we
3330 have built custom helpers to facilitate this design. See this document's
3331 section on :ref:`isa and dyn_cast <isa>` and our :doc:`detailed document
3332 <HowToSetUpLLVMStyleRTTI>` which describes how you can implement this
3333 pattern for use with the LLVM helpers.
3335 .. _abi_breaking_checks:
3337 ABI Breaking Checks
3338 -------------------
3340 Checks and asserts that alter the LLVM C++ ABI are predicated on the
3341 preprocessor symbol `LLVM_ENABLE_ABI_BREAKING_CHECKS` -- LLVM
3342 libraries built with `LLVM_ENABLE_ABI_BREAKING_CHECKS` are not ABI
3343 compatible LLVM libraries built without it defined.  By default,
3344 turning on assertions also turns on `LLVM_ENABLE_ABI_BREAKING_CHECKS`
3345 so a default +Asserts build is not ABI compatible with a
3346 default -Asserts build.  Clients that want ABI compatibility
3347 between +Asserts and -Asserts builds should use the CMake or autoconf
3348 build systems to set `LLVM_ENABLE_ABI_BREAKING_CHECKS` independently
3349 of `LLVM_ENABLE_ASSERTIONS`.
3351 .. _coreclasses:
3353 The Core LLVM Class Hierarchy Reference
3354 =======================================
3356 ``#include "llvm/IR/Type.h"``
3358 header source: `Type.h <http://llvm.org/doxygen/Type_8h_source.html>`_
3360 doxygen info: `Type Clases <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Type.html>`_
3362 The Core LLVM classes are the primary means of representing the program being
3363 inspected or transformed.  The core LLVM classes are defined in header files in
3364 the ``include/llvm/IR`` directory, and implemented in the ``lib/IR``
3365 directory. It's worth noting that, for historical reasons, this library is
3366 called ``libLLVMCore.so``, not ``libLLVMIR.so`` as you might expect.
3368 .. _Type:
3370 The Type class and Derived Types
3371 --------------------------------
3373 ``Type`` is a superclass of all type classes.  Every ``Value`` has a ``Type``.
3374 ``Type`` cannot be instantiated directly but only through its subclasses.
3375 Certain primitive types (``VoidType``, ``LabelType``, ``FloatType`` and
3376 ``DoubleType``) have hidden subclasses.  They are hidden because they offer no
3377 useful functionality beyond what the ``Type`` class offers except to distinguish
3378 themselves from other subclasses of ``Type``.
3380 All other types are subclasses of ``DerivedType``.  Types can be named, but this
3381 is not a requirement.  There exists exactly one instance of a given shape at any
3382 one time.  This allows type equality to be performed with address equality of
3383 the Type Instance.  That is, given two ``Type*`` values, the types are identical
3384 if the pointers are identical.
3386 .. _m_Type:
3388 Important Public Methods
3389 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3391 * ``bool isIntegerTy() const``: Returns true for any integer type.
3393 * ``bool isFloatingPointTy()``: Return true if this is one of the five
3394   floating point types.
3396 * ``bool isSized()``: Return true if the type has known size.  Things
3397   that don't have a size are abstract types, labels and void.
3399 .. _derivedtypes:
3401 Important Derived Types
3402 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3404 ``IntegerType``
3405   Subclass of DerivedType that represents integer types of any bit width.  Any
3406   bit width between ``IntegerType::MIN_INT_BITS`` (1) and
3407   ``IntegerType::MAX_INT_BITS`` (~8 million) can be represented.
3409   * ``static const IntegerType* get(unsigned NumBits)``: get an integer
3410     type of a specific bit width.
3412   * ``unsigned getBitWidth() const``: Get the bit width of an integer type.
3414 ``SequentialType``
3415   This is subclassed by ArrayType and VectorType.
3417   * ``const Type * getElementType() const``: Returns the type of each
3418     of the elements in the sequential type.
3420   * ``uint64_t getNumElements() const``: Returns the number of elements
3421     in the sequential type.
3423 ``ArrayType``
3424   This is a subclass of SequentialType and defines the interface for array
3425   types.
3427 ``PointerType``
3428   Subclass of Type for pointer types.
3430 ``VectorType``
3431   Subclass of SequentialType for vector types.  A vector type is similar to an
3432   ArrayType but is distinguished because it is a first class type whereas
3433   ArrayType is not.  Vector types are used for vector operations and are usually
3434   small vectors of an integer or floating point type.
3436 ``StructType``
3437   Subclass of DerivedTypes for struct types.
3439 .. _FunctionType:
3441 ``FunctionType``
3442   Subclass of DerivedTypes for function types.
3444   * ``bool isVarArg() const``: Returns true if it's a vararg function.
3446   * ``const Type * getReturnType() const``: Returns the return type of the
3447     function.
3449   * ``const Type * getParamType (unsigned i)``: Returns the type of the ith
3450     parameter.
3452   * ``const unsigned getNumParams() const``: Returns the number of formal
3453     parameters.
3455 .. _Module:
3457 The ``Module`` class
3458 --------------------
3460 ``#include "llvm/IR/Module.h"``
3462 header source: `Module.h <http://llvm.org/doxygen/Module_8h_source.html>`_
3464 doxygen info: `Module Class <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Module.html>`_
3466 The ``Module`` class represents the top level structure present in LLVM
3467 programs.  An LLVM module is effectively either a translation unit of the
3468 original program or a combination of several translation units merged by the
3469 linker.  The ``Module`` class keeps track of a list of :ref:`Function
3470 <c_Function>`\ s, a list of GlobalVariable_\ s, and a SymbolTable_.
3471 Additionally, it contains a few helpful member functions that try to make common
3472 operations easy.
3474 .. _m_Module:
3476 Important Public Members of the ``Module`` class
3477 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3479 * ``Module::Module(std::string name = "")``
3481   Constructing a Module_ is easy.  You can optionally provide a name for it
3482   (probably based on the name of the translation unit).
3484 * | ``Module::iterator`` - Typedef for function list iterator
3485   | ``Module::const_iterator`` - Typedef for const_iterator.
3486   | ``begin()``, ``end()``, ``size()``, ``empty()``
3488   These are forwarding methods that make it easy to access the contents of a
3489   ``Module`` object's :ref:`Function <c_Function>` list.
3491 * ``Module::FunctionListType &getFunctionList()``
3493   Returns the list of :ref:`Function <c_Function>`\ s.  This is necessary to use
3494   when you need to update the list or perform a complex action that doesn't have
3495   a forwarding method.
3497 ----------------
3499 * | ``Module::global_iterator`` - Typedef for global variable list iterator
3500   | ``Module::const_global_iterator`` - Typedef for const_iterator.
3501   | ``global_begin()``, ``global_end()``, ``global_size()``, ``global_empty()``
3503   These are forwarding methods that make it easy to access the contents of a
3504   ``Module`` object's GlobalVariable_ list.
3506 * ``Module::GlobalListType &getGlobalList()``
3508   Returns the list of GlobalVariable_\ s.  This is necessary to use when you
3509   need to update the list or perform a complex action that doesn't have a
3510   forwarding method.
3512 ----------------
3514 * ``SymbolTable *getSymbolTable()``
3516   Return a reference to the SymbolTable_ for this ``Module``.
3518 ----------------
3520 * ``Function *getFunction(StringRef Name) const``
3522   Look up the specified function in the ``Module`` SymbolTable_.  If it does not
3523   exist, return ``null``.
3525 * ``Function *getOrInsertFunction(const std::string &Name, const FunctionType
3526   *T)``
3528   Look up the specified function in the ``Module`` SymbolTable_.  If it does not
3529   exist, add an external declaration for the function and return it.
3531 * ``std::string getTypeName(const Type *Ty)``
3533   If there is at least one entry in the SymbolTable_ for the specified Type_,
3534   return it.  Otherwise return the empty string.
3536 * ``bool addTypeName(const std::string &Name, const Type *Ty)``
3538   Insert an entry in the SymbolTable_ mapping ``Name`` to ``Ty``.  If there is
3539   already an entry for this name, true is returned and the SymbolTable_ is not
3540   modified.
3542 .. _Value:
3544 The ``Value`` class
3545 -------------------
3547 ``#include "llvm/IR/Value.h"``
3549 header source: `Value.h <http://llvm.org/doxygen/Value_8h_source.html>`_
3551 doxygen info: `Value Class <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Value.html>`_
3553 The ``Value`` class is the most important class in the LLVM Source base.  It
3554 represents a typed value that may be used (among other things) as an operand to
3555 an instruction.  There are many different types of ``Value``\ s, such as
3556 Constant_\ s, Argument_\ s.  Even Instruction_\ s and :ref:`Function
3557 <c_Function>`\ s are ``Value``\ s.
3559 A particular ``Value`` may be used many times in the LLVM representation for a
3560 program.  For example, an incoming argument to a function (represented with an
3561 instance of the Argument_ class) is "used" by every instruction in the function
3562 that references the argument.  To keep track of this relationship, the ``Value``
3563 class keeps a list of all of the ``User``\ s that is using it (the User_ class
3564 is a base class for all nodes in the LLVM graph that can refer to ``Value``\ s).
3565 This use list is how LLVM represents def-use information in the program, and is
3566 accessible through the ``use_*`` methods, shown below.
3568 Because LLVM is a typed representation, every LLVM ``Value`` is typed, and this
3569 Type_ is available through the ``getType()`` method.  In addition, all LLVM
3570 values can be named.  The "name" of the ``Value`` is a symbolic string printed
3571 in the LLVM code:
3573 .. code-block:: llvm
3575   %foo = add i32 1, 2
3577 .. _nameWarning:
3579 The name of this instruction is "foo". **NOTE** that the name of any value may
3580 be missing (an empty string), so names should **ONLY** be used for debugging
3581 (making the source code easier to read, debugging printouts), they should not be
3582 used to keep track of values or map between them.  For this purpose, use a
3583 ``std::map`` of pointers to the ``Value`` itself instead.
3585 One important aspect of LLVM is that there is no distinction between an SSA
3586 variable and the operation that produces it.  Because of this, any reference to
3587 the value produced by an instruction (or the value available as an incoming
3588 argument, for example) is represented as a direct pointer to the instance of the
3589 class that represents this value.  Although this may take some getting used to,
3590 it simplifies the representation and makes it easier to manipulate.
3592 .. _m_Value:
3594 Important Public Members of the ``Value`` class
3595 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3597 * | ``Value::use_iterator`` - Typedef for iterator over the use-list
3598   | ``Value::const_use_iterator`` - Typedef for const_iterator over the
3599     use-list
3600   | ``unsigned use_size()`` - Returns the number of users of the value.
3601   | ``bool use_empty()`` - Returns true if there are no users.
3602   | ``use_iterator use_begin()`` - Get an iterator to the start of the
3603     use-list.
3604   | ``use_iterator use_end()`` - Get an iterator to the end of the use-list.
3605   | ``User *use_back()`` - Returns the last element in the list.
3607   These methods are the interface to access the def-use information in LLVM.
3608   As with all other iterators in LLVM, the naming conventions follow the
3609   conventions defined by the STL_.
3611 * ``Type *getType() const``
3612   This method returns the Type of the Value.
3614 * | ``bool hasName() const``
3615   | ``std::string getName() const``
3616   | ``void setName(const std::string &Name)``
3618   This family of methods is used to access and assign a name to a ``Value``, be
3619   aware of the :ref:`precaution above <nameWarning>`.
3621 * ``void replaceAllUsesWith(Value *V)``
3623   This method traverses the use list of a ``Value`` changing all User_\ s of the
3624   current value to refer to "``V``" instead.  For example, if you detect that an
3625   instruction always produces a constant value (for example through constant
3626   folding), you can replace all uses of the instruction with the constant like
3627   this:
3629   .. code-block:: c++
3631     Inst->replaceAllUsesWith(ConstVal);
3633 .. _User:
3635 The ``User`` class
3636 ------------------
3638 ``#include "llvm/IR/User.h"``
3640 header source: `User.h <http://llvm.org/doxygen/User_8h_source.html>`_
3642 doxygen info: `User Class <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1User.html>`_
3644 Superclass: Value_
3646 The ``User`` class is the common base class of all LLVM nodes that may refer to
3647 ``Value``\ s.  It exposes a list of "Operands" that are all of the ``Value``\ s
3648 that the User is referring to.  The ``User`` class itself is a subclass of
3649 ``Value``.
3651 The operands of a ``User`` point directly to the LLVM ``Value`` that it refers
3652 to.  Because LLVM uses Static Single Assignment (SSA) form, there can only be
3653 one definition referred to, allowing this direct connection.  This connection
3654 provides the use-def information in LLVM.
3656 .. _m_User:
3658 Important Public Members of the ``User`` class
3659 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3661 The ``User`` class exposes the operand list in two ways: through an index access
3662 interface and through an iterator based interface.
3664 * | ``Value *getOperand(unsigned i)``
3665   | ``unsigned getNumOperands()``
3667   These two methods expose the operands of the ``User`` in a convenient form for
3668   direct access.
3670 * | ``User::op_iterator`` - Typedef for iterator over the operand list
3671   | ``op_iterator op_begin()`` - Get an iterator to the start of the operand
3672     list.
3673   | ``op_iterator op_end()`` - Get an iterator to the end of the operand list.
3675   Together, these methods make up the iterator based interface to the operands
3676   of a ``User``.
3679 .. _Instruction:
3681 The ``Instruction`` class
3682 -------------------------
3684 ``#include "llvm/IR/Instruction.h"``
3686 header source: `Instruction.h
3687 <http://llvm.org/doxygen/Instruction_8h_source.html>`_
3689 doxygen info: `Instruction Class
3690 <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Instruction.html>`_
3692 Superclasses: User_, Value_
3694 The ``Instruction`` class is the common base class for all LLVM instructions.
3695 It provides only a few methods, but is a very commonly used class.  The primary
3696 data tracked by the ``Instruction`` class itself is the opcode (instruction
3697 type) and the parent BasicBlock_ the ``Instruction`` is embedded into.  To
3698 represent a specific type of instruction, one of many subclasses of
3699 ``Instruction`` are used.
3701 Because the ``Instruction`` class subclasses the User_ class, its operands can
3702 be accessed in the same way as for other ``User``\ s (with the
3703 ``getOperand()``/``getNumOperands()`` and ``op_begin()``/``op_end()`` methods).
3704 An important file for the ``Instruction`` class is the ``llvm/Instruction.def``
3705 file.  This file contains some meta-data about the various different types of
3706 instructions in LLVM.  It describes the enum values that are used as opcodes
3707 (for example ``Instruction::Add`` and ``Instruction::ICmp``), as well as the
3708 concrete sub-classes of ``Instruction`` that implement the instruction (for
3709 example BinaryOperator_ and CmpInst_).  Unfortunately, the use of macros in this
3710 file confuses doxygen, so these enum values don't show up correctly in the
3711 `doxygen output <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Instruction.html>`_.
3713 .. _s_Instruction:
3715 Important Subclasses of the ``Instruction`` class
3716 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3718 .. _BinaryOperator:
3720 * ``BinaryOperator``
3722   This subclasses represents all two operand instructions whose operands must be
3723   the same type, except for the comparison instructions.
3725 .. _CastInst:
3727 * ``CastInst``
3728   This subclass is the parent of the 12 casting instructions.  It provides
3729   common operations on cast instructions.
3731 .. _CmpInst:
3733 * ``CmpInst``
3735   This subclass represents the two comparison instructions,
3736   `ICmpInst <LangRef.html#i_icmp>`_ (integer opreands), and
3737   `FCmpInst <LangRef.html#i_fcmp>`_ (floating point operands).
3739 .. _TerminatorInst:
3741 * ``TerminatorInst``
3743   This subclass is the parent of all terminator instructions (those which can
3744   terminate a block).
3746 .. _m_Instruction:
3748 Important Public Members of the ``Instruction`` class
3749 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3751 * ``BasicBlock *getParent()``
3753   Returns the BasicBlock_ that this
3754   ``Instruction`` is embedded into.
3756 * ``bool mayWriteToMemory()``
3758   Returns true if the instruction writes to memory, i.e. it is a ``call``,
3759   ``free``, ``invoke``, or ``store``.
3761 * ``unsigned getOpcode()``
3763   Returns the opcode for the ``Instruction``.
3765 * ``Instruction *clone() const``
3767   Returns another instance of the specified instruction, identical in all ways
3768   to the original except that the instruction has no parent (i.e. it's not
3769   embedded into a BasicBlock_), and it has no name.
3771 .. _Constant:
3773 The ``Constant`` class and subclasses
3774 -------------------------------------
3776 Constant represents a base class for different types of constants.  It is
3777 subclassed by ConstantInt, ConstantArray, etc. for representing the various
3778 types of Constants.  GlobalValue_ is also a subclass, which represents the
3779 address of a global variable or function.
3781 .. _s_Constant:
3783 Important Subclasses of Constant
3784 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3786 * ConstantInt : This subclass of Constant represents an integer constant of
3787   any width.
3789   * ``const APInt& getValue() const``: Returns the underlying
3790     value of this constant, an APInt value.
3792   * ``int64_t getSExtValue() const``: Converts the underlying APInt value to an
3793     int64_t via sign extension.  If the value (not the bit width) of the APInt
3794     is too large to fit in an int64_t, an assertion will result.  For this
3795     reason, use of this method is discouraged.
3797   * ``uint64_t getZExtValue() const``: Converts the underlying APInt value
3798     to a uint64_t via zero extension.  IF the value (not the bit width) of the
3799     APInt is too large to fit in a uint64_t, an assertion will result.  For this
3800     reason, use of this method is discouraged.
3802   * ``static ConstantInt* get(const APInt& Val)``: Returns the ConstantInt
3803     object that represents the value provided by ``Val``.  The type is implied
3804     as the IntegerType that corresponds to the bit width of ``Val``.
3806   * ``static ConstantInt* get(const Type *Ty, uint64_t Val)``: Returns the
3807     ConstantInt object that represents the value provided by ``Val`` for integer
3808     type ``Ty``.
3810 * ConstantFP : This class represents a floating point constant.
3812   * ``double getValue() const``: Returns the underlying value of this constant.
3814 * ConstantArray : This represents a constant array.
3816   * ``const std::vector<Use> &getValues() const``: Returns a vector of
3817     component constants that makeup this array.
3819 * ConstantStruct : This represents a constant struct.
3821   * ``const std::vector<Use> &getValues() const``: Returns a vector of
3822     component constants that makeup this array.
3824 * GlobalValue : This represents either a global variable or a function.  In
3825   either case, the value is a constant fixed address (after linking).
3827 .. _GlobalValue:
3829 The ``GlobalValue`` class
3830 -------------------------
3832 ``#include "llvm/IR/GlobalValue.h"``
3834 header source: `GlobalValue.h
3835 <http://llvm.org/doxygen/GlobalValue_8h_source.html>`_
3837 doxygen info: `GlobalValue Class
3838 <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1GlobalValue.html>`_
3840 Superclasses: Constant_, User_, Value_
3842 Global values ( GlobalVariable_\ s or :ref:`Function <c_Function>`\ s) are the
3843 only LLVM values that are visible in the bodies of all :ref:`Function
3844 <c_Function>`\ s.  Because they are visible at global scope, they are also
3845 subject to linking with other globals defined in different translation units.
3846 To control the linking process, ``GlobalValue``\ s know their linkage rules.
3847 Specifically, ``GlobalValue``\ s know whether they have internal or external
3848 linkage, as defined by the ``LinkageTypes`` enumeration.
3850 If a ``GlobalValue`` has internal linkage (equivalent to being ``static`` in C),
3851 it is not visible to code outside the current translation unit, and does not
3852 participate in linking.  If it has external linkage, it is visible to external
3853 code, and does participate in linking.  In addition to linkage information,
3854 ``GlobalValue``\ s keep track of which Module_ they are currently part of.
3856 Because ``GlobalValue``\ s are memory objects, they are always referred to by
3857 their **address**.  As such, the Type_ of a global is always a pointer to its
3858 contents.  It is important to remember this when using the ``GetElementPtrInst``
3859 instruction because this pointer must be dereferenced first.  For example, if
3860 you have a ``GlobalVariable`` (a subclass of ``GlobalValue)`` that is an array
3861 of 24 ints, type ``[24 x i32]``, then the ``GlobalVariable`` is a pointer to
3862 that array.  Although the address of the first element of this array and the
3863 value of the ``GlobalVariable`` are the same, they have different types.  The
3864 ``GlobalVariable``'s type is ``[24 x i32]``.  The first element's type is
3865 ``i32.`` Because of this, accessing a global value requires you to dereference
3866 the pointer with ``GetElementPtrInst`` first, then its elements can be accessed.
3867 This is explained in the `LLVM Language Reference Manual
3868 <LangRef.html#globalvars>`_.
3870 .. _m_GlobalValue:
3872 Important Public Members of the ``GlobalValue`` class
3873 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3875 * | ``bool hasInternalLinkage() const``
3876   | ``bool hasExternalLinkage() const``
3877   | ``void setInternalLinkage(bool HasInternalLinkage)``
3879   These methods manipulate the linkage characteristics of the ``GlobalValue``.
3881 * ``Module *getParent()``
3883   This returns the Module_ that the
3884   GlobalValue is currently embedded into.
3886 .. _c_Function:
3888 The ``Function`` class
3889 ----------------------
3891 ``#include "llvm/IR/Function.h"``
3893 header source: `Function.h <http://llvm.org/doxygen/Function_8h_source.html>`_
3895 doxygen info: `Function Class
3896 <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Function.html>`_
3898 Superclasses: GlobalValue_, Constant_, User_, Value_
3900 The ``Function`` class represents a single procedure in LLVM.  It is actually
3901 one of the more complex classes in the LLVM hierarchy because it must keep track
3902 of a large amount of data.  The ``Function`` class keeps track of a list of
3903 BasicBlock_\ s, a list of formal Argument_\ s, and a SymbolTable_.
3905 The list of BasicBlock_\ s is the most commonly used part of ``Function``
3906 objects.  The list imposes an implicit ordering of the blocks in the function,
3907 which indicate how the code will be laid out by the backend.  Additionally, the
3908 first BasicBlock_ is the implicit entry node for the ``Function``.  It is not
3909 legal in LLVM to explicitly branch to this initial block.  There are no implicit
3910 exit nodes, and in fact there may be multiple exit nodes from a single
3911 ``Function``.  If the BasicBlock_ list is empty, this indicates that the
3912 ``Function`` is actually a function declaration: the actual body of the function
3913 hasn't been linked in yet.
3915 In addition to a list of BasicBlock_\ s, the ``Function`` class also keeps track
3916 of the list of formal Argument_\ s that the function receives.  This container
3917 manages the lifetime of the Argument_ nodes, just like the BasicBlock_ list does
3918 for the BasicBlock_\ s.
3920 The SymbolTable_ is a very rarely used LLVM feature that is only used when you
3921 have to look up a value by name.  Aside from that, the SymbolTable_ is used
3922 internally to make sure that there are not conflicts between the names of
3923 Instruction_\ s, BasicBlock_\ s, or Argument_\ s in the function body.
3925 Note that ``Function`` is a GlobalValue_ and therefore also a Constant_.  The
3926 value of the function is its address (after linking) which is guaranteed to be
3927 constant.
3929 .. _m_Function:
3931 Important Public Members of the ``Function``
3932 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3934 * ``Function(const FunctionType *Ty, LinkageTypes Linkage,
3935   const std::string &N = "", Module* Parent = 0)``
3937   Constructor used when you need to create new ``Function``\ s to add the
3938   program.  The constructor must specify the type of the function to create and
3939   what type of linkage the function should have.  The FunctionType_ argument
3940   specifies the formal arguments and return value for the function.  The same
3941   FunctionType_ value can be used to create multiple functions.  The ``Parent``
3942   argument specifies the Module in which the function is defined.  If this
3943   argument is provided, the function will automatically be inserted into that
3944   module's list of functions.
3946 * ``bool isDeclaration()``
3948   Return whether or not the ``Function`` has a body defined.  If the function is
3949   "external", it does not have a body, and thus must be resolved by linking with
3950   a function defined in a different translation unit.
3952 * | ``Function::iterator`` - Typedef for basic block list iterator
3953   | ``Function::const_iterator`` - Typedef for const_iterator.
3954   | ``begin()``, ``end()``, ``size()``, ``empty()``
3956   These are forwarding methods that make it easy to access the contents of a
3957   ``Function`` object's BasicBlock_ list.
3959 * ``Function::BasicBlockListType &getBasicBlockList()``
3961   Returns the list of BasicBlock_\ s.  This is necessary to use when you need to
3962   update the list or perform a complex action that doesn't have a forwarding
3963   method.
3965 * | ``Function::arg_iterator`` - Typedef for the argument list iterator
3966   | ``Function::const_arg_iterator`` - Typedef for const_iterator.
3967   | ``arg_begin()``, ``arg_end()``, ``arg_size()``, ``arg_empty()``
3969   These are forwarding methods that make it easy to access the contents of a
3970   ``Function`` object's Argument_ list.
3972 * ``Function::ArgumentListType &getArgumentList()``
3974   Returns the list of Argument_.  This is necessary to use when you need to
3975   update the list or perform a complex action that doesn't have a forwarding
3976   method.
3978 * ``BasicBlock &getEntryBlock()``
3980   Returns the entry ``BasicBlock`` for the function.  Because the entry block
3981   for the function is always the first block, this returns the first block of
3982   the ``Function``.
3984 * | ``Type *getReturnType()``
3985   | ``FunctionType *getFunctionType()``
3987   This traverses the Type_ of the ``Function`` and returns the return type of
3988   the function, or the FunctionType_ of the actual function.
3990 * ``SymbolTable *getSymbolTable()``
3992   Return a pointer to the SymbolTable_ for this ``Function``.
3994 .. _GlobalVariable:
3996 The ``GlobalVariable`` class
3997 ----------------------------
3999 ``#include "llvm/IR/GlobalVariable.h"``
4001 header source: `GlobalVariable.h
4002 <http://llvm.org/doxygen/GlobalVariable_8h_source.html>`_
4004 doxygen info: `GlobalVariable Class
4005 <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1GlobalVariable.html>`_
4007 Superclasses: GlobalValue_, Constant_, User_, Value_
4009 Global variables are represented with the (surprise surprise) ``GlobalVariable``
4010 class.  Like functions, ``GlobalVariable``\ s are also subclasses of
4011 GlobalValue_, and as such are always referenced by their address (global values
4012 must live in memory, so their "name" refers to their constant address).  See
4013 GlobalValue_ for more on this.  Global variables may have an initial value
4014 (which must be a Constant_), and if they have an initializer, they may be marked
4015 as "constant" themselves (indicating that their contents never change at
4016 runtime).
4018 .. _m_GlobalVariable:
4020 Important Public Members of the ``GlobalVariable`` class
4021 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
4023 * ``GlobalVariable(const Type *Ty, bool isConstant, LinkageTypes &Linkage,
4024   Constant *Initializer = 0, const std::string &Name = "", Module* Parent = 0)``
4026   Create a new global variable of the specified type.  If ``isConstant`` is true
4027   then the global variable will be marked as unchanging for the program.  The
4028   Linkage parameter specifies the type of linkage (internal, external, weak,
4029   linkonce, appending) for the variable.  If the linkage is InternalLinkage,
4030   WeakAnyLinkage, WeakODRLinkage, LinkOnceAnyLinkage or LinkOnceODRLinkage, then
4031   the resultant global variable will have internal linkage.  AppendingLinkage
4032   concatenates together all instances (in different translation units) of the
4033   variable into a single variable but is only applicable to arrays.  See the
4034   `LLVM Language Reference <LangRef.html#modulestructure>`_ for further details
4035   on linkage types.  Optionally an initializer, a name, and the module to put
4036   the variable into may be specified for the global variable as well.
4038 * ``bool isConstant() const``
4040   Returns true if this is a global variable that is known not to be modified at
4041   runtime.
4043 * ``bool hasInitializer()``
4045   Returns true if this ``GlobalVariable`` has an intializer.
4047 * ``Constant *getInitializer()``
4049   Returns the initial value for a ``GlobalVariable``.  It is not legal to call
4050   this method if there is no initializer.
4052 .. _BasicBlock:
4054 The ``BasicBlock`` class
4055 ------------------------
4057 ``#include "llvm/IR/BasicBlock.h"``
4059 header source: `BasicBlock.h
4060 <http://llvm.org/doxygen/BasicBlock_8h_source.html>`_
4062 doxygen info: `BasicBlock Class
4063 <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1BasicBlock.html>`_
4065 Superclass: Value_
4067 This class represents a single entry single exit section of the code, commonly
4068 known as a basic block by the compiler community.  The ``BasicBlock`` class
4069 maintains a list of Instruction_\ s, which form the body of the block.  Matching
4070 the language definition, the last element of this list of instructions is always
4071 a terminator instruction (a subclass of the TerminatorInst_ class).
4073 In addition to tracking the list of instructions that make up the block, the
4074 ``BasicBlock`` class also keeps track of the :ref:`Function <c_Function>` that
4075 it is embedded into.
4077 Note that ``BasicBlock``\ s themselves are Value_\ s, because they are
4078 referenced by instructions like branches and can go in the switch tables.
4079 ``BasicBlock``\ s have type ``label``.
4081 .. _m_BasicBlock:
4083 Important Public Members of the ``BasicBlock`` class
4084 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
4086 * ``BasicBlock(const std::string &Name = "", Function *Parent = 0)``
4088   The ``BasicBlock`` constructor is used to create new basic blocks for
4089   insertion into a function.  The constructor optionally takes a name for the
4090   new block, and a :ref:`Function <c_Function>` to insert it into.  If the
4091   ``Parent`` parameter is specified, the new ``BasicBlock`` is automatically
4092   inserted at the end of the specified :ref:`Function <c_Function>`, if not
4093   specified, the BasicBlock must be manually inserted into the :ref:`Function
4094   <c_Function>`.
4096 * | ``BasicBlock::iterator`` - Typedef for instruction list iterator
4097   | ``BasicBlock::const_iterator`` - Typedef for const_iterator.
4098   | ``begin()``, ``end()``, ``front()``, ``back()``,
4099     ``size()``, ``empty()``
4100     STL-style functions for accessing the instruction list.
4102   These methods and typedefs are forwarding functions that have the same
4103   semantics as the standard library methods of the same names.  These methods
4104   expose the underlying instruction list of a basic block in a way that is easy
4105   to manipulate.  To get the full complement of container operations (including
4106   operations to update the list), you must use the ``getInstList()`` method.
4108 * ``BasicBlock::InstListType &getInstList()``
4110   This method is used to get access to the underlying container that actually
4111   holds the Instructions.  This method must be used when there isn't a
4112   forwarding function in the ``BasicBlock`` class for the operation that you
4113   would like to perform.  Because there are no forwarding functions for
4114   "updating" operations, you need to use this if you want to update the contents
4115   of a ``BasicBlock``.
4117 * ``Function *getParent()``
4119   Returns a pointer to :ref:`Function <c_Function>` the block is embedded into,
4120   or a null pointer if it is homeless.
4122 * ``TerminatorInst *getTerminator()``
4124   Returns a pointer to the terminator instruction that appears at the end of the
4125   ``BasicBlock``.  If there is no terminator instruction, or if the last
4126   instruction in the block is not a terminator, then a null pointer is returned.
4128 .. _Argument:
4130 The ``Argument`` class
4131 ----------------------
4133 This subclass of Value defines the interface for incoming formal arguments to a
4134 function.  A Function maintains a list of its formal arguments.  An argument has
4135 a pointer to the parent Function.