[PowerPC] Don't run BV DAG Combine before legalization if it assumes legal types
[llvm-core.git] / docs / ProgrammersManual.rst
blobd8016184c744720dfa5b4203bdd3fe625f78de32
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.  The
1876 drawback is that the interface is quite small: it supports insertion, queries
1877 and erasing, but does not support iteration.
1879 .. _dss_smallptrset:
1881 llvm/ADT/SmallPtrSet.h
1882 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1884 ``SmallPtrSet`` has all the advantages of ``SmallSet`` (and a ``SmallSet`` of
1885 pointers is transparently implemented with a ``SmallPtrSet``), but also supports
1886 iterators.  If more than N insertions are performed, a single quadratically
1887 probed hash table is allocated and grows as needed, providing extremely
1888 efficient access (constant time insertion/deleting/queries with low constant
1889 factors) and is very stingy with malloc traffic.
1891 Note that, unlike :ref:`std::set <dss_set>`, the iterators of ``SmallPtrSet``
1892 are invalidated whenever an insertion occurs.  Also, the values visited by the
1893 iterators are not visited in sorted order.
1895 .. _dss_stringset:
1897 llvm/ADT/StringSet.h
1898 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1900 ``StringSet`` is a thin wrapper around :ref:`StringMap\<char\> <dss_stringmap>`,
1901 and it allows efficient storage and retrieval of unique strings.
1903 Functionally analogous to ``SmallSet<StringRef>``, ``StringSet`` also supports
1904 iteration. (The iterator dereferences to a ``StringMapEntry<char>``, so you
1905 need to call ``i->getKey()`` to access the item of the StringSet.)  On the
1906 other hand, ``StringSet`` doesn't support range-insertion and
1907 copy-construction, which :ref:`SmallSet <dss_smallset>` and :ref:`SmallPtrSet
1908 <dss_smallptrset>` do support.
1910 .. _dss_denseset:
1912 llvm/ADT/DenseSet.h
1913 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1915 DenseSet is a simple quadratically probed hash table.  It excels at supporting
1916 small values: it uses a single allocation to hold all of the pairs that are
1917 currently inserted in the set.  DenseSet is a great way to unique small values
1918 that are not simple pointers (use :ref:`SmallPtrSet <dss_smallptrset>` for
1919 pointers).  Note that DenseSet has the same requirements for the value type that
1920 :ref:`DenseMap <dss_densemap>` has.
1922 .. _dss_sparseset:
1924 llvm/ADT/SparseSet.h
1925 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1927 SparseSet holds a small number of objects identified by unsigned keys of
1928 moderate size.  It uses a lot of memory, but provides operations that are almost
1929 as fast as a vector.  Typical keys are physical registers, virtual registers, or
1930 numbered basic blocks.
1932 SparseSet is useful for algorithms that need very fast clear/find/insert/erase
1933 and fast iteration over small sets.  It is not intended for building composite
1934 data structures.
1936 .. _dss_sparsemultiset:
1938 llvm/ADT/SparseMultiSet.h
1939 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1941 SparseMultiSet adds multiset behavior to SparseSet, while retaining SparseSet's
1942 desirable attributes. Like SparseSet, it typically uses a lot of memory, but
1943 provides operations that are almost as fast as a vector.  Typical keys are
1944 physical registers, virtual registers, or numbered basic blocks.
1946 SparseMultiSet is useful for algorithms that need very fast
1947 clear/find/insert/erase of the entire collection, and iteration over sets of
1948 elements sharing a key. It is often a more efficient choice than using composite
1949 data structures (e.g. vector-of-vectors, map-of-vectors). It is not intended for
1950 building composite data structures.
1952 .. _dss_FoldingSet:
1954 llvm/ADT/FoldingSet.h
1955 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1957 FoldingSet is an aggregate class that is really good at uniquing
1958 expensive-to-create or polymorphic objects.  It is a combination of a chained
1959 hash table with intrusive links (uniqued objects are required to inherit from
1960 FoldingSetNode) that uses :ref:`SmallVector <dss_smallvector>` as part of its ID
1961 process.
1963 Consider a case where you want to implement a "getOrCreateFoo" method for a
1964 complex object (for example, a node in the code generator).  The client has a
1965 description of **what** it wants to generate (it knows the opcode and all the
1966 operands), but we don't want to 'new' a node, then try inserting it into a set
1967 only to find out it already exists, at which point we would have to delete it
1968 and return the node that already exists.
1970 To support this style of client, FoldingSet perform a query with a
1971 FoldingSetNodeID (which wraps SmallVector) that can be used to describe the
1972 element that we want to query for.  The query either returns the element
1973 matching the ID or it returns an opaque ID that indicates where insertion should
1974 take place.  Construction of the ID usually does not require heap traffic.
1976 Because FoldingSet uses intrusive links, it can support polymorphic objects in
1977 the set (for example, you can have SDNode instances mixed with LoadSDNodes).
1978 Because the elements are individually allocated, pointers to the elements are
1979 stable: inserting or removing elements does not invalidate any pointers to other
1980 elements.
1982 .. _dss_set:
1984 <set>
1985 ^^^^^
1987 ``std::set`` is a reasonable all-around set class, which is decent at many
1988 things but great at nothing.  std::set allocates memory for each element
1989 inserted (thus it is very malloc intensive) and typically stores three pointers
1990 per element in the set (thus adding a large amount of per-element space
1991 overhead).  It offers guaranteed log(n) performance, which is not particularly
1992 fast from a complexity standpoint (particularly if the elements of the set are
1993 expensive to compare, like strings), and has extremely high constant factors for
1994 lookup, insertion and removal.
1996 The advantages of std::set are that its iterators are stable (deleting or
1997 inserting an element from the set does not affect iterators or pointers to other
1998 elements) and that iteration over the set is guaranteed to be in sorted order.
1999 If the elements in the set are large, then the relative overhead of the pointers
2000 and malloc traffic is not a big deal, but if the elements of the set are small,
2001 std::set is almost never a good choice.
2003 .. _dss_setvector:
2005 llvm/ADT/SetVector.h
2006 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2008 LLVM's ``SetVector<Type>`` is an adapter class that combines your choice of a
2009 set-like container along with a :ref:`Sequential Container <ds_sequential>` The
2010 important property that this provides is efficient insertion with uniquing
2011 (duplicate elements are ignored) with iteration support.  It implements this by
2012 inserting elements into both a set-like container and the sequential container,
2013 using the set-like container for uniquing and the sequential container for
2014 iteration.
2016 The difference between SetVector and other sets is that the order of iteration
2017 is guaranteed to match the order of insertion into the SetVector.  This property
2018 is really important for things like sets of pointers.  Because pointer values
2019 are non-deterministic (e.g. vary across runs of the program on different
2020 machines), iterating over the pointers in the set will not be in a well-defined
2021 order.
2023 The drawback of SetVector is that it requires twice as much space as a normal
2024 set and has the sum of constant factors from the set-like container and the
2025 sequential container that it uses.  Use it **only** if you need to iterate over
2026 the elements in a deterministic order.  SetVector is also expensive to delete
2027 elements out of (linear time), unless you use its "pop_back" method, which is
2028 faster.
2030 ``SetVector`` is an adapter class that defaults to using ``std::vector`` and a
2031 size 16 ``SmallSet`` for the underlying containers, so it is quite expensive.
2032 However, ``"llvm/ADT/SetVector.h"`` also provides a ``SmallSetVector`` class,
2033 which defaults to using a ``SmallVector`` and ``SmallSet`` of a specified size.
2034 If you use this, and if your sets are dynamically smaller than ``N``, you will
2035 save a lot of heap traffic.
2037 .. _dss_uniquevector:
2039 llvm/ADT/UniqueVector.h
2040 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2042 UniqueVector is similar to :ref:`SetVector <dss_setvector>` but it retains a
2043 unique ID for each element inserted into the set.  It internally contains a map
2044 and a vector, and it assigns a unique ID for each value inserted into the set.
2046 UniqueVector is very expensive: its cost is the sum of the cost of maintaining
2047 both the map and vector, it has high complexity, high constant factors, and
2048 produces a lot of malloc traffic.  It should be avoided.
2050 .. _dss_immutableset:
2052 llvm/ADT/ImmutableSet.h
2053 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2055 ImmutableSet is an immutable (functional) set implementation based on an AVL
2056 tree.  Adding or removing elements is done through a Factory object and results
2057 in the creation of a new ImmutableSet object.  If an ImmutableSet already exists
2058 with the given contents, then the existing one is returned; equality is compared
2059 with a FoldingSetNodeID.  The time and space complexity of add or remove
2060 operations is logarithmic in the size of the original set.
2062 There is no method for returning an element of the set, you can only check for
2063 membership.
2065 .. _dss_otherset:
2067 Other Set-Like Container Options
2068 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2070 The STL provides several other options, such as std::multiset and the various
2071 "hash_set" like containers (whether from C++ TR1 or from the SGI library).  We
2072 never use hash_set and unordered_set because they are generally very expensive
2073 (each insertion requires a malloc) and very non-portable.
2075 std::multiset is useful if you're not interested in elimination of duplicates,
2076 but has all the drawbacks of :ref:`std::set <dss_set>`.  A sorted vector
2077 (where you don't delete duplicate entries) or some other approach is almost
2078 always better.
2080 .. _ds_map:
2082 Map-Like Containers (std::map, DenseMap, etc)
2083 ---------------------------------------------
2085 Map-like containers are useful when you want to associate data to a key.  As
2086 usual, there are a lot of different ways to do this. :)
2088 .. _dss_sortedvectormap:
2090 A sorted 'vector'
2091 ^^^^^^^^^^^^^^^^^
2093 If your usage pattern follows a strict insert-then-query approach, you can
2094 trivially use the same approach as :ref:`sorted vectors for set-like containers
2095 <dss_sortedvectorset>`.  The only difference is that your query function (which
2096 uses std::lower_bound to get efficient log(n) lookup) should only compare the
2097 key, not both the key and value.  This yields the same advantages as sorted
2098 vectors for sets.
2100 .. _dss_stringmap:
2102 llvm/ADT/StringMap.h
2103 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2105 Strings are commonly used as keys in maps, and they are difficult to support
2106 efficiently: they are variable length, inefficient to hash and compare when
2107 long, expensive to copy, etc.  StringMap is a specialized container designed to
2108 cope with these issues.  It supports mapping an arbitrary range of bytes to an
2109 arbitrary other object.
2111 The StringMap implementation uses a quadratically-probed hash table, where the
2112 buckets store a pointer to the heap allocated entries (and some other stuff).
2113 The entries in the map must be heap allocated because the strings are variable
2114 length.  The string data (key) and the element object (value) are stored in the
2115 same allocation with the string data immediately after the element object.
2116 This container guarantees the "``(char*)(&Value+1)``" points to the key string
2117 for a value.
2119 The StringMap is very fast for several reasons: quadratic probing is very cache
2120 efficient for lookups, the hash value of strings in buckets is not recomputed
2121 when looking up an element, StringMap rarely has to touch the memory for
2122 unrelated objects when looking up a value (even when hash collisions happen),
2123 hash table growth does not recompute the hash values for strings already in the
2124 table, and each pair in the map is store in a single allocation (the string data
2125 is stored in the same allocation as the Value of a pair).
2127 StringMap also provides query methods that take byte ranges, so it only ever
2128 copies a string if a value is inserted into the table.
2130 StringMap iteration order, however, is not guaranteed to be deterministic, so
2131 any uses which require that should instead use a std::map.
2133 .. _dss_indexmap:
2135 llvm/ADT/IndexedMap.h
2136 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2138 IndexedMap is a specialized container for mapping small dense integers (or
2139 values that can be mapped to small dense integers) to some other type.  It is
2140 internally implemented as a vector with a mapping function that maps the keys
2141 to the dense integer range.
2143 This is useful for cases like virtual registers in the LLVM code generator: they
2144 have a dense mapping that is offset by a compile-time constant (the first
2145 virtual register ID).
2147 .. _dss_densemap:
2149 llvm/ADT/DenseMap.h
2150 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2152 DenseMap is a simple quadratically probed hash table.  It excels at supporting
2153 small keys and values: it uses a single allocation to hold all of the pairs
2154 that are currently inserted in the map.  DenseMap is a great way to map
2155 pointers to pointers, or map other small types to each other.
2157 There are several aspects of DenseMap that you should be aware of, however.
2158 The iterators in a DenseMap are invalidated whenever an insertion occurs,
2159 unlike map.  Also, because DenseMap allocates space for a large number of
2160 key/value pairs (it starts with 64 by default), it will waste a lot of space if
2161 your keys or values are large.  Finally, you must implement a partial
2162 specialization of DenseMapInfo for the key that you want, if it isn't already
2163 supported.  This is required to tell DenseMap about two special marker values
2164 (which can never be inserted into the map) that it needs internally.
2166 DenseMap's find_as() method supports lookup operations using an alternate key
2167 type.  This is useful in cases where the normal key type is expensive to
2168 construct, but cheap to compare against.  The DenseMapInfo is responsible for
2169 defining the appropriate comparison and hashing methods for each alternate key
2170 type used.
2172 .. _dss_valuemap:
2174 llvm/IR/ValueMap.h
2175 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2177 ValueMap is a wrapper around a :ref:`DenseMap <dss_densemap>` mapping
2178 ``Value*``\ s (or subclasses) to another type.  When a Value is deleted or
2179 RAUW'ed, ValueMap will update itself so the new version of the key is mapped to
2180 the same value, just as if the key were a WeakVH.  You can configure exactly how
2181 this happens, and what else happens on these two events, by passing a ``Config``
2182 parameter to the ValueMap template.
2184 .. _dss_intervalmap:
2186 llvm/ADT/IntervalMap.h
2187 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2189 IntervalMap is a compact map for small keys and values.  It maps key intervals
2190 instead of single keys, and it will automatically coalesce adjacent intervals.
2191 When the map only contains a few intervals, they are stored in the map object
2192 itself to avoid allocations.
2194 The IntervalMap iterators are quite big, so they should not be passed around as
2195 STL iterators.  The heavyweight iterators allow a smaller data structure.
2197 .. _dss_map:
2199 <map>
2200 ^^^^^
2202 std::map has similar characteristics to :ref:`std::set <dss_set>`: it uses a
2203 single allocation per pair inserted into the map, it offers log(n) lookup with
2204 an extremely large constant factor, imposes a space penalty of 3 pointers per
2205 pair in the map, etc.
2207 std::map is most useful when your keys or values are very large, if you need to
2208 iterate over the collection in sorted order, or if you need stable iterators
2209 into the map (i.e. they don't get invalidated if an insertion or deletion of
2210 another element takes place).
2212 .. _dss_mapvector:
2214 llvm/ADT/MapVector.h
2215 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2217 ``MapVector<KeyT,ValueT>`` provides a subset of the DenseMap interface.  The
2218 main difference is that the iteration order is guaranteed to be the insertion
2219 order, making it an easy (but somewhat expensive) solution for non-deterministic
2220 iteration over maps of pointers.
2222 It is implemented by mapping from key to an index in a vector of key,value
2223 pairs.  This provides fast lookup and iteration, but has two main drawbacks:
2224 the key is stored twice and removing elements takes linear time.  If it is
2225 necessary to remove elements, it's best to remove them in bulk using
2226 ``remove_if()``.
2228 .. _dss_inteqclasses:
2230 llvm/ADT/IntEqClasses.h
2231 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2233 IntEqClasses provides a compact representation of equivalence classes of small
2234 integers.  Initially, each integer in the range 0..n-1 has its own equivalence
2235 class.  Classes can be joined by passing two class representatives to the
2236 join(a, b) method.  Two integers are in the same class when findLeader() returns
2237 the same representative.
2239 Once all equivalence classes are formed, the map can be compressed so each
2240 integer 0..n-1 maps to an equivalence class number in the range 0..m-1, where m
2241 is the total number of equivalence classes.  The map must be uncompressed before
2242 it can be edited again.
2244 .. _dss_immutablemap:
2246 llvm/ADT/ImmutableMap.h
2247 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2249 ImmutableMap is an immutable (functional) map implementation based on an AVL
2250 tree.  Adding or removing elements is done through a Factory object and results
2251 in the creation of a new ImmutableMap object.  If an ImmutableMap already exists
2252 with the given key set, then the existing one is returned; equality is compared
2253 with a FoldingSetNodeID.  The time and space complexity of add or remove
2254 operations is logarithmic in the size of the original map.
2256 .. _dss_othermap:
2258 Other Map-Like Container Options
2259 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2261 The STL provides several other options, such as std::multimap and the various
2262 "hash_map" like containers (whether from C++ TR1 or from the SGI library).  We
2263 never use hash_set and unordered_set because they are generally very expensive
2264 (each insertion requires a malloc) and very non-portable.
2266 std::multimap is useful if you want to map a key to multiple values, but has all
2267 the drawbacks of std::map.  A sorted vector or some other approach is almost
2268 always better.
2270 .. _ds_bit:
2272 Bit storage containers (BitVector, SparseBitVector)
2273 ---------------------------------------------------
2275 Unlike the other containers, there are only two bit storage containers, and
2276 choosing when to use each is relatively straightforward.
2278 One additional option is ``std::vector<bool>``: we discourage its use for two
2279 reasons 1) the implementation in many common compilers (e.g.  commonly
2280 available versions of GCC) is extremely inefficient and 2) the C++ standards
2281 committee is likely to deprecate this container and/or change it significantly
2282 somehow.  In any case, please don't use it.
2284 .. _dss_bitvector:
2286 BitVector
2287 ^^^^^^^^^
2289 The BitVector container provides a dynamic size set of bits for manipulation.
2290 It supports individual bit setting/testing, as well as set operations.  The set
2291 operations take time O(size of bitvector), but operations are performed one word
2292 at a time, instead of one bit at a time.  This makes the BitVector very fast for
2293 set operations compared to other containers.  Use the BitVector when you expect
2294 the number of set bits to be high (i.e. a dense set).
2296 .. _dss_smallbitvector:
2298 SmallBitVector
2299 ^^^^^^^^^^^^^^
2301 The SmallBitVector container provides the same interface as BitVector, but it is
2302 optimized for the case where only a small number of bits, less than 25 or so,
2303 are needed.  It also transparently supports larger bit counts, but slightly less
2304 efficiently than a plain BitVector, so SmallBitVector should only be used when
2305 larger counts are rare.
2307 At this time, SmallBitVector does not support set operations (and, or, xor), and
2308 its operator[] does not provide an assignable lvalue.
2310 .. _dss_sparsebitvector:
2312 SparseBitVector
2313 ^^^^^^^^^^^^^^^
2315 The SparseBitVector container is much like BitVector, with one major difference:
2316 Only the bits that are set, are stored.  This makes the SparseBitVector much
2317 more space efficient than BitVector when the set is sparse, as well as making
2318 set operations O(number of set bits) instead of O(size of universe).  The
2319 downside to the SparseBitVector is that setting and testing of random bits is
2320 O(N), and on large SparseBitVectors, this can be slower than BitVector.  In our
2321 implementation, setting or testing bits in sorted order (either forwards or
2322 reverse) is O(1) worst case.  Testing and setting bits within 128 bits (depends
2323 on size) of the current bit is also O(1).  As a general statement,
2324 testing/setting bits in a SparseBitVector is O(distance away from last set bit).
2326 .. _debugging:
2328 Debugging
2329 =========
2331 A handful of `GDB pretty printers
2332 <https://sourceware.org/gdb/onlinedocs/gdb/Pretty-Printing.html>`__ are
2333 provided for some of the core LLVM libraries. To use them, execute the
2334 following (or add it to your ``~/.gdbinit``)::
2336   source /path/to/llvm/src/utils/gdb-scripts/prettyprinters.py
2338 It also might be handy to enable the `print pretty
2339 <http://ftp.gnu.org/old-gnu/Manuals/gdb/html_node/gdb_57.html>`__ option to
2340 avoid data structures being printed as a big block of text.
2342 .. _common:
2344 Helpful Hints for Common Operations
2345 ===================================
2347 This section describes how to perform some very simple transformations of LLVM
2348 code.  This is meant to give examples of common idioms used, showing the
2349 practical side of LLVM transformations.
2351 Because this is a "how-to" section, you should also read about the main classes
2352 that you will be working with.  The :ref:`Core LLVM Class Hierarchy Reference
2353 <coreclasses>` contains details and descriptions of the main classes that you
2354 should know about.
2356 .. _inspection:
2358 Basic Inspection and Traversal Routines
2359 ---------------------------------------
2361 The LLVM compiler infrastructure have many different data structures that may be
2362 traversed.  Following the example of the C++ standard template library, the
2363 techniques used to traverse these various data structures are all basically the
2364 same.  For a enumerable sequence of values, the ``XXXbegin()`` function (or
2365 method) returns an iterator to the start of the sequence, the ``XXXend()``
2366 function returns an iterator pointing to one past the last valid element of the
2367 sequence, and there is some ``XXXiterator`` data type that is common between the
2368 two operations.
2370 Because the pattern for iteration is common across many different aspects of the
2371 program representation, the standard template library algorithms may be used on
2372 them, and it is easier to remember how to iterate.  First we show a few common
2373 examples of the data structures that need to be traversed.  Other data
2374 structures are traversed in very similar ways.
2376 .. _iterate_function:
2378 Iterating over the ``BasicBlock`` in a ``Function``
2379 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2381 It's quite common to have a ``Function`` instance that you'd like to transform
2382 in some way; in particular, you'd like to manipulate its ``BasicBlock``\ s.  To
2383 facilitate this, you'll need to iterate over all of the ``BasicBlock``\ s that
2384 constitute the ``Function``.  The following is an example that prints the name
2385 of a ``BasicBlock`` and the number of ``Instruction``\ s it contains:
2387 .. code-block:: c++
2389   Function &Func = ...
2390   for (BasicBlock &BB : Func)
2391     // Print out the name of the basic block if it has one, and then the
2392     // number of instructions that it contains
2393     errs() << "Basic block (name=" << BB.getName() << ") has "
2394                << BB.size() << " instructions.\n";
2396 .. _iterate_basicblock:
2398 Iterating over the ``Instruction`` in a ``BasicBlock``
2399 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2401 Just like when dealing with ``BasicBlock``\ s in ``Function``\ s, it's easy to
2402 iterate over the individual instructions that make up ``BasicBlock``\ s.  Here's
2403 a code snippet that prints out each instruction in a ``BasicBlock``:
2405 .. code-block:: c++
2407   BasicBlock& BB = ...
2408   for (Instruction &I : BB)
2409      // The next statement works since operator<<(ostream&,...)
2410      // is overloaded for Instruction&
2411      errs() << I << "\n";
2414 However, this isn't really the best way to print out the contents of a
2415 ``BasicBlock``!  Since the ostream operators are overloaded for virtually
2416 anything you'll care about, you could have just invoked the print routine on the
2417 basic block itself: ``errs() << BB << "\n";``.
2419 .. _iterate_insiter:
2421 Iterating over the ``Instruction`` in a ``Function``
2422 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2424 If you're finding that you commonly iterate over a ``Function``'s
2425 ``BasicBlock``\ s and then that ``BasicBlock``'s ``Instruction``\ s,
2426 ``InstIterator`` should be used instead.  You'll need to include
2427 ``llvm/IR/InstIterator.h`` (`doxygen
2428 <http://llvm.org/doxygen/InstIterator_8h.html>`__) and then instantiate
2429 ``InstIterator``\ s explicitly in your code.  Here's a small example that shows
2430 how to dump all instructions in a function to the standard error stream:
2432 .. code-block:: c++
2434   #include "llvm/IR/InstIterator.h"
2436   // F is a pointer to a Function instance
2437   for (inst_iterator I = inst_begin(F), E = inst_end(F); I != E; ++I)
2438     errs() << *I << "\n";
2440 Easy, isn't it?  You can also use ``InstIterator``\ s to fill a work list with
2441 its initial contents.  For example, if you wanted to initialize a work list to
2442 contain all instructions in a ``Function`` F, all you would need to do is
2443 something like:
2445 .. code-block:: c++
2447   std::set<Instruction*> worklist;
2448   // or better yet, SmallPtrSet<Instruction*, 64> worklist;
2450   for (inst_iterator I = inst_begin(F), E = inst_end(F); I != E; ++I)
2451     worklist.insert(&*I);
2453 The STL set ``worklist`` would now contain all instructions in the ``Function``
2454 pointed to by F.
2456 .. _iterate_convert:
2458 Turning an iterator into a class pointer (and vice-versa)
2459 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2461 Sometimes, it'll be useful to grab a reference (or pointer) to a class instance
2462 when all you've got at hand is an iterator.  Well, extracting a reference or a
2463 pointer from an iterator is very straight-forward.  Assuming that ``i`` is a
2464 ``BasicBlock::iterator`` and ``j`` is a ``BasicBlock::const_iterator``:
2466 .. code-block:: c++
2468   Instruction& inst = *i;   // Grab reference to instruction reference
2469   Instruction* pinst = &*i; // Grab pointer to instruction reference
2470   const Instruction& inst = *j;
2472 However, the iterators you'll be working with in the LLVM framework are special:
2473 they will automatically convert to a ptr-to-instance type whenever they need to.
2474 Instead of dereferencing the iterator and then taking the address of the result,
2475 you can simply assign the iterator to the proper pointer type and you get the
2476 dereference and address-of operation as a result of the assignment (behind the
2477 scenes, this is a result of overloading casting mechanisms).  Thus the second
2478 line of the last example,
2480 .. code-block:: c++
2482   Instruction *pinst = &*i;
2484 is semantically equivalent to
2486 .. code-block:: c++
2488   Instruction *pinst = i;
2490 It's also possible to turn a class pointer into the corresponding iterator, and
2491 this is a constant time operation (very efficient).  The following code snippet
2492 illustrates use of the conversion constructors provided by LLVM iterators.  By
2493 using these, you can explicitly grab the iterator of something without actually
2494 obtaining it via iteration over some structure:
2496 .. code-block:: c++
2498   void printNextInstruction(Instruction* inst) {
2499     BasicBlock::iterator it(inst);
2500     ++it; // After this line, it refers to the instruction after *inst
2501     if (it != inst->getParent()->end()) errs() << *it << "\n";
2502   }
2504 Unfortunately, these implicit conversions come at a cost; they prevent these
2505 iterators from conforming to standard iterator conventions, and thus from being
2506 usable with standard algorithms and containers.  For example, they prevent the
2507 following code, where ``B`` is a ``BasicBlock``, from compiling:
2509 .. code-block:: c++
2511   llvm::SmallVector<llvm::Instruction *, 16>(B->begin(), B->end());
2513 Because of this, these implicit conversions may be removed some day, and
2514 ``operator*`` changed to return a pointer instead of a reference.
2516 .. _iterate_complex:
2518 Finding call sites: a slightly more complex example
2519 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2521 Say that you're writing a FunctionPass and would like to count all the locations
2522 in the entire module (that is, across every ``Function``) where a certain
2523 function (i.e., some ``Function *``) is already in scope.  As you'll learn
2524 later, you may want to use an ``InstVisitor`` to accomplish this in a much more
2525 straight-forward manner, but this example will allow us to explore how you'd do
2526 it if you didn't have ``InstVisitor`` around.  In pseudo-code, this is what we
2527 want to do:
2529 .. code-block:: none
2531   initialize callCounter to zero
2532   for each Function f in the Module
2533     for each BasicBlock b in f
2534       for each Instruction i in b
2535         if (i is a CallInst and calls the given function)
2536           increment callCounter
2538 And the actual code is (remember, because we're writing a ``FunctionPass``, our
2539 ``FunctionPass``-derived class simply has to override the ``runOnFunction``
2540 method):
2542 .. code-block:: c++
2544   Function* targetFunc = ...;
2546   class OurFunctionPass : public FunctionPass {
2547     public:
2548       OurFunctionPass(): callCounter(0) { }
2550       virtual runOnFunction(Function& F) {
2551         for (BasicBlock &B : F) {
2552           for (Instruction &I: B) {
2553             if (auto *CallInst = dyn_cast<CallInst>(&I)) {
2554               // We know we've encountered a call instruction, so we
2555               // need to determine if it's a call to the
2556               // function pointed to by m_func or not.
2557               if (CallInst->getCalledFunction() == targetFunc)
2558                 ++callCounter;
2559             }
2560           }
2561         }
2562       }
2564     private:
2565       unsigned callCounter;
2566   };
2568 .. _calls_and_invokes:
2570 Treating calls and invokes the same way
2571 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2573 You may have noticed that the previous example was a bit oversimplified in that
2574 it did not deal with call sites generated by 'invoke' instructions.  In this,
2575 and in other situations, you may find that you want to treat ``CallInst``\ s and
2576 ``InvokeInst``\ s the same way, even though their most-specific common base
2577 class is ``Instruction``, which includes lots of less closely-related things.
2578 For these cases, LLVM provides a handy wrapper class called ``CallSite``
2579 (`doxygen <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1CallSite.html>`__) It is
2580 essentially a wrapper around an ``Instruction`` pointer, with some methods that
2581 provide functionality common to ``CallInst``\ s and ``InvokeInst``\ s.
2583 This class has "value semantics": it should be passed by value, not by reference
2584 and it should not be dynamically allocated or deallocated using ``operator new``
2585 or ``operator delete``.  It is efficiently copyable, assignable and
2586 constructable, with costs equivalents to that of a bare pointer.  If you look at
2587 its definition, it has only a single pointer member.
2589 .. _iterate_chains:
2591 Iterating over def-use & use-def chains
2592 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2594 Frequently, we might have an instance of the ``Value`` class (`doxygen
2595 <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Value.html>`__) and we want to determine
2596 which ``User`` s use the ``Value``.  The list of all ``User``\ s of a particular
2597 ``Value`` is called a *def-use* chain.  For example, let's say we have a
2598 ``Function*`` named ``F`` to a particular function ``foo``.  Finding all of the
2599 instructions that *use* ``foo`` is as simple as iterating over the *def-use*
2600 chain of ``F``:
2602 .. code-block:: c++
2604   Function *F = ...;
2606   for (User *U : F->users()) {
2607     if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(U)) {
2608       errs() << "F is used in instruction:\n";
2609       errs() << *Inst << "\n";
2610     }
2612 Alternatively, it's common to have an instance of the ``User`` Class (`doxygen
2613 <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1User.html>`__) and need to know what
2614 ``Value``\ s are used by it.  The list of all ``Value``\ s used by a ``User`` is
2615 known as a *use-def* chain.  Instances of class ``Instruction`` are common
2616 ``User`` s, so we might want to iterate over all of the values that a particular
2617 instruction uses (that is, the operands of the particular ``Instruction``):
2619 .. code-block:: c++
2621   Instruction *pi = ...;
2623   for (Use &U : pi->operands()) {
2624     Value *v = U.get();
2625     // ...
2626   }
2628 Declaring objects as ``const`` is an important tool of enforcing mutation free
2629 algorithms (such as analyses, etc.).  For this purpose above iterators come in
2630 constant flavors as ``Value::const_use_iterator`` and
2631 ``Value::const_op_iterator``.  They automatically arise when calling
2632 ``use/op_begin()`` on ``const Value*``\ s or ``const User*``\ s respectively.
2633 Upon dereferencing, they return ``const Use*``\ s.  Otherwise the above patterns
2634 remain unchanged.
2636 .. _iterate_preds:
2638 Iterating over predecessors & successors of blocks
2639 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2641 Iterating over the predecessors and successors of a block is quite easy with the
2642 routines defined in ``"llvm/IR/CFG.h"``.  Just use code like this to
2643 iterate over all predecessors of BB:
2645 .. code-block:: c++
2647   #include "llvm/IR/CFG.h"
2648   BasicBlock *BB = ...;
2650   for (BasicBlock *Pred : predecessors(BB)) {
2651     // ...
2652   }
2654 Similarly, to iterate over successors use ``successors``.
2656 .. _simplechanges:
2658 Making simple changes
2659 ---------------------
2661 There are some primitive transformation operations present in the LLVM
2662 infrastructure that are worth knowing about.  When performing transformations,
2663 it's fairly common to manipulate the contents of basic blocks.  This section
2664 describes some of the common methods for doing so and gives example code.
2666 .. _schanges_creating:
2668 Creating and inserting new ``Instruction``\ s
2669 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2671 *Instantiating Instructions*
2673 Creation of ``Instruction``\ s is straight-forward: simply call the constructor
2674 for the kind of instruction to instantiate and provide the necessary parameters.
2675 For example, an ``AllocaInst`` only *requires* a (const-ptr-to) ``Type``.  Thus:
2677 .. code-block:: c++
2679   auto *ai = new AllocaInst(Type::Int32Ty);
2681 will create an ``AllocaInst`` instance that represents the allocation of one
2682 integer in the current stack frame, at run time.  Each ``Instruction`` subclass
2683 is likely to have varying default parameters which change the semantics of the
2684 instruction, so refer to the `doxygen documentation for the subclass of
2685 Instruction <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Instruction.html>`_ that
2686 you're interested in instantiating.
2688 *Naming values*
2690 It is very useful to name the values of instructions when you're able to, as
2691 this facilitates the debugging of your transformations.  If you end up looking
2692 at generated LLVM machine code, you definitely want to have logical names
2693 associated with the results of instructions!  By supplying a value for the
2694 ``Name`` (default) parameter of the ``Instruction`` constructor, you associate a
2695 logical name with the result of the instruction's execution at run time.  For
2696 example, say that I'm writing a transformation that dynamically allocates space
2697 for an integer on the stack, and that integer is going to be used as some kind
2698 of index by some other code.  To accomplish this, I place an ``AllocaInst`` at
2699 the first point in the first ``BasicBlock`` of some ``Function``, and I'm
2700 intending to use it within the same ``Function``.  I might do:
2702 .. code-block:: c++
2704   auto *pa = new AllocaInst(Type::Int32Ty, 0, "indexLoc");
2706 where ``indexLoc`` is now the logical name of the instruction's execution value,
2707 which is a pointer to an integer on the run time stack.
2709 *Inserting instructions*
2711 There are essentially three ways to insert an ``Instruction`` into an existing
2712 sequence of instructions that form a ``BasicBlock``:
2714 * Insertion into an explicit instruction list
2716   Given a ``BasicBlock* pb``, an ``Instruction* pi`` within that ``BasicBlock``,
2717   and a newly-created instruction we wish to insert before ``*pi``, we do the
2718   following:
2720   .. code-block:: c++
2722       BasicBlock *pb = ...;
2723       Instruction *pi = ...;
2724       auto *newInst = new Instruction(...);
2726       pb->getInstList().insert(pi, newInst); // Inserts newInst before pi in pb
2728   Appending to the end of a ``BasicBlock`` is so common that the ``Instruction``
2729   class and ``Instruction``-derived classes provide constructors which take a
2730   pointer to a ``BasicBlock`` to be appended to.  For example code that looked
2731   like:
2733   .. code-block:: c++
2735     BasicBlock *pb = ...;
2736     auto *newInst = new Instruction(...);
2738     pb->getInstList().push_back(newInst); // Appends newInst to pb
2740   becomes:
2742   .. code-block:: c++
2744     BasicBlock *pb = ...;
2745     auto *newInst = new Instruction(..., pb);
2747   which is much cleaner, especially if you are creating long instruction
2748   streams.
2750 * Insertion into an implicit instruction list
2752   ``Instruction`` instances that are already in ``BasicBlock``\ s are implicitly
2753   associated with an existing instruction list: the instruction list of the
2754   enclosing basic block.  Thus, we could have accomplished the same thing as the
2755   above code without being given a ``BasicBlock`` by doing:
2757   .. code-block:: c++
2759     Instruction *pi = ...;
2760     auto *newInst = new Instruction(...);
2762     pi->getParent()->getInstList().insert(pi, newInst);
2764   In fact, this sequence of steps occurs so frequently that the ``Instruction``
2765   class and ``Instruction``-derived classes provide constructors which take (as
2766   a default parameter) a pointer to an ``Instruction`` which the newly-created
2767   ``Instruction`` should precede.  That is, ``Instruction`` constructors are
2768   capable of inserting the newly-created instance into the ``BasicBlock`` of a
2769   provided instruction, immediately before that instruction.  Using an
2770   ``Instruction`` constructor with a ``insertBefore`` (default) parameter, the
2771   above code becomes:
2773   .. code-block:: c++
2775     Instruction* pi = ...;
2776     auto *newInst = new Instruction(..., pi);
2778   which is much cleaner, especially if you're creating a lot of instructions and
2779   adding them to ``BasicBlock``\ s.
2781 * Insertion using an instance of ``IRBuilder``
2783   Inserting several ``Instruction``\ s can be quite laborious using the previous
2784   methods. The ``IRBuilder`` is a convenience class that can be used to add
2785   several instructions to the end of a ``BasicBlock`` or before a particular
2786   ``Instruction``. It also supports constant folding and renaming named
2787   registers (see ``IRBuilder``'s template arguments).
2789   The example below demonstrates a very simple use of the ``IRBuilder`` where
2790   three instructions are inserted before the instruction ``pi``. The first two
2791   instructions are Call instructions and third instruction multiplies the return
2792   value of the two calls.
2794   .. code-block:: c++
2796     Instruction *pi = ...;
2797     IRBuilder<> Builder(pi);
2798     CallInst* callOne = Builder.CreateCall(...);
2799     CallInst* callTwo = Builder.CreateCall(...);
2800     Value* result = Builder.CreateMul(callOne, callTwo);
2802   The example below is similar to the above example except that the created
2803   ``IRBuilder`` inserts instructions at the end of the ``BasicBlock`` ``pb``.
2805   .. code-block:: c++
2807     BasicBlock *pb = ...;
2808     IRBuilder<> Builder(pb);
2809     CallInst* callOne = Builder.CreateCall(...);
2810     CallInst* callTwo = Builder.CreateCall(...);
2811     Value* result = Builder.CreateMul(callOne, callTwo);
2813   See :doc:`tutorial/LangImpl03` for a practical use of the ``IRBuilder``.
2816 .. _schanges_deleting:
2818 Deleting Instructions
2819 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2821 Deleting an instruction from an existing sequence of instructions that form a
2822 BasicBlock_ is very straight-forward: just call the instruction's
2823 ``eraseFromParent()`` method.  For example:
2825 .. code-block:: c++
2827   Instruction *I = .. ;
2828   I->eraseFromParent();
2830 This unlinks the instruction from its containing basic block and deletes it.  If
2831 you'd just like to unlink the instruction from its containing basic block but
2832 not delete it, you can use the ``removeFromParent()`` method.
2834 .. _schanges_replacing:
2836 Replacing an Instruction with another Value
2837 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2839 Replacing individual instructions
2840 """""""""""""""""""""""""""""""""
2842 Including "`llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h
2843 <http://llvm.org/doxygen/BasicBlockUtils_8h_source.html>`_" permits use of two
2844 very useful replace functions: ``ReplaceInstWithValue`` and
2845 ``ReplaceInstWithInst``.
2847 .. _schanges_deleting_sub:
2849 Deleting Instructions
2850 """""""""""""""""""""
2852 * ``ReplaceInstWithValue``
2854   This function replaces all uses of a given instruction with a value, and then
2855   removes the original instruction.  The following example illustrates the
2856   replacement of the result of a particular ``AllocaInst`` that allocates memory
2857   for a single integer with a null pointer to an integer.
2859   .. code-block:: c++
2861     AllocaInst* instToReplace = ...;
2862     BasicBlock::iterator ii(instToReplace);
2864     ReplaceInstWithValue(instToReplace->getParent()->getInstList(), ii,
2865                          Constant::getNullValue(PointerType::getUnqual(Type::Int32Ty)));
2867 * ``ReplaceInstWithInst``
2869   This function replaces a particular instruction with another instruction,
2870   inserting the new instruction into the basic block at the location where the
2871   old instruction was, and replacing any uses of the old instruction with the
2872   new instruction.  The following example illustrates the replacement of one
2873   ``AllocaInst`` with another.
2875   .. code-block:: c++
2877     AllocaInst* instToReplace = ...;
2878     BasicBlock::iterator ii(instToReplace);
2880     ReplaceInstWithInst(instToReplace->getParent()->getInstList(), ii,
2881                         new AllocaInst(Type::Int32Ty, 0, "ptrToReplacedInt"));
2884 Replacing multiple uses of Users and Values
2885 """""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
2887 You can use ``Value::replaceAllUsesWith`` and ``User::replaceUsesOfWith`` to
2888 change more than one use at a time.  See the doxygen documentation for the
2889 `Value Class <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Value.html>`_ and `User Class
2890 <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1User.html>`_, respectively, for more
2891 information.
2893 .. _schanges_deletingGV:
2895 Deleting GlobalVariables
2896 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2898 Deleting a global variable from a module is just as easy as deleting an
2899 Instruction.  First, you must have a pointer to the global variable that you
2900 wish to delete.  You use this pointer to erase it from its parent, the module.
2901 For example:
2903 .. code-block:: c++
2905   GlobalVariable *GV = .. ;
2907   GV->eraseFromParent();
2910 .. _create_types:
2912 How to Create Types
2913 -------------------
2915 In generating IR, you may need some complex types.  If you know these types
2916 statically, you can use ``TypeBuilder<...>::get()``, defined in
2917 ``llvm/Support/TypeBuilder.h``, to retrieve them.  ``TypeBuilder`` has two forms
2918 depending on whether you're building types for cross-compilation or native
2919 library use.  ``TypeBuilder<T, true>`` requires that ``T`` be independent of the
2920 host environment, meaning that it's built out of types from the ``llvm::types``
2921 (`doxygen <http://llvm.org/doxygen/namespacellvm_1_1types.html>`__) namespace
2922 and pointers, functions, arrays, etc. built of those.  ``TypeBuilder<T, false>``
2923 additionally allows native C types whose size may depend on the host compiler.
2924 For example,
2926 .. code-block:: c++
2928   FunctionType *ft = TypeBuilder<types::i<8>(types::i<32>*), true>::get();
2930 is easier to read and write than the equivalent
2932 .. code-block:: c++
2934   std::vector<const Type*> params;
2935   params.push_back(PointerType::getUnqual(Type::Int32Ty));
2936   FunctionType *ft = FunctionType::get(Type::Int8Ty, params, false);
2938 See the `class comment
2939 <http://llvm.org/doxygen/TypeBuilder_8h_source.html#l00001>`_ for more details.
2941 .. _threading:
2943 Threads and LLVM
2944 ================
2946 This section describes the interaction of the LLVM APIs with multithreading,
2947 both on the part of client applications, and in the JIT, in the hosted
2948 application.
2950 Note that LLVM's support for multithreading is still relatively young.  Up
2951 through version 2.5, the execution of threaded hosted applications was
2952 supported, but not threaded client access to the APIs.  While this use case is
2953 now supported, clients *must* adhere to the guidelines specified below to ensure
2954 proper operation in multithreaded mode.
2956 Note that, on Unix-like platforms, LLVM requires the presence of GCC's atomic
2957 intrinsics in order to support threaded operation.  If you need a
2958 multhreading-capable LLVM on a platform without a suitably modern system
2959 compiler, consider compiling LLVM and LLVM-GCC in single-threaded mode, and
2960 using the resultant compiler to build a copy of LLVM with multithreading
2961 support.
2963 .. _shutdown:
2965 Ending Execution with ``llvm_shutdown()``
2966 -----------------------------------------
2968 When you are done using the LLVM APIs, you should call ``llvm_shutdown()`` to
2969 deallocate memory used for internal structures.
2971 .. _managedstatic:
2973 Lazy Initialization with ``ManagedStatic``
2974 ------------------------------------------
2976 ``ManagedStatic`` is a utility class in LLVM used to implement static
2977 initialization of static resources, such as the global type tables.  In a
2978 single-threaded environment, it implements a simple lazy initialization scheme.
2979 When LLVM is compiled with support for multi-threading, however, it uses
2980 double-checked locking to implement thread-safe lazy initialization.
2982 .. _llvmcontext:
2984 Achieving Isolation with ``LLVMContext``
2985 ----------------------------------------
2987 ``LLVMContext`` is an opaque class in the LLVM API which clients can use to
2988 operate multiple, isolated instances of LLVM concurrently within the same
2989 address space.  For instance, in a hypothetical compile-server, the compilation
2990 of an individual translation unit is conceptually independent from all the
2991 others, and it would be desirable to be able to compile incoming translation
2992 units concurrently on independent server threads.  Fortunately, ``LLVMContext``
2993 exists to enable just this kind of scenario!
2995 Conceptually, ``LLVMContext`` provides isolation.  Every LLVM entity
2996 (``Module``\ s, ``Value``\ s, ``Type``\ s, ``Constant``\ s, etc.) in LLVM's
2997 in-memory IR belongs to an ``LLVMContext``.  Entities in different contexts
2998 *cannot* interact with each other: ``Module``\ s in different contexts cannot be
2999 linked together, ``Function``\ s cannot be added to ``Module``\ s in different
3000 contexts, etc.  What this means is that is safe to compile on multiple
3001 threads simultaneously, as long as no two threads operate on entities within the
3002 same context.
3004 In practice, very few places in the API require the explicit specification of a
3005 ``LLVMContext``, other than the ``Type`` creation/lookup APIs.  Because every
3006 ``Type`` carries a reference to its owning context, most other entities can
3007 determine what context they belong to by looking at their own ``Type``.  If you
3008 are adding new entities to LLVM IR, please try to maintain this interface
3009 design.
3011 .. _jitthreading:
3013 Threads and the JIT
3014 -------------------
3016 LLVM's "eager" JIT compiler is safe to use in threaded programs.  Multiple
3017 threads can call ``ExecutionEngine::getPointerToFunction()`` or
3018 ``ExecutionEngine::runFunction()`` concurrently, and multiple threads can run
3019 code output by the JIT concurrently.  The user must still ensure that only one
3020 thread accesses IR in a given ``LLVMContext`` while another thread might be
3021 modifying it.  One way to do that is to always hold the JIT lock while accessing
3022 IR outside the JIT (the JIT *modifies* the IR by adding ``CallbackVH``\ s).
3023 Another way is to only call ``getPointerToFunction()`` from the
3024 ``LLVMContext``'s thread.
3026 When the JIT is configured to compile lazily (using
3027 ``ExecutionEngine::DisableLazyCompilation(false)``), there is currently a `race
3028 condition <https://bugs.llvm.org/show_bug.cgi?id=5184>`_ in updating call sites
3029 after a function is lazily-jitted.  It's still possible to use the lazy JIT in a
3030 threaded program if you ensure that only one thread at a time can call any
3031 particular lazy stub and that the JIT lock guards any IR access, but we suggest
3032 using only the eager JIT in threaded programs.
3034 .. _advanced:
3036 Advanced Topics
3037 ===============
3039 This section describes some of the advanced or obscure API's that most clients
3040 do not need to be aware of.  These API's tend manage the inner workings of the
3041 LLVM system, and only need to be accessed in unusual circumstances.
3043 .. _SymbolTable:
3045 The ``ValueSymbolTable`` class
3046 ------------------------------
3048 The ``ValueSymbolTable`` (`doxygen
3049 <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1ValueSymbolTable.html>`__) class provides
3050 a symbol table that the :ref:`Function <c_Function>` and Module_ classes use for
3051 naming value definitions.  The symbol table can provide a name for any Value_.
3053 Note that the ``SymbolTable`` class should not be directly accessed by most
3054 clients.  It should only be used when iteration over the symbol table names
3055 themselves are required, which is very special purpose.  Note that not all LLVM
3056 Value_\ s have names, and those without names (i.e. they have an empty name) do
3057 not exist in the symbol table.
3059 Symbol tables support iteration over the values in the symbol table with
3060 ``begin/end/iterator`` and supports querying to see if a specific name is in the
3061 symbol table (with ``lookup``).  The ``ValueSymbolTable`` class exposes no
3062 public mutator methods, instead, simply call ``setName`` on a value, which will
3063 autoinsert it into the appropriate symbol table.
3065 .. _UserLayout:
3067 The ``User`` and owned ``Use`` classes' memory layout
3068 -----------------------------------------------------
3070 The ``User`` (`doxygen <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1User.html>`__)
3071 class provides a basis for expressing the ownership of ``User`` towards other
3072 `Value instance <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Value.html>`_\ s.  The
3073 ``Use`` (`doxygen <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Use.html>`__) helper
3074 class is employed to do the bookkeeping and to facilitate *O(1)* addition and
3075 removal.
3077 .. _Use2User:
3079 Interaction and relationship between ``User`` and ``Use`` objects
3080 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3082 A subclass of ``User`` can choose between incorporating its ``Use`` objects or
3083 refer to them out-of-line by means of a pointer.  A mixed variant (some ``Use``
3084 s inline others hung off) is impractical and breaks the invariant that the
3085 ``Use`` objects belonging to the same ``User`` form a contiguous array.
3087 We have 2 different layouts in the ``User`` (sub)classes:
3089 * Layout a)
3091   The ``Use`` object(s) are inside (resp. at fixed offset) of the ``User``
3092   object and there are a fixed number of them.
3094 * Layout b)
3096   The ``Use`` object(s) are referenced by a pointer to an array from the
3097   ``User`` object and there may be a variable number of them.
3099 As of v2.4 each layout still possesses a direct pointer to the start of the
3100 array of ``Use``\ s.  Though not mandatory for layout a), we stick to this
3101 redundancy for the sake of simplicity.  The ``User`` object also stores the
3102 number of ``Use`` objects it has. (Theoretically this information can also be
3103 calculated given the scheme presented below.)
3105 Special forms of allocation operators (``operator new``) enforce the following
3106 memory layouts:
3108 * Layout a) is modelled by prepending the ``User`` object by the ``Use[]``
3109   array.
3111   .. code-block:: none
3113     ...---.---.---.---.-------...
3114       | P | P | P | P | User
3115     '''---'---'---'---'-------'''
3117 * Layout b) is modelled by pointing at the ``Use[]`` array.
3119   .. code-block:: none
3121     .-------...
3122     | User
3123     '-------'''
3124         |
3125         v
3126         .---.---.---.---...
3127         | P | P | P | P |
3128         '---'---'---'---'''
3130 *(In the above figures* '``P``' *stands for the* ``Use**`` *that is stored in
3131 each* ``Use`` *object in the member* ``Use::Prev`` *)*
3133 .. _Waymarking:
3135 The waymarking algorithm
3136 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3138 Since the ``Use`` objects are deprived of the direct (back)pointer to their
3139 ``User`` objects, there must be a fast and exact method to recover it.  This is
3140 accomplished by the following scheme:
3142 A bit-encoding in the 2 LSBits (least significant bits) of the ``Use::Prev``
3143 allows to find the start of the ``User`` object:
3145 * ``00`` --- binary digit 0
3147 * ``01`` --- binary digit 1
3149 * ``10`` --- stop and calculate (``s``)
3151 * ``11`` --- full stop (``S``)
3153 Given a ``Use*``, all we have to do is to walk till we get a stop and we either
3154 have a ``User`` immediately behind or we have to walk to the next stop picking
3155 up digits and calculating the offset:
3157 .. code-block:: none
3159   .---.---.---.---.---.---.---.---.---.---.---.---.---.---.---.---.----------------
3160   | 1 | s | 1 | 0 | 1 | 0 | s | 1 | 1 | 0 | s | 1 | 1 | s | 1 | S | User (or User*)
3161   '---'---'---'---'---'---'---'---'---'---'---'---'---'---'---'---'----------------
3162       |+15                |+10            |+6         |+3     |+1
3163       |                   |               |           |       | __>
3164       |                   |               |           | __________>
3165       |                   |               | ______________________>
3166       |                   | ______________________________________>
3167       | __________________________________________________________>
3169 Only the significant number of bits need to be stored between the stops, so that
3170 the *worst case is 20 memory accesses* when there are 1000 ``Use`` objects
3171 associated with a ``User``.
3173 .. _ReferenceImpl:
3175 Reference implementation
3176 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3178 The following literate Haskell fragment demonstrates the concept:
3180 .. code-block:: haskell
3182   > import Test.QuickCheck
3183   >
3184   > digits :: Int -> [Char] -> [Char]
3185   > digits 0 acc = '0' : acc
3186   > digits 1 acc = '1' : acc
3187   > digits n acc = digits (n `div` 2) $ digits (n `mod` 2) acc
3188   >
3189   > dist :: Int -> [Char] -> [Char]
3190   > dist 0 [] = ['S']
3191   > dist 0 acc = acc
3192   > dist 1 acc = let r = dist 0 acc in 's' : digits (length r) r
3193   > dist n acc = dist (n - 1) $ dist 1 acc
3194   >
3195   > takeLast n ss = reverse $ take n $ reverse ss
3196   >
3197   > test = takeLast 40 $ dist 20 []
3198   >
3200 Printing <test> gives: ``"1s100000s11010s10100s1111s1010s110s11s1S"``
3202 The reverse algorithm computes the length of the string just by examining a
3203 certain prefix:
3205 .. code-block:: haskell
3207   > pref :: [Char] -> Int
3208   > pref "S" = 1
3209   > pref ('s':'1':rest) = decode 2 1 rest
3210   > pref (_:rest) = 1 + pref rest
3211   >
3212   > decode walk acc ('0':rest) = decode (walk + 1) (acc * 2) rest
3213   > decode walk acc ('1':rest) = decode (walk + 1) (acc * 2 + 1) rest
3214   > decode walk acc _ = walk + acc
3215   >
3217 Now, as expected, printing <pref test> gives ``40``.
3219 We can *quickCheck* this with following property:
3221 .. code-block:: haskell
3223   > testcase = dist 2000 []
3224   > testcaseLength = length testcase
3225   >
3226   > identityProp n = n > 0 && n <= testcaseLength ==> length arr == pref arr
3227   >     where arr = takeLast n testcase
3228   >
3230 As expected <quickCheck identityProp> gives:
3234   *Main> quickCheck identityProp
3235   OK, passed 100 tests.
3237 Let's be a bit more exhaustive:
3239 .. code-block:: haskell
3241   >
3242   > deepCheck p = check (defaultConfig { configMaxTest = 500 }) p
3243   >
3245 And here is the result of <deepCheck identityProp>:
3249   *Main> deepCheck identityProp
3250   OK, passed 500 tests.
3252 .. _Tagging:
3254 Tagging considerations
3255 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3257 To maintain the invariant that the 2 LSBits of each ``Use**`` in ``Use`` never
3258 change after being set up, setters of ``Use::Prev`` must re-tag the new
3259 ``Use**`` on every modification.  Accordingly getters must strip the tag bits.
3261 For layout b) instead of the ``User`` we find a pointer (``User*`` with LSBit
3262 set).  Following this pointer brings us to the ``User``.  A portable trick
3263 ensures that the first bytes of ``User`` (if interpreted as a pointer) never has
3264 the LSBit set. (Portability is relying on the fact that all known compilers
3265 place the ``vptr`` in the first word of the instances.)
3267 .. _polymorphism:
3269 Designing Type Hiercharies and Polymorphic Interfaces
3270 -----------------------------------------------------
3272 There are two different design patterns that tend to result in the use of
3273 virtual dispatch for methods in a type hierarchy in C++ programs. The first is
3274 a genuine type hierarchy where different types in the hierarchy model
3275 a specific subset of the functionality and semantics, and these types nest
3276 strictly within each other. Good examples of this can be seen in the ``Value``
3277 or ``Type`` type hierarchies.
3279 A second is the desire to dispatch dynamically across a collection of
3280 polymorphic interface implementations. This latter use case can be modeled with
3281 virtual dispatch and inheritance by defining an abstract interface base class
3282 which all implementations derive from and override. However, this
3283 implementation strategy forces an **"is-a"** relationship to exist that is not
3284 actually meaningful. There is often not some nested hierarchy of useful
3285 generalizations which code might interact with and move up and down. Instead,
3286 there is a singular interface which is dispatched across a range of
3287 implementations.
3289 The preferred implementation strategy for the second use case is that of
3290 generic programming (sometimes called "compile-time duck typing" or "static
3291 polymorphism"). For example, a template over some type parameter ``T`` can be
3292 instantiated across any particular implementation that conforms to the
3293 interface or *concept*. A good example here is the highly generic properties of
3294 any type which models a node in a directed graph. LLVM models these primarily
3295 through templates and generic programming. Such templates include the
3296 ``LoopInfoBase`` and ``DominatorTreeBase``. When this type of polymorphism
3297 truly needs **dynamic** dispatch you can generalize it using a technique
3298 called *concept-based polymorphism*. This pattern emulates the interfaces and
3299 behaviors of templates using a very limited form of virtual dispatch for type
3300 erasure inside its implementation. You can find examples of this technique in
3301 the ``PassManager.h`` system, and there is a more detailed introduction to it
3302 by Sean Parent in several of his talks and papers:
3304 #. `Inheritance Is The Base Class of Evil
3305    <http://channel9.msdn.com/Events/GoingNative/2013/Inheritance-Is-The-Base-Class-of-Evil>`_
3306    - The GoingNative 2013 talk describing this technique, and probably the best
3307    place to start.
3308 #. `Value Semantics and Concepts-based Polymorphism
3309    <http://www.youtube.com/watch?v=_BpMYeUFXv8>`_ - The C++Now! 2012 talk
3310    describing this technique in more detail.
3311 #. `Sean Parent's Papers and Presentations
3312    <http://github.com/sean-parent/sean-parent.github.com/wiki/Papers-and-Presentations>`_
3313    - A Github project full of links to slides, video, and sometimes code.
3315 When deciding between creating a type hierarchy (with either tagged or virtual
3316 dispatch) and using templates or concepts-based polymorphism, consider whether
3317 there is some refinement of an abstract base class which is a semantically
3318 meaningful type on an interface boundary. If anything more refined than the
3319 root abstract interface is meaningless to talk about as a partial extension of
3320 the semantic model, then your use case likely fits better with polymorphism and
3321 you should avoid using virtual dispatch. However, there may be some exigent
3322 circumstances that require one technique or the other to be used.
3324 If you do need to introduce a type hierarchy, we prefer to use explicitly
3325 closed type hierarchies with manual tagged dispatch and/or RTTI rather than the
3326 open inheritance model and virtual dispatch that is more common in C++ code.
3327 This is because LLVM rarely encourages library consumers to extend its core
3328 types, and leverages the closed and tag-dispatched nature of its hierarchies to
3329 generate significantly more efficient code. We have also found that a large
3330 amount of our usage of type hierarchies fits better with tag-based pattern
3331 matching rather than dynamic dispatch across a common interface. Within LLVM we
3332 have built custom helpers to facilitate this design. See this document's
3333 section on :ref:`isa and dyn_cast <isa>` and our :doc:`detailed document
3334 <HowToSetUpLLVMStyleRTTI>` which describes how you can implement this
3335 pattern for use with the LLVM helpers.
3337 .. _abi_breaking_checks:
3339 ABI Breaking Checks
3340 -------------------
3342 Checks and asserts that alter the LLVM C++ ABI are predicated on the
3343 preprocessor symbol `LLVM_ENABLE_ABI_BREAKING_CHECKS` -- LLVM
3344 libraries built with `LLVM_ENABLE_ABI_BREAKING_CHECKS` are not ABI
3345 compatible LLVM libraries built without it defined.  By default,
3346 turning on assertions also turns on `LLVM_ENABLE_ABI_BREAKING_CHECKS`
3347 so a default +Asserts build is not ABI compatible with a
3348 default -Asserts build.  Clients that want ABI compatibility
3349 between +Asserts and -Asserts builds should use the CMake or autoconf
3350 build systems to set `LLVM_ENABLE_ABI_BREAKING_CHECKS` independently
3351 of `LLVM_ENABLE_ASSERTIONS`.
3353 .. _coreclasses:
3355 The Core LLVM Class Hierarchy Reference
3356 =======================================
3358 ``#include "llvm/IR/Type.h"``
3360 header source: `Type.h <http://llvm.org/doxygen/Type_8h_source.html>`_
3362 doxygen info: `Type Clases <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Type.html>`_
3364 The Core LLVM classes are the primary means of representing the program being
3365 inspected or transformed.  The core LLVM classes are defined in header files in
3366 the ``include/llvm/IR`` directory, and implemented in the ``lib/IR``
3367 directory. It's worth noting that, for historical reasons, this library is
3368 called ``libLLVMCore.so``, not ``libLLVMIR.so`` as you might expect.
3370 .. _Type:
3372 The Type class and Derived Types
3373 --------------------------------
3375 ``Type`` is a superclass of all type classes.  Every ``Value`` has a ``Type``.
3376 ``Type`` cannot be instantiated directly but only through its subclasses.
3377 Certain primitive types (``VoidType``, ``LabelType``, ``FloatType`` and
3378 ``DoubleType``) have hidden subclasses.  They are hidden because they offer no
3379 useful functionality beyond what the ``Type`` class offers except to distinguish
3380 themselves from other subclasses of ``Type``.
3382 All other types are subclasses of ``DerivedType``.  Types can be named, but this
3383 is not a requirement.  There exists exactly one instance of a given shape at any
3384 one time.  This allows type equality to be performed with address equality of
3385 the Type Instance.  That is, given two ``Type*`` values, the types are identical
3386 if the pointers are identical.
3388 .. _m_Type:
3390 Important Public Methods
3391 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3393 * ``bool isIntegerTy() const``: Returns true for any integer type.
3395 * ``bool isFloatingPointTy()``: Return true if this is one of the five
3396   floating point types.
3398 * ``bool isSized()``: Return true if the type has known size.  Things
3399   that don't have a size are abstract types, labels and void.
3401 .. _derivedtypes:
3403 Important Derived Types
3404 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3406 ``IntegerType``
3407   Subclass of DerivedType that represents integer types of any bit width.  Any
3408   bit width between ``IntegerType::MIN_INT_BITS`` (1) and
3409   ``IntegerType::MAX_INT_BITS`` (~8 million) can be represented.
3411   * ``static const IntegerType* get(unsigned NumBits)``: get an integer
3412     type of a specific bit width.
3414   * ``unsigned getBitWidth() const``: Get the bit width of an integer type.
3416 ``SequentialType``
3417   This is subclassed by ArrayType and VectorType.
3419   * ``const Type * getElementType() const``: Returns the type of each
3420     of the elements in the sequential type.
3422   * ``uint64_t getNumElements() const``: Returns the number of elements
3423     in the sequential type.
3425 ``ArrayType``
3426   This is a subclass of SequentialType and defines the interface for array
3427   types.
3429 ``PointerType``
3430   Subclass of Type for pointer types.
3432 ``VectorType``
3433   Subclass of SequentialType for vector types.  A vector type is similar to an
3434   ArrayType but is distinguished because it is a first class type whereas
3435   ArrayType is not.  Vector types are used for vector operations and are usually
3436   small vectors of an integer or floating point type.
3438 ``StructType``
3439   Subclass of DerivedTypes for struct types.
3441 .. _FunctionType:
3443 ``FunctionType``
3444   Subclass of DerivedTypes for function types.
3446   * ``bool isVarArg() const``: Returns true if it's a vararg function.
3448   * ``const Type * getReturnType() const``: Returns the return type of the
3449     function.
3451   * ``const Type * getParamType (unsigned i)``: Returns the type of the ith
3452     parameter.
3454   * ``const unsigned getNumParams() const``: Returns the number of formal
3455     parameters.
3457 .. _Module:
3459 The ``Module`` class
3460 --------------------
3462 ``#include "llvm/IR/Module.h"``
3464 header source: `Module.h <http://llvm.org/doxygen/Module_8h_source.html>`_
3466 doxygen info: `Module Class <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Module.html>`_
3468 The ``Module`` class represents the top level structure present in LLVM
3469 programs.  An LLVM module is effectively either a translation unit of the
3470 original program or a combination of several translation units merged by the
3471 linker.  The ``Module`` class keeps track of a list of :ref:`Function
3472 <c_Function>`\ s, a list of GlobalVariable_\ s, and a SymbolTable_.
3473 Additionally, it contains a few helpful member functions that try to make common
3474 operations easy.
3476 .. _m_Module:
3478 Important Public Members of the ``Module`` class
3479 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3481 * ``Module::Module(std::string name = "")``
3483   Constructing a Module_ is easy.  You can optionally provide a name for it
3484   (probably based on the name of the translation unit).
3486 * | ``Module::iterator`` - Typedef for function list iterator
3487   | ``Module::const_iterator`` - Typedef for const_iterator.
3488   | ``begin()``, ``end()``, ``size()``, ``empty()``
3490   These are forwarding methods that make it easy to access the contents of a
3491   ``Module`` object's :ref:`Function <c_Function>` list.
3493 * ``Module::FunctionListType &getFunctionList()``
3495   Returns the list of :ref:`Function <c_Function>`\ s.  This is necessary to use
3496   when you need to update the list or perform a complex action that doesn't have
3497   a forwarding method.
3499 ----------------
3501 * | ``Module::global_iterator`` - Typedef for global variable list iterator
3502   | ``Module::const_global_iterator`` - Typedef for const_iterator.
3503   | ``global_begin()``, ``global_end()``, ``global_size()``, ``global_empty()``
3505   These are forwarding methods that make it easy to access the contents of a
3506   ``Module`` object's GlobalVariable_ list.
3508 * ``Module::GlobalListType &getGlobalList()``
3510   Returns the list of GlobalVariable_\ s.  This is necessary to use when you
3511   need to update the list or perform a complex action that doesn't have a
3512   forwarding method.
3514 ----------------
3516 * ``SymbolTable *getSymbolTable()``
3518   Return a reference to the SymbolTable_ for this ``Module``.
3520 ----------------
3522 * ``Function *getFunction(StringRef Name) const``
3524   Look up the specified function in the ``Module`` SymbolTable_.  If it does not
3525   exist, return ``null``.
3527 * ``Function *getOrInsertFunction(const std::string &Name, const FunctionType
3528   *T)``
3530   Look up the specified function in the ``Module`` SymbolTable_.  If it does not
3531   exist, add an external declaration for the function and return it.
3533 * ``std::string getTypeName(const Type *Ty)``
3535   If there is at least one entry in the SymbolTable_ for the specified Type_,
3536   return it.  Otherwise return the empty string.
3538 * ``bool addTypeName(const std::string &Name, const Type *Ty)``
3540   Insert an entry in the SymbolTable_ mapping ``Name`` to ``Ty``.  If there is
3541   already an entry for this name, true is returned and the SymbolTable_ is not
3542   modified.
3544 .. _Value:
3546 The ``Value`` class
3547 -------------------
3549 ``#include "llvm/IR/Value.h"``
3551 header source: `Value.h <http://llvm.org/doxygen/Value_8h_source.html>`_
3553 doxygen info: `Value Class <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Value.html>`_
3555 The ``Value`` class is the most important class in the LLVM Source base.  It
3556 represents a typed value that may be used (among other things) as an operand to
3557 an instruction.  There are many different types of ``Value``\ s, such as
3558 Constant_\ s, Argument_\ s.  Even Instruction_\ s and :ref:`Function
3559 <c_Function>`\ s are ``Value``\ s.
3561 A particular ``Value`` may be used many times in the LLVM representation for a
3562 program.  For example, an incoming argument to a function (represented with an
3563 instance of the Argument_ class) is "used" by every instruction in the function
3564 that references the argument.  To keep track of this relationship, the ``Value``
3565 class keeps a list of all of the ``User``\ s that is using it (the User_ class
3566 is a base class for all nodes in the LLVM graph that can refer to ``Value``\ s).
3567 This use list is how LLVM represents def-use information in the program, and is
3568 accessible through the ``use_*`` methods, shown below.
3570 Because LLVM is a typed representation, every LLVM ``Value`` is typed, and this
3571 Type_ is available through the ``getType()`` method.  In addition, all LLVM
3572 values can be named.  The "name" of the ``Value`` is a symbolic string printed
3573 in the LLVM code:
3575 .. code-block:: llvm
3577   %foo = add i32 1, 2
3579 .. _nameWarning:
3581 The name of this instruction is "foo". **NOTE** that the name of any value may
3582 be missing (an empty string), so names should **ONLY** be used for debugging
3583 (making the source code easier to read, debugging printouts), they should not be
3584 used to keep track of values or map between them.  For this purpose, use a
3585 ``std::map`` of pointers to the ``Value`` itself instead.
3587 One important aspect of LLVM is that there is no distinction between an SSA
3588 variable and the operation that produces it.  Because of this, any reference to
3589 the value produced by an instruction (or the value available as an incoming
3590 argument, for example) is represented as a direct pointer to the instance of the
3591 class that represents this value.  Although this may take some getting used to,
3592 it simplifies the representation and makes it easier to manipulate.
3594 .. _m_Value:
3596 Important Public Members of the ``Value`` class
3597 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3599 * | ``Value::use_iterator`` - Typedef for iterator over the use-list
3600   | ``Value::const_use_iterator`` - Typedef for const_iterator over the
3601     use-list
3602   | ``unsigned use_size()`` - Returns the number of users of the value.
3603   | ``bool use_empty()`` - Returns true if there are no users.
3604   | ``use_iterator use_begin()`` - Get an iterator to the start of the
3605     use-list.
3606   | ``use_iterator use_end()`` - Get an iterator to the end of the use-list.
3607   | ``User *use_back()`` - Returns the last element in the list.
3609   These methods are the interface to access the def-use information in LLVM.
3610   As with all other iterators in LLVM, the naming conventions follow the
3611   conventions defined by the STL_.
3613 * ``Type *getType() const``
3614   This method returns the Type of the Value.
3616 * | ``bool hasName() const``
3617   | ``std::string getName() const``
3618   | ``void setName(const std::string &Name)``
3620   This family of methods is used to access and assign a name to a ``Value``, be
3621   aware of the :ref:`precaution above <nameWarning>`.
3623 * ``void replaceAllUsesWith(Value *V)``
3625   This method traverses the use list of a ``Value`` changing all User_\ s of the
3626   current value to refer to "``V``" instead.  For example, if you detect that an
3627   instruction always produces a constant value (for example through constant
3628   folding), you can replace all uses of the instruction with the constant like
3629   this:
3631   .. code-block:: c++
3633     Inst->replaceAllUsesWith(ConstVal);
3635 .. _User:
3637 The ``User`` class
3638 ------------------
3640 ``#include "llvm/IR/User.h"``
3642 header source: `User.h <http://llvm.org/doxygen/User_8h_source.html>`_
3644 doxygen info: `User Class <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1User.html>`_
3646 Superclass: Value_
3648 The ``User`` class is the common base class of all LLVM nodes that may refer to
3649 ``Value``\ s.  It exposes a list of "Operands" that are all of the ``Value``\ s
3650 that the User is referring to.  The ``User`` class itself is a subclass of
3651 ``Value``.
3653 The operands of a ``User`` point directly to the LLVM ``Value`` that it refers
3654 to.  Because LLVM uses Static Single Assignment (SSA) form, there can only be
3655 one definition referred to, allowing this direct connection.  This connection
3656 provides the use-def information in LLVM.
3658 .. _m_User:
3660 Important Public Members of the ``User`` class
3661 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3663 The ``User`` class exposes the operand list in two ways: through an index access
3664 interface and through an iterator based interface.
3666 * | ``Value *getOperand(unsigned i)``
3667   | ``unsigned getNumOperands()``
3669   These two methods expose the operands of the ``User`` in a convenient form for
3670   direct access.
3672 * | ``User::op_iterator`` - Typedef for iterator over the operand list
3673   | ``op_iterator op_begin()`` - Get an iterator to the start of the operand
3674     list.
3675   | ``op_iterator op_end()`` - Get an iterator to the end of the operand list.
3677   Together, these methods make up the iterator based interface to the operands
3678   of a ``User``.
3681 .. _Instruction:
3683 The ``Instruction`` class
3684 -------------------------
3686 ``#include "llvm/IR/Instruction.h"``
3688 header source: `Instruction.h
3689 <http://llvm.org/doxygen/Instruction_8h_source.html>`_
3691 doxygen info: `Instruction Class
3692 <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Instruction.html>`_
3694 Superclasses: User_, Value_
3696 The ``Instruction`` class is the common base class for all LLVM instructions.
3697 It provides only a few methods, but is a very commonly used class.  The primary
3698 data tracked by the ``Instruction`` class itself is the opcode (instruction
3699 type) and the parent BasicBlock_ the ``Instruction`` is embedded into.  To
3700 represent a specific type of instruction, one of many subclasses of
3701 ``Instruction`` are used.
3703 Because the ``Instruction`` class subclasses the User_ class, its operands can
3704 be accessed in the same way as for other ``User``\ s (with the
3705 ``getOperand()``/``getNumOperands()`` and ``op_begin()``/``op_end()`` methods).
3706 An important file for the ``Instruction`` class is the ``llvm/Instruction.def``
3707 file.  This file contains some meta-data about the various different types of
3708 instructions in LLVM.  It describes the enum values that are used as opcodes
3709 (for example ``Instruction::Add`` and ``Instruction::ICmp``), as well as the
3710 concrete sub-classes of ``Instruction`` that implement the instruction (for
3711 example BinaryOperator_ and CmpInst_).  Unfortunately, the use of macros in this
3712 file confuses doxygen, so these enum values don't show up correctly in the
3713 `doxygen output <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Instruction.html>`_.
3715 .. _s_Instruction:
3717 Important Subclasses of the ``Instruction`` class
3718 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3720 .. _BinaryOperator:
3722 * ``BinaryOperator``
3724   This subclasses represents all two operand instructions whose operands must be
3725   the same type, except for the comparison instructions.
3727 .. _CastInst:
3729 * ``CastInst``
3730   This subclass is the parent of the 12 casting instructions.  It provides
3731   common operations on cast instructions.
3733 .. _CmpInst:
3735 * ``CmpInst``
3737   This subclass represents the two comparison instructions,
3738   `ICmpInst <LangRef.html#i_icmp>`_ (integer opreands), and
3739   `FCmpInst <LangRef.html#i_fcmp>`_ (floating point operands).
3741 .. _TerminatorInst:
3743 * ``TerminatorInst``
3745   This subclass is the parent of all terminator instructions (those which can
3746   terminate a block).
3748 .. _m_Instruction:
3750 Important Public Members of the ``Instruction`` class
3751 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3753 * ``BasicBlock *getParent()``
3755   Returns the BasicBlock_ that this
3756   ``Instruction`` is embedded into.
3758 * ``bool mayWriteToMemory()``
3760   Returns true if the instruction writes to memory, i.e. it is a ``call``,
3761   ``free``, ``invoke``, or ``store``.
3763 * ``unsigned getOpcode()``
3765   Returns the opcode for the ``Instruction``.
3767 * ``Instruction *clone() const``
3769   Returns another instance of the specified instruction, identical in all ways
3770   to the original except that the instruction has no parent (i.e. it's not
3771   embedded into a BasicBlock_), and it has no name.
3773 .. _Constant:
3775 The ``Constant`` class and subclasses
3776 -------------------------------------
3778 Constant represents a base class for different types of constants.  It is
3779 subclassed by ConstantInt, ConstantArray, etc. for representing the various
3780 types of Constants.  GlobalValue_ is also a subclass, which represents the
3781 address of a global variable or function.
3783 .. _s_Constant:
3785 Important Subclasses of Constant
3786 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3788 * ConstantInt : This subclass of Constant represents an integer constant of
3789   any width.
3791   * ``const APInt& getValue() const``: Returns the underlying
3792     value of this constant, an APInt value.
3794   * ``int64_t getSExtValue() const``: Converts the underlying APInt value to an
3795     int64_t via sign extension.  If the value (not the bit width) of the APInt
3796     is too large to fit in an int64_t, an assertion will result.  For this
3797     reason, use of this method is discouraged.
3799   * ``uint64_t getZExtValue() const``: Converts the underlying APInt value
3800     to a uint64_t via zero extension.  IF the value (not the bit width) of the
3801     APInt is too large to fit in a uint64_t, an assertion will result.  For this
3802     reason, use of this method is discouraged.
3804   * ``static ConstantInt* get(const APInt& Val)``: Returns the ConstantInt
3805     object that represents the value provided by ``Val``.  The type is implied
3806     as the IntegerType that corresponds to the bit width of ``Val``.
3808   * ``static ConstantInt* get(const Type *Ty, uint64_t Val)``: Returns the
3809     ConstantInt object that represents the value provided by ``Val`` for integer
3810     type ``Ty``.
3812 * ConstantFP : This class represents a floating point constant.
3814   * ``double getValue() const``: Returns the underlying value of this constant.
3816 * ConstantArray : This represents a constant array.
3818   * ``const std::vector<Use> &getValues() const``: Returns a vector of
3819     component constants that makeup this array.
3821 * ConstantStruct : This represents a constant struct.
3823   * ``const std::vector<Use> &getValues() const``: Returns a vector of
3824     component constants that makeup this array.
3826 * GlobalValue : This represents either a global variable or a function.  In
3827   either case, the value is a constant fixed address (after linking).
3829 .. _GlobalValue:
3831 The ``GlobalValue`` class
3832 -------------------------
3834 ``#include "llvm/IR/GlobalValue.h"``
3836 header source: `GlobalValue.h
3837 <http://llvm.org/doxygen/GlobalValue_8h_source.html>`_
3839 doxygen info: `GlobalValue Class
3840 <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1GlobalValue.html>`_
3842 Superclasses: Constant_, User_, Value_
3844 Global values ( GlobalVariable_\ s or :ref:`Function <c_Function>`\ s) are the
3845 only LLVM values that are visible in the bodies of all :ref:`Function
3846 <c_Function>`\ s.  Because they are visible at global scope, they are also
3847 subject to linking with other globals defined in different translation units.
3848 To control the linking process, ``GlobalValue``\ s know their linkage rules.
3849 Specifically, ``GlobalValue``\ s know whether they have internal or external
3850 linkage, as defined by the ``LinkageTypes`` enumeration.
3852 If a ``GlobalValue`` has internal linkage (equivalent to being ``static`` in C),
3853 it is not visible to code outside the current translation unit, and does not
3854 participate in linking.  If it has external linkage, it is visible to external
3855 code, and does participate in linking.  In addition to linkage information,
3856 ``GlobalValue``\ s keep track of which Module_ they are currently part of.
3858 Because ``GlobalValue``\ s are memory objects, they are always referred to by
3859 their **address**.  As such, the Type_ of a global is always a pointer to its
3860 contents.  It is important to remember this when using the ``GetElementPtrInst``
3861 instruction because this pointer must be dereferenced first.  For example, if
3862 you have a ``GlobalVariable`` (a subclass of ``GlobalValue)`` that is an array
3863 of 24 ints, type ``[24 x i32]``, then the ``GlobalVariable`` is a pointer to
3864 that array.  Although the address of the first element of this array and the
3865 value of the ``GlobalVariable`` are the same, they have different types.  The
3866 ``GlobalVariable``'s type is ``[24 x i32]``.  The first element's type is
3867 ``i32.`` Because of this, accessing a global value requires you to dereference
3868 the pointer with ``GetElementPtrInst`` first, then its elements can be accessed.
3869 This is explained in the `LLVM Language Reference Manual
3870 <LangRef.html#globalvars>`_.
3872 .. _m_GlobalValue:
3874 Important Public Members of the ``GlobalValue`` class
3875 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3877 * | ``bool hasInternalLinkage() const``
3878   | ``bool hasExternalLinkage() const``
3879   | ``void setInternalLinkage(bool HasInternalLinkage)``
3881   These methods manipulate the linkage characteristics of the ``GlobalValue``.
3883 * ``Module *getParent()``
3885   This returns the Module_ that the
3886   GlobalValue is currently embedded into.
3888 .. _c_Function:
3890 The ``Function`` class
3891 ----------------------
3893 ``#include "llvm/IR/Function.h"``
3895 header source: `Function.h <http://llvm.org/doxygen/Function_8h_source.html>`_
3897 doxygen info: `Function Class
3898 <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Function.html>`_
3900 Superclasses: GlobalValue_, Constant_, User_, Value_
3902 The ``Function`` class represents a single procedure in LLVM.  It is actually
3903 one of the more complex classes in the LLVM hierarchy because it must keep track
3904 of a large amount of data.  The ``Function`` class keeps track of a list of
3905 BasicBlock_\ s, a list of formal Argument_\ s, and a SymbolTable_.
3907 The list of BasicBlock_\ s is the most commonly used part of ``Function``
3908 objects.  The list imposes an implicit ordering of the blocks in the function,
3909 which indicate how the code will be laid out by the backend.  Additionally, the
3910 first BasicBlock_ is the implicit entry node for the ``Function``.  It is not
3911 legal in LLVM to explicitly branch to this initial block.  There are no implicit
3912 exit nodes, and in fact there may be multiple exit nodes from a single
3913 ``Function``.  If the BasicBlock_ list is empty, this indicates that the
3914 ``Function`` is actually a function declaration: the actual body of the function
3915 hasn't been linked in yet.
3917 In addition to a list of BasicBlock_\ s, the ``Function`` class also keeps track
3918 of the list of formal Argument_\ s that the function receives.  This container
3919 manages the lifetime of the Argument_ nodes, just like the BasicBlock_ list does
3920 for the BasicBlock_\ s.
3922 The SymbolTable_ is a very rarely used LLVM feature that is only used when you
3923 have to look up a value by name.  Aside from that, the SymbolTable_ is used
3924 internally to make sure that there are not conflicts between the names of
3925 Instruction_\ s, BasicBlock_\ s, or Argument_\ s in the function body.
3927 Note that ``Function`` is a GlobalValue_ and therefore also a Constant_.  The
3928 value of the function is its address (after linking) which is guaranteed to be
3929 constant.
3931 .. _m_Function:
3933 Important Public Members of the ``Function``
3934 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3936 * ``Function(const FunctionType *Ty, LinkageTypes Linkage,
3937   const std::string &N = "", Module* Parent = 0)``
3939   Constructor used when you need to create new ``Function``\ s to add the
3940   program.  The constructor must specify the type of the function to create and
3941   what type of linkage the function should have.  The FunctionType_ argument
3942   specifies the formal arguments and return value for the function.  The same
3943   FunctionType_ value can be used to create multiple functions.  The ``Parent``
3944   argument specifies the Module in which the function is defined.  If this
3945   argument is provided, the function will automatically be inserted into that
3946   module's list of functions.
3948 * ``bool isDeclaration()``
3950   Return whether or not the ``Function`` has a body defined.  If the function is
3951   "external", it does not have a body, and thus must be resolved by linking with
3952   a function defined in a different translation unit.
3954 * | ``Function::iterator`` - Typedef for basic block list iterator
3955   | ``Function::const_iterator`` - Typedef for const_iterator.
3956   | ``begin()``, ``end()``, ``size()``, ``empty()``
3958   These are forwarding methods that make it easy to access the contents of a
3959   ``Function`` object's BasicBlock_ list.
3961 * ``Function::BasicBlockListType &getBasicBlockList()``
3963   Returns the list of BasicBlock_\ s.  This is necessary to use when you need to
3964   update the list or perform a complex action that doesn't have a forwarding
3965   method.
3967 * | ``Function::arg_iterator`` - Typedef for the argument list iterator
3968   | ``Function::const_arg_iterator`` - Typedef for const_iterator.
3969   | ``arg_begin()``, ``arg_end()``, ``arg_size()``, ``arg_empty()``
3971   These are forwarding methods that make it easy to access the contents of a
3972   ``Function`` object's Argument_ list.
3974 * ``Function::ArgumentListType &getArgumentList()``
3976   Returns the list of Argument_.  This is necessary to use when you need to
3977   update the list or perform a complex action that doesn't have a forwarding
3978   method.
3980 * ``BasicBlock &getEntryBlock()``
3982   Returns the entry ``BasicBlock`` for the function.  Because the entry block
3983   for the function is always the first block, this returns the first block of
3984   the ``Function``.
3986 * | ``Type *getReturnType()``
3987   | ``FunctionType *getFunctionType()``
3989   This traverses the Type_ of the ``Function`` and returns the return type of
3990   the function, or the FunctionType_ of the actual function.
3992 * ``SymbolTable *getSymbolTable()``
3994   Return a pointer to the SymbolTable_ for this ``Function``.
3996 .. _GlobalVariable:
3998 The ``GlobalVariable`` class
3999 ----------------------------
4001 ``#include "llvm/IR/GlobalVariable.h"``
4003 header source: `GlobalVariable.h
4004 <http://llvm.org/doxygen/GlobalVariable_8h_source.html>`_
4006 doxygen info: `GlobalVariable Class
4007 <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1GlobalVariable.html>`_
4009 Superclasses: GlobalValue_, Constant_, User_, Value_
4011 Global variables are represented with the (surprise surprise) ``GlobalVariable``
4012 class.  Like functions, ``GlobalVariable``\ s are also subclasses of
4013 GlobalValue_, and as such are always referenced by their address (global values
4014 must live in memory, so their "name" refers to their constant address).  See
4015 GlobalValue_ for more on this.  Global variables may have an initial value
4016 (which must be a Constant_), and if they have an initializer, they may be marked
4017 as "constant" themselves (indicating that their contents never change at
4018 runtime).
4020 .. _m_GlobalVariable:
4022 Important Public Members of the ``GlobalVariable`` class
4023 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
4025 * ``GlobalVariable(const Type *Ty, bool isConstant, LinkageTypes &Linkage,
4026   Constant *Initializer = 0, const std::string &Name = "", Module* Parent = 0)``
4028   Create a new global variable of the specified type.  If ``isConstant`` is true
4029   then the global variable will be marked as unchanging for the program.  The
4030   Linkage parameter specifies the type of linkage (internal, external, weak,
4031   linkonce, appending) for the variable.  If the linkage is InternalLinkage,
4032   WeakAnyLinkage, WeakODRLinkage, LinkOnceAnyLinkage or LinkOnceODRLinkage, then
4033   the resultant global variable will have internal linkage.  AppendingLinkage
4034   concatenates together all instances (in different translation units) of the
4035   variable into a single variable but is only applicable to arrays.  See the
4036   `LLVM Language Reference <LangRef.html#modulestructure>`_ for further details
4037   on linkage types.  Optionally an initializer, a name, and the module to put
4038   the variable into may be specified for the global variable as well.
4040 * ``bool isConstant() const``
4042   Returns true if this is a global variable that is known not to be modified at
4043   runtime.
4045 * ``bool hasInitializer()``
4047   Returns true if this ``GlobalVariable`` has an intializer.
4049 * ``Constant *getInitializer()``
4051   Returns the initial value for a ``GlobalVariable``.  It is not legal to call
4052   this method if there is no initializer.
4054 .. _BasicBlock:
4056 The ``BasicBlock`` class
4057 ------------------------
4059 ``#include "llvm/IR/BasicBlock.h"``
4061 header source: `BasicBlock.h
4062 <http://llvm.org/doxygen/BasicBlock_8h_source.html>`_
4064 doxygen info: `BasicBlock Class
4065 <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1BasicBlock.html>`_
4067 Superclass: Value_
4069 This class represents a single entry single exit section of the code, commonly
4070 known as a basic block by the compiler community.  The ``BasicBlock`` class
4071 maintains a list of Instruction_\ s, which form the body of the block.  Matching
4072 the language definition, the last element of this list of instructions is always
4073 a terminator instruction (a subclass of the TerminatorInst_ class).
4075 In addition to tracking the list of instructions that make up the block, the
4076 ``BasicBlock`` class also keeps track of the :ref:`Function <c_Function>` that
4077 it is embedded into.
4079 Note that ``BasicBlock``\ s themselves are Value_\ s, because they are
4080 referenced by instructions like branches and can go in the switch tables.
4081 ``BasicBlock``\ s have type ``label``.
4083 .. _m_BasicBlock:
4085 Important Public Members of the ``BasicBlock`` class
4086 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
4088 * ``BasicBlock(const std::string &Name = "", Function *Parent = 0)``
4090   The ``BasicBlock`` constructor is used to create new basic blocks for
4091   insertion into a function.  The constructor optionally takes a name for the
4092   new block, and a :ref:`Function <c_Function>` to insert it into.  If the
4093   ``Parent`` parameter is specified, the new ``BasicBlock`` is automatically
4094   inserted at the end of the specified :ref:`Function <c_Function>`, if not
4095   specified, the BasicBlock must be manually inserted into the :ref:`Function
4096   <c_Function>`.
4098 * | ``BasicBlock::iterator`` - Typedef for instruction list iterator
4099   | ``BasicBlock::const_iterator`` - Typedef for const_iterator.
4100   | ``begin()``, ``end()``, ``front()``, ``back()``,
4101     ``size()``, ``empty()``
4102     STL-style functions for accessing the instruction list.
4104   These methods and typedefs are forwarding functions that have the same
4105   semantics as the standard library methods of the same names.  These methods
4106   expose the underlying instruction list of a basic block in a way that is easy
4107   to manipulate.  To get the full complement of container operations (including
4108   operations to update the list), you must use the ``getInstList()`` method.
4110 * ``BasicBlock::InstListType &getInstList()``
4112   This method is used to get access to the underlying container that actually
4113   holds the Instructions.  This method must be used when there isn't a
4114   forwarding function in the ``BasicBlock`` class for the operation that you
4115   would like to perform.  Because there are no forwarding functions for
4116   "updating" operations, you need to use this if you want to update the contents
4117   of a ``BasicBlock``.
4119 * ``Function *getParent()``
4121   Returns a pointer to :ref:`Function <c_Function>` the block is embedded into,
4122   or a null pointer if it is homeless.
4124 * ``TerminatorInst *getTerminator()``
4126   Returns a pointer to the terminator instruction that appears at the end of the
4127   ``BasicBlock``.  If there is no terminator instruction, or if the last
4128   instruction in the block is not a terminator, then a null pointer is returned.
4130 .. _Argument:
4132 The ``Argument`` class
4133 ----------------------
4135 This subclass of Value defines the interface for incoming formal arguments to a
4136 function.  A Function maintains a list of its formal arguments.  An argument has
4137 a pointer to the parent Function.