[RISCV] Regenerate autogen test to remove spurious diff
[llvm-project.git] / llvm / docs / ProgrammersManual.rst
blob491e6b1dd2498b124b883a7545b21cf9c58c3483
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 <https://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 <https://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    <https://en.cppreference.com/w/>`_ - an excellent
60    reference for the STL and other parts of the standard C++ library.
62 #. `cplusplus.com
63    <https://cplusplus.com/reference/>`_ - another excellent
64    reference like the one above.
66 #. `C++ In a Nutshell <http://www.tempest-sw.com/cpp/>`_ - This is an O'Reilly
67    book in the making.  It has a decent Standard Library Reference that rivals
68    Dinkumware's, and is unfortunately no longer free since the book has been
69    published.
71 #. `C++ Frequently Asked Questions <https://www.parashift.com/c++-faq-lite/>`_.
73 #. `Bjarne Stroustrup's C++ Page
74    <https://www.stroustrup.com/C++.html>`_.
76 #. `Bruce Eckel's Thinking in C++, 2nd ed. Volume 2.
77    (even better, get the book)
78    <https://archive.org/details/TICPP2ndEdVolTwo>`_.
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 <https://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 ``isa_and_nonnull<>``:
168   The ``isa_and_nonnull<>`` operator works just like the ``isa<>`` operator,
169   except that it allows for a null pointer as an argument (which it then
170   returns false).  This can sometimes be useful, allowing you to combine several
171   null checks into one.
173 ``cast_or_null<>``:
174   The ``cast_or_null<>`` operator works just like the ``cast<>`` operator,
175   except that it allows for a null pointer as an argument (which it then
176   propagates).  This can sometimes be useful, allowing you to combine several
177   null checks into one.
179 ``dyn_cast_or_null<>``:
180   The ``dyn_cast_or_null<>`` operator works just like the ``dyn_cast<>``
181   operator, except that it allows for a null pointer as an argument (which it
182   then propagates).  This can sometimes be useful, allowing you to combine
183   several null checks into one.
185 These five templates can be used with any classes, whether they have a v-table
186 or not.  If you want to add support for these templates, see the document
187 :doc:`How to set up LLVM-style RTTI for your class hierarchy
188 <HowToSetUpLLVMStyleRTTI>`
190 .. _string_apis:
192 Passing strings (the ``StringRef`` and ``Twine`` classes)
193 ---------------------------------------------------------
195 Although LLVM generally does not do much string manipulation, we do have several
196 important APIs which take strings.  Two important examples are the Value class
197 -- which has names for instructions, functions, etc. -- and the ``StringMap``
198 class which is used extensively in LLVM and Clang.
200 These are generic classes, and they need to be able to accept strings which may
201 have embedded null characters.  Therefore, they cannot simply take a ``const
202 char *``, and taking a ``const std::string&`` requires clients to perform a heap
203 allocation which is usually unnecessary.  Instead, many LLVM APIs use a
204 ``StringRef`` or a ``const Twine&`` for passing strings efficiently.
206 .. _StringRef:
208 The ``StringRef`` class
209 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
211 The ``StringRef`` data type represents a reference to a constant string (a
212 character array and a length) and supports the common operations available on
213 ``std::string``, but does not require heap allocation.
215 It can be implicitly constructed using a C style null-terminated string, an
216 ``std::string``, or explicitly with a character pointer and length.  For
217 example, the ``StringMap`` find function is declared as:
219 .. code-block:: c++
221   iterator find(StringRef Key);
223 and clients can call it using any one of:
225 .. code-block:: c++
227   Map.find("foo");                 // Lookup "foo"
228   Map.find(std::string("bar"));    // Lookup "bar"
229   Map.find(StringRef("\0baz", 4)); // Lookup "\0baz"
231 Similarly, APIs which need to return a string may return a ``StringRef``
232 instance, which can be used directly or converted to an ``std::string`` using
233 the ``str`` member function.  See ``llvm/ADT/StringRef.h`` (`doxygen
234 <https://llvm.org/doxygen/StringRef_8h_source.html>`__) for more
235 information.
237 You should rarely use the ``StringRef`` class directly, because it contains
238 pointers to external memory it is not generally safe to store an instance of the
239 class (unless you know that the external storage will not be freed).
240 ``StringRef`` is small and pervasive enough in LLVM that it should always be
241 passed by value.
243 The ``Twine`` class
244 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
246 The ``Twine`` (`doxygen <https://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Twine.html>`__)
247 class is an efficient way for APIs to accept concatenated strings.  For example,
248 a common LLVM paradigm is to name one instruction based on the name of another
249 instruction with a suffix, for example:
251 .. code-block:: c++
253     New = CmpInst::Create(..., SO->getName() + ".cmp");
255 The ``Twine`` class is effectively a lightweight `rope
256 <http://en.wikipedia.org/wiki/Rope_(computer_science)>`_ which points to
257 temporary (stack allocated) objects.  Twines can be implicitly constructed as
258 the result of the plus operator applied to strings (i.e., a C strings, an
259 ``std::string``, or a ``StringRef``).  The twine delays the actual concatenation
260 of strings until it is actually required, at which point it can be efficiently
261 rendered directly into a character array.  This avoids unnecessary heap
262 allocation involved in constructing the temporary results of string
263 concatenation.  See ``llvm/ADT/Twine.h`` (`doxygen
264 <https://llvm.org/doxygen/Twine_8h_source.html>`__) and :ref:`here <dss_twine>`
265 for more information.
267 As with a ``StringRef``, ``Twine`` objects point to external memory and should
268 almost never be stored or mentioned directly.  They are intended solely for use
269 when defining a function which should be able to efficiently accept concatenated
270 strings.
272 .. _formatting_strings:
274 Formatting strings (the ``formatv`` function)
275 ---------------------------------------------
276 While LLVM doesn't necessarily do a lot of string manipulation and parsing, it
277 does do a lot of string formatting.  From diagnostic messages, to llvm tool
278 outputs such as ``llvm-readobj`` to printing verbose disassembly listings and
279 LLDB runtime logging, the need for string formatting is pervasive.
281 The ``formatv`` is similar in spirit to ``printf``, but uses a different syntax
282 which borrows heavily from Python and C#.  Unlike ``printf`` it deduces the type
283 to be formatted at compile time, so it does not need a format specifier such as
284 ``%d``.  This reduces the mental overhead of trying to construct portable format
285 strings, especially for platform-specific types like ``size_t`` or pointer types.
286 Unlike both ``printf`` and Python, it additionally fails to compile if LLVM does
287 not know how to format the type.  These two properties ensure that the function
288 is both safer and simpler to use than traditional formatting methods such as
289 the ``printf`` family of functions.
291 Simple formatting
292 ^^^^^^^^^^^^^^^^^
294 A call to ``formatv`` involves a single **format string** consisting of 0 or more
295 **replacement sequences**, followed by a variable length list of **replacement values**.
296 A replacement sequence is a string of the form ``{N[[,align]:style]}``.
298 ``N`` refers to the 0-based index of the argument from the list of replacement
299 values.  Note that this means it is possible to reference the same parameter
300 multiple times, possibly with different style and/or alignment options, in any order.
302 ``align`` is an optional string specifying the width of the field to format
303 the value into, and the alignment of the value within the field.  It is specified as
304 an optional **alignment style** followed by a positive integral **field width**.  The
305 alignment style can be one of the characters ``-`` (left align), ``=`` (center align),
306 or ``+`` (right align).  The default is right aligned.
308 ``style`` is an optional string consisting of a type specific that controls the
309 formatting of the value.  For example, to format a floating point value as a percentage,
310 you can use the style option ``P``.
312 Custom formatting
313 ^^^^^^^^^^^^^^^^^
315 There are two ways to customize the formatting behavior for a type.
317 1. Provide a template specialization of ``llvm::format_provider<T>`` for your
318    type ``T`` with the appropriate static format method.
320   .. code-block:: c++
322     namespace llvm {
323       template<>
324       struct format_provider<MyFooBar> {
325         static void format(const MyFooBar &V, raw_ostream &Stream, StringRef Style) {
326           // Do whatever is necessary to format `V` into `Stream`
327         }
328       };
329       void foo() {
330         MyFooBar X;
331         std::string S = formatv("{0}", X);
332       }
333     }
335   This is a useful extensibility mechanism for adding support for formatting your own
336   custom types with your own custom Style options.  But it does not help when you want
337   to extend the mechanism for formatting a type that the library already knows how to
338   format.  For that, we need something else.
340 2. Provide a **format adapter** inheriting from ``llvm::FormatAdapter<T>``.
342   .. code-block:: c++
344     namespace anything {
345       struct format_int_custom : public llvm::FormatAdapter<int> {
346         explicit format_int_custom(int N) : llvm::FormatAdapter<int>(N) {}
347         void format(llvm::raw_ostream &Stream, StringRef Style) override {
348           // Do whatever is necessary to format ``this->Item`` into ``Stream``
349         }
350       };
351     }
352     namespace llvm {
353       void foo() {
354         std::string S = formatv("{0}", anything::format_int_custom(42));
355       }
356     }
358   If the type is detected to be derived from ``FormatAdapter<T>``, ``formatv``
359   will call the
360   ``format`` method on the argument passing in the specified style.  This allows
361   one to provide custom formatting of any type, including one which already has
362   a builtin format provider.
364 ``formatv`` Examples
365 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
366 Below is intended to provide an incomplete set of examples demonstrating
367 the usage of ``formatv``.  More information can be found by reading the
368 doxygen documentation or by looking at the unit test suite.
371 .. code-block:: c++
373   std::string S;
374   // Simple formatting of basic types and implicit string conversion.
375   S = formatv("{0} ({1:P})", 7, 0.35);  // S == "7 (35.00%)"
377   // Out-of-order referencing and multi-referencing
378   outs() << formatv("{0} {2} {1} {0}", 1, "test", 3); // prints "1 3 test 1"
380   // Left, right, and center alignment
381   S = formatv("{0,7}",  'a');  // S == "      a";
382   S = formatv("{0,-7}", 'a');  // S == "a      ";
383   S = formatv("{0,=7}", 'a');  // S == "   a   ";
384   S = formatv("{0,+7}", 'a');  // S == "      a";
386   // Custom styles
387   S = formatv("{0:N} - {0:x} - {1:E}", 12345, 123908342); // S == "12,345 - 0x3039 - 1.24E8"
389   // Adapters
390   S = formatv("{0}", fmt_align(42, AlignStyle::Center, 7));  // S == "  42   "
391   S = formatv("{0}", fmt_repeat("hi", 3)); // S == "hihihi"
392   S = formatv("{0}", fmt_pad("hi", 2, 6)); // S == "  hi      "
394   // Ranges
395   std::vector<int> V = {8, 9, 10};
396   S = formatv("{0}", make_range(V.begin(), V.end())); // S == "8, 9, 10"
397   S = formatv("{0:$[+]}", make_range(V.begin(), V.end())); // S == "8+9+10"
398   S = formatv("{0:$[ + ]@[x]}", make_range(V.begin(), V.end())); // S == "0x8 + 0x9 + 0xA"
400 .. _error_apis:
402 Error handling
403 --------------
405 Proper error handling helps us identify bugs in our code, and helps end-users
406 understand errors in their tool usage. Errors fall into two broad categories:
407 *programmatic* and *recoverable*, with different strategies for handling and
408 reporting.
410 Programmatic Errors
411 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
413 Programmatic errors are violations of program invariants or API contracts, and
414 represent bugs within the program itself. Our aim is to document invariants, and
415 to abort quickly at the point of failure (providing some basic diagnostic) when
416 invariants are broken at runtime.
418 The fundamental tools for handling programmatic errors are assertions and the
419 llvm_unreachable function. Assertions are used to express invariant conditions,
420 and should include a message describing the invariant:
422 .. code-block:: c++
424   assert(isPhysReg(R) && "All virt regs should have been allocated already.");
426 The llvm_unreachable function can be used to document areas of control flow
427 that should never be entered if the program invariants hold:
429 .. code-block:: c++
431   enum { Foo, Bar, Baz } X = foo();
433   switch (X) {
434     case Foo: /* Handle Foo */; break;
435     case Bar: /* Handle Bar */; break;
436     default:
437       llvm_unreachable("X should be Foo or Bar here");
438   }
440 Recoverable Errors
441 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^
443 Recoverable errors represent an error in the program's environment, for example
444 a resource failure (a missing file, a dropped network connection, etc.), or
445 malformed input. These errors should be detected and communicated to a level of
446 the program where they can be handled appropriately. Handling the error may be
447 as simple as reporting the issue to the user, or it may involve attempts at
448 recovery.
450 .. note::
452    While it would be ideal to use this error handling scheme throughout
453    LLVM, there are places where this hasn't been practical to apply. In
454    situations where you absolutely must emit a non-programmatic error and
455    the ``Error`` model isn't workable you can call ``report_fatal_error``,
456    which will call installed error handlers, print a message, and abort the
457    program. The use of `report_fatal_error` in this case is discouraged.
459 Recoverable errors are modeled using LLVM's ``Error`` scheme. This scheme
460 represents errors using function return values, similar to classic C integer
461 error codes, or C++'s ``std::error_code``. However, the ``Error`` class is
462 actually a lightweight wrapper for user-defined error types, allowing arbitrary
463 information to be attached to describe the error. This is similar to the way C++
464 exceptions allow throwing of user-defined types.
466 Success values are created by calling ``Error::success()``, E.g.:
468 .. code-block:: c++
470   Error foo() {
471     // Do something.
472     // Return success.
473     return Error::success();
474   }
476 Success values are very cheap to construct and return - they have minimal
477 impact on program performance.
479 Failure values are constructed using ``make_error<T>``, where ``T`` is any class
480 that inherits from the ErrorInfo utility, E.g.:
482 .. code-block:: c++
484   class BadFileFormat : public ErrorInfo<BadFileFormat> {
485   public:
486     static char ID;
487     std::string Path;
489     BadFileFormat(StringRef Path) : Path(Path.str()) {}
491     void log(raw_ostream &OS) const override {
492       OS << Path << " is malformed";
493     }
495     std::error_code convertToErrorCode() const override {
496       return make_error_code(object_error::parse_failed);
497     }
498   };
500   char BadFileFormat::ID; // This should be declared in the C++ file.
502   Error printFormattedFile(StringRef Path) {
503     if (<check for valid format>)
504       return make_error<BadFileFormat>(Path);
505     // print file contents.
506     return Error::success();
507   }
509 Error values can be implicitly converted to bool: true for error, false for
510 success, enabling the following idiom:
512 .. code-block:: c++
514   Error mayFail();
516   Error foo() {
517     if (auto Err = mayFail())
518       return Err;
519     // Success! We can proceed.
520     ...
522 For functions that can fail but need to return a value the ``Expected<T>``
523 utility can be used. Values of this type can be constructed with either a
524 ``T``, or an ``Error``. Expected<T> values are also implicitly convertible to
525 boolean, but with the opposite convention to ``Error``: true for success, false
526 for error. If success, the ``T`` value can be accessed via the dereference
527 operator. If failure, the ``Error`` value can be extracted using the
528 ``takeError()`` method. Idiomatic usage looks like:
530 .. code-block:: c++
532   Expected<FormattedFile> openFormattedFile(StringRef Path) {
533     // If badly formatted, return an error.
534     if (auto Err = checkFormat(Path))
535       return std::move(Err);
536     // Otherwise return a FormattedFile instance.
537     return FormattedFile(Path);
538   }
540   Error processFormattedFile(StringRef Path) {
541     // Try to open a formatted file
542     if (auto FileOrErr = openFormattedFile(Path)) {
543       // On success, grab a reference to the file and continue.
544       auto &File = *FileOrErr;
545       ...
546     } else
547       // On error, extract the Error value and return it.
548       return FileOrErr.takeError();
549   }
551 If an ``Expected<T>`` value is in success mode then the ``takeError()`` method
552 will return a success value. Using this fact, the above function can be
553 rewritten as:
555 .. code-block:: c++
557   Error processFormattedFile(StringRef Path) {
558     // Try to open a formatted file
559     auto FileOrErr = openFormattedFile(Path);
560     if (auto Err = FileOrErr.takeError())
561       // On error, extract the Error value and return it.
562       return Err;
563     // On success, grab a reference to the file and continue.
564     auto &File = *FileOrErr;
565     ...
566   }
568 This second form is often more readable for functions that involve multiple
569 ``Expected<T>`` values as it limits the indentation required.
571 If an ``Expected<T>`` value will be moved into an existing variable then the
572 ``moveInto()`` method avoids the need to name an extra variable.  This is
573 useful to enable ``operator->()`` the ``Expected<T>`` value has pointer-like
574 semantics.  For example:
576 .. code-block:: c++
578   Expected<std::unique_ptr<MemoryBuffer>> openBuffer(StringRef Path);
579   Error processBuffer(StringRef Buffer);
581   Error processBufferAtPath(StringRef Path) {
582     // Try to open a buffer.
583     std::unique_ptr<MemoryBuffer> MB;
584     if (auto Err = openBuffer(Path).moveInto(MB))
585       // On error, return the Error value.
586       return Err;
587     // On success, use MB.
588     return processBuffer(MB->getBuffer());
589   }
591 This third form works with any type that can be assigned to from ``T&&``. This
592 can be useful if the ``Expected<T>`` value needs to be stored an already-declared
593 ``Optional<T>``. For example:
595 .. code-block:: c++
597   Expected<StringRef> extractClassName(StringRef Definition);
598   struct ClassData {
599     StringRef Definition;
600     Optional<StringRef> LazyName;
601     ...
602     Error initialize() {
603       if (auto Err = extractClassName(Path).moveInto(LazyName))
604         // On error, return the Error value.
605         return Err;
606       // On success, LazyName has been initialized.
607       ...
608     }
609   };
611 All ``Error`` instances, whether success or failure, must be either checked or
612 moved from (via ``std::move`` or a return) before they are destructed.
613 Accidentally discarding an unchecked error will cause a program abort at the
614 point where the unchecked value's destructor is run, making it easy to identify
615 and fix violations of this rule.
617 Success values are considered checked once they have been tested (by invoking
618 the boolean conversion operator):
620 .. code-block:: c++
622   if (auto Err = mayFail(...))
623     return Err; // Failure value - move error to caller.
625   // Safe to continue: Err was checked.
627 In contrast, the following code will always cause an abort, even if ``mayFail``
628 returns a success value:
630 .. code-block:: c++
632     mayFail();
633     // Program will always abort here, even if mayFail() returns Success, since
634     // the value is not checked.
636 Failure values are considered checked once a handler for the error type has
637 been activated:
639 .. code-block:: c++
641   handleErrors(
642     processFormattedFile(...),
643     [](const BadFileFormat &BFF) {
644       report("Unable to process " + BFF.Path + ": bad format");
645     },
646     [](const FileNotFound &FNF) {
647       report("File not found " + FNF.Path);
648     });
650 The ``handleErrors`` function takes an error as its first argument, followed by
651 a variadic list of "handlers", each of which must be a callable type (a
652 function, lambda, or class with a call operator) with one argument. The
653 ``handleErrors`` function will visit each handler in the sequence and check its
654 argument type against the dynamic type of the error, running the first handler
655 that matches. This is the same decision process that is used decide which catch
656 clause to run for a C++ exception.
658 Since the list of handlers passed to ``handleErrors`` may not cover every error
659 type that can occur, the ``handleErrors`` function also returns an Error value
660 that must be checked or propagated. If the error value that is passed to
661 ``handleErrors`` does not match any of the handlers it will be returned from
662 handleErrors. Idiomatic use of ``handleErrors`` thus looks like:
664 .. code-block:: c++
666   if (auto Err =
667         handleErrors(
668           processFormattedFile(...),
669           [](const BadFileFormat &BFF) {
670             report("Unable to process " + BFF.Path + ": bad format");
671           },
672           [](const FileNotFound &FNF) {
673             report("File not found " + FNF.Path);
674           }))
675     return Err;
677 In cases where you truly know that the handler list is exhaustive the
678 ``handleAllErrors`` function can be used instead. This is identical to
679 ``handleErrors`` except that it will terminate the program if an unhandled
680 error is passed in, and can therefore return void. The ``handleAllErrors``
681 function should generally be avoided: the introduction of a new error type
682 elsewhere in the program can easily turn a formerly exhaustive list of errors
683 into a non-exhaustive list, risking unexpected program termination. Where
684 possible, use handleErrors and propagate unknown errors up the stack instead.
686 For tool code, where errors can be handled by printing an error message then
687 exiting with an error code, the :ref:`ExitOnError <err_exitonerr>` utility
688 may be a better choice than handleErrors, as it simplifies control flow when
689 calling fallible functions.
691 In situations where it is known that a particular call to a fallible function
692 will always succeed (for example, a call to a function that can only fail on a
693 subset of inputs with an input that is known to be safe) the
694 :ref:`cantFail <err_cantfail>` functions can be used to remove the error type,
695 simplifying control flow.
697 StringError
698 """""""""""
700 Many kinds of errors have no recovery strategy, the only action that can be
701 taken is to report them to the user so that the user can attempt to fix the
702 environment. In this case representing the error as a string makes perfect
703 sense. LLVM provides the ``StringError`` class for this purpose. It takes two
704 arguments: A string error message, and an equivalent ``std::error_code`` for
705 interoperability. It also provides a ``createStringError`` function to simplify
706 common usage of this class:
708 .. code-block:: c++
710   // These two lines of code are equivalent:
711   make_error<StringError>("Bad executable", errc::executable_format_error);
712   createStringError(errc::executable_format_error, "Bad executable");
714 If you're certain that the error you're building will never need to be converted
715 to a ``std::error_code`` you can use the ``inconvertibleErrorCode()`` function:
717 .. code-block:: c++
719   createStringError(inconvertibleErrorCode(), "Bad executable");
721 This should be done only after careful consideration. If any attempt is made to
722 convert this error to a ``std::error_code`` it will trigger immediate program
723 termination. Unless you are certain that your errors will not need
724 interoperability you should look for an existing ``std::error_code`` that you
725 can convert to, and even (as painful as it is) consider introducing a new one as
726 a stopgap measure.
728 ``createStringError`` can take ``printf`` style format specifiers to provide a
729 formatted message:
731 .. code-block:: c++
733   createStringError(errc::executable_format_error,
734                     "Bad executable: %s", FileName);
736 Interoperability with std::error_code and ErrorOr
737 """""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
739 Many existing LLVM APIs use ``std::error_code`` and its partner ``ErrorOr<T>``
740 (which plays the same role as ``Expected<T>``, but wraps a ``std::error_code``
741 rather than an ``Error``). The infectious nature of error types means that an
742 attempt to change one of these functions to return ``Error`` or ``Expected<T>``
743 instead often results in an avalanche of changes to callers, callers of callers,
744 and so on. (The first such attempt, returning an ``Error`` from
745 MachOObjectFile's constructor, was abandoned after the diff reached 3000 lines,
746 impacted half a dozen libraries, and was still growing).
748 To solve this problem, the ``Error``/``std::error_code`` interoperability requirement was
749 introduced. Two pairs of functions allow any ``Error`` value to be converted to a
750 ``std::error_code``, any ``Expected<T>`` to be converted to an ``ErrorOr<T>``, and vice
751 versa:
753 .. code-block:: c++
755   std::error_code errorToErrorCode(Error Err);
756   Error errorCodeToError(std::error_code EC);
758   template <typename T> ErrorOr<T> expectedToErrorOr(Expected<T> TOrErr);
759   template <typename T> Expected<T> errorOrToExpected(ErrorOr<T> TOrEC);
762 Using these APIs it is easy to make surgical patches that update individual
763 functions from ``std::error_code`` to ``Error``, and from ``ErrorOr<T>`` to
764 ``Expected<T>``.
766 Returning Errors from error handlers
767 """"""""""""""""""""""""""""""""""""
769 Error recovery attempts may themselves fail. For that reason, ``handleErrors``
770 actually recognises three different forms of handler signature:
772 .. code-block:: c++
774   // Error must be handled, no new errors produced:
775   void(UserDefinedError &E);
777   // Error must be handled, new errors can be produced:
778   Error(UserDefinedError &E);
780   // Original error can be inspected, then re-wrapped and returned (or a new
781   // error can be produced):
782   Error(std::unique_ptr<UserDefinedError> E);
784 Any error returned from a handler will be returned from the ``handleErrors``
785 function so that it can be handled itself, or propagated up the stack.
787 .. _err_exitonerr:
789 Using ExitOnError to simplify tool code
790 """""""""""""""""""""""""""""""""""""""
792 Library code should never call ``exit`` for a recoverable error, however in tool
793 code (especially command line tools) this can be a reasonable approach. Calling
794 ``exit`` upon encountering an error dramatically simplifies control flow as the
795 error no longer needs to be propagated up the stack. This allows code to be
796 written in straight-line style, as long as each fallible call is wrapped in a
797 check and call to exit. The ``ExitOnError`` class supports this pattern by
798 providing call operators that inspect ``Error`` values, stripping the error away
799 in the success case and logging to ``stderr`` then exiting in the failure case.
801 To use this class, declare a global ``ExitOnError`` variable in your program:
803 .. code-block:: c++
805   ExitOnError ExitOnErr;
807 Calls to fallible functions can then be wrapped with a call to ``ExitOnErr``,
808 turning them into non-failing calls:
810 .. code-block:: c++
812   Error mayFail();
813   Expected<int> mayFail2();
815   void foo() {
816     ExitOnErr(mayFail());
817     int X = ExitOnErr(mayFail2());
818   }
820 On failure, the error's log message will be written to ``stderr``, optionally
821 preceded by a string "banner" that can be set by calling the setBanner method. A
822 mapping can also be supplied from ``Error`` values to exit codes using the
823 ``setExitCodeMapper`` method:
825 .. code-block:: c++
827   int main(int argc, char *argv[]) {
828     ExitOnErr.setBanner(std::string(argv[0]) + " error:");
829     ExitOnErr.setExitCodeMapper(
830       [](const Error &Err) {
831         if (Err.isA<BadFileFormat>())
832           return 2;
833         return 1;
834       });
836 Use ``ExitOnError`` in your tool code where possible as it can greatly improve
837 readability.
839 .. _err_cantfail:
841 Using cantFail to simplify safe callsites
842 """""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
844 Some functions may only fail for a subset of their inputs, so calls using known
845 safe inputs can be assumed to succeed.
847 The cantFail functions encapsulate this by wrapping an assertion that their
848 argument is a success value and, in the case of Expected<T>, unwrapping the
849 T value:
851 .. code-block:: c++
853   Error onlyFailsForSomeXValues(int X);
854   Expected<int> onlyFailsForSomeXValues2(int X);
856   void foo() {
857     cantFail(onlyFailsForSomeXValues(KnownSafeValue));
858     int Y = cantFail(onlyFailsForSomeXValues2(KnownSafeValue));
859     ...
860   }
862 Like the ExitOnError utility, cantFail simplifies control flow. Their treatment
863 of error cases is very different however: Where ExitOnError is guaranteed to
864 terminate the program on an error input, cantFail simply asserts that the result
865 is success. In debug builds this will result in an assertion failure if an error
866 is encountered. In release builds the behavior of cantFail for failure values is
867 undefined. As such, care must be taken in the use of cantFail: clients must be
868 certain that a cantFail wrapped call really can not fail with the given
869 arguments.
871 Use of the cantFail functions should be rare in library code, but they are
872 likely to be of more use in tool and unit-test code where inputs and/or
873 mocked-up classes or functions may be known to be safe.
875 Fallible constructors
876 """""""""""""""""""""
878 Some classes require resource acquisition or other complex initialization that
879 can fail during construction. Unfortunately constructors can't return errors,
880 and having clients test objects after they're constructed to ensure that they're
881 valid is error prone as it's all too easy to forget the test. To work around
882 this, use the named constructor idiom and return an ``Expected<T>``:
884 .. code-block:: c++
886   class Foo {
887   public:
889     static Expected<Foo> Create(Resource R1, Resource R2) {
890       Error Err = Error::success();
891       Foo F(R1, R2, Err);
892       if (Err)
893         return std::move(Err);
894       return std::move(F);
895     }
897   private:
899     Foo(Resource R1, Resource R2, Error &Err) {
900       ErrorAsOutParameter EAO(&Err);
901       if (auto Err2 = R1.acquire()) {
902         Err = std::move(Err2);
903         return;
904       }
905       Err = R2.acquire();
906     }
907   };
910 Here, the named constructor passes an ``Error`` by reference into the actual
911 constructor, which the constructor can then use to return errors. The
912 ``ErrorAsOutParameter`` utility sets the ``Error`` value's checked flag on entry
913 to the constructor so that the error can be assigned to, then resets it on exit
914 to force the client (the named constructor) to check the error.
916 By using this idiom, clients attempting to construct a Foo receive either a
917 well-formed Foo or an Error, never an object in an invalid state.
919 Propagating and consuming errors based on types
920 """""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
922 In some contexts, certain types of error are known to be benign. For example,
923 when walking an archive, some clients may be happy to skip over badly formatted
924 object files rather than terminating the walk immediately. Skipping badly
925 formatted objects could be achieved using an elaborate handler method, but the
926 Error.h header provides two utilities that make this idiom much cleaner: the
927 type inspection method, ``isA``, and the ``consumeError`` function:
929 .. code-block:: c++
931   Error walkArchive(Archive A) {
932     for (unsigned I = 0; I != A.numMembers(); ++I) {
933       auto ChildOrErr = A.getMember(I);
934       if (auto Err = ChildOrErr.takeError()) {
935         if (Err.isA<BadFileFormat>())
936           consumeError(std::move(Err))
937         else
938           return Err;
939       }
940       auto &Child = *ChildOrErr;
941       // Use Child
942       ...
943     }
944     return Error::success();
945   }
947 Concatenating Errors with joinErrors
948 """"""""""""""""""""""""""""""""""""
950 In the archive walking example above ``BadFileFormat`` errors are simply
951 consumed and ignored. If the client had wanted report these errors after
952 completing the walk over the archive they could use the ``joinErrors`` utility:
954 .. code-block:: c++
956   Error walkArchive(Archive A) {
957     Error DeferredErrs = Error::success();
958     for (unsigned I = 0; I != A.numMembers(); ++I) {
959       auto ChildOrErr = A.getMember(I);
960       if (auto Err = ChildOrErr.takeError())
961         if (Err.isA<BadFileFormat>())
962           DeferredErrs = joinErrors(std::move(DeferredErrs), std::move(Err));
963         else
964           return Err;
965       auto &Child = *ChildOrErr;
966       // Use Child
967       ...
968     }
969     return DeferredErrs;
970   }
972 The ``joinErrors`` routine builds a special error type called ``ErrorList``,
973 which holds a list of user defined errors. The ``handleErrors`` routine
974 recognizes this type and will attempt to handle each of the contained errors in
975 order. If all contained errors can be handled, ``handleErrors`` will return
976 ``Error::success()``, otherwise ``handleErrors`` will concatenate the remaining
977 errors and return the resulting ``ErrorList``.
979 Building fallible iterators and iterator ranges
980 """""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
982 The archive walking examples above retrieve archive members by index, however
983 this requires considerable boiler-plate for iteration and error checking. We can
984 clean this up by using the "fallible iterator" pattern, which supports the
985 following natural iteration idiom for fallible containers like Archive:
987 .. code-block:: c++
989   Error Err = Error::success();
990   for (auto &Child : Ar->children(Err)) {
991     // Use Child - only enter the loop when it's valid
993     // Allow early exit from the loop body, since we know that Err is success
994     // when we're inside the loop.
995     if (BailOutOn(Child))
996       return;
998     ...
999   }
1000   // Check Err after the loop to ensure it didn't break due to an error.
1001   if (Err)
1002     return Err;
1004 To enable this idiom, iterators over fallible containers are written in a
1005 natural style, with their ``++`` and ``--`` operators replaced with fallible
1006 ``Error inc()`` and ``Error dec()`` functions. E.g.:
1008 .. code-block:: c++
1010   class FallibleChildIterator {
1011   public:
1012     FallibleChildIterator(Archive &A, unsigned ChildIdx);
1013     Archive::Child &operator*();
1014     friend bool operator==(const ArchiveIterator &LHS,
1015                            const ArchiveIterator &RHS);
1017     // operator++/operator-- replaced with fallible increment / decrement:
1018     Error inc() {
1019       if (!A.childValid(ChildIdx + 1))
1020         return make_error<BadArchiveMember>(...);
1021       ++ChildIdx;
1022       return Error::success();
1023     }
1025     Error dec() { ... }
1026   };
1028 Instances of this kind of fallible iterator interface are then wrapped with the
1029 fallible_iterator utility which provides ``operator++`` and ``operator--``,
1030 returning any errors via a reference passed in to the wrapper at construction
1031 time. The fallible_iterator wrapper takes care of (a) jumping to the end of the
1032 range on error, and (b) marking the error as checked whenever an iterator is
1033 compared to ``end`` and found to be inequal (in particular: this marks the
1034 error as checked throughout the body of a range-based for loop), enabling early
1035 exit from the loop without redundant error checking.
1037 Instances of the fallible iterator interface (e.g. FallibleChildIterator above)
1038 are wrapped using the ``make_fallible_itr`` and ``make_fallible_end``
1039 functions. E.g.:
1041 .. code-block:: c++
1043   class Archive {
1044   public:
1045     using child_iterator = fallible_iterator<FallibleChildIterator>;
1047     child_iterator child_begin(Error &Err) {
1048       return make_fallible_itr(FallibleChildIterator(*this, 0), Err);
1049     }
1051     child_iterator child_end() {
1052       return make_fallible_end(FallibleChildIterator(*this, size()));
1053     }
1055     iterator_range<child_iterator> children(Error &Err) {
1056       return make_range(child_begin(Err), child_end());
1057     }
1058   };
1060 Using the fallible_iterator utility allows for both natural construction of
1061 fallible iterators (using failing ``inc`` and ``dec`` operations) and
1062 relatively natural use of c++ iterator/loop idioms.
1064 .. _function_apis:
1066 More information on Error and its related utilities can be found in the
1067 Error.h header file.
1069 Passing functions and other callable objects
1070 --------------------------------------------
1072 Sometimes you may want a function to be passed a callback object. In order to
1073 support lambda expressions and other function objects, you should not use the
1074 traditional C approach of taking a function pointer and an opaque cookie:
1076 .. code-block:: c++
1078     void takeCallback(bool (*Callback)(Function *, void *), void *Cookie);
1080 Instead, use one of the following approaches:
1082 Function template
1083 ^^^^^^^^^^^^^^^^^
1085 If you don't mind putting the definition of your function into a header file,
1086 make it a function template that is templated on the callable type.
1088 .. code-block:: c++
1090     template<typename Callable>
1091     void takeCallback(Callable Callback) {
1092       Callback(1, 2, 3);
1093     }
1095 The ``function_ref`` class template
1096 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1098 The ``function_ref``
1099 (`doxygen <https://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1function__ref_3_01Ret_07Params_8_8_8_08_4.html>`__) class
1100 template represents a reference to a callable object, templated over the type
1101 of the callable. This is a good choice for passing a callback to a function,
1102 if you don't need to hold onto the callback after the function returns. In this
1103 way, ``function_ref`` is to ``std::function`` as ``StringRef`` is to
1104 ``std::string``.
1106 ``function_ref<Ret(Param1, Param2, ...)>`` can be implicitly constructed from
1107 any callable object that can be called with arguments of type ``Param1``,
1108 ``Param2``, ..., and returns a value that can be converted to type ``Ret``.
1109 For example:
1111 .. code-block:: c++
1113     void visitBasicBlocks(Function *F, function_ref<bool (BasicBlock*)> Callback) {
1114       for (BasicBlock &BB : *F)
1115         if (Callback(&BB))
1116           return;
1117     }
1119 can be called using:
1121 .. code-block:: c++
1123     visitBasicBlocks(F, [&](BasicBlock *BB) {
1124       if (process(BB))
1125         return isEmpty(BB);
1126       return false;
1127     });
1129 Note that a ``function_ref`` object contains pointers to external memory, so it
1130 is not generally safe to store an instance of the class (unless you know that
1131 the external storage will not be freed). If you need this ability, consider
1132 using ``std::function``. ``function_ref`` is small enough that it should always
1133 be passed by value.
1135 .. _DEBUG:
1137 The ``LLVM_DEBUG()`` macro and ``-debug`` option
1138 ------------------------------------------------
1140 Often when working on your pass you will put a bunch of debugging printouts and
1141 other code into your pass.  After you get it working, you want to remove it, but
1142 you may need it again in the future (to work out new bugs that you run across).
1144 Naturally, because of this, you don't want to delete the debug printouts, but
1145 you don't want them to always be noisy.  A standard compromise is to comment
1146 them out, allowing you to enable them if you need them in the future.
1148 The ``llvm/Support/Debug.h`` (`doxygen
1149 <https://llvm.org/doxygen/Debug_8h_source.html>`__) file provides a macro named
1150 ``LLVM_DEBUG()`` that is a much nicer solution to this problem.  Basically, you can
1151 put arbitrary code into the argument of the ``LLVM_DEBUG`` macro, and it is only
1152 executed if '``opt``' (or any other tool) is run with the '``-debug``' command
1153 line argument:
1155 .. code-block:: c++
1157   LLVM_DEBUG(dbgs() << "I am here!\n");
1159 Then you can run your pass like this:
1161 .. code-block:: none
1163   $ opt < a.bc > /dev/null -mypass
1164   <no output>
1165   $ opt < a.bc > /dev/null -mypass -debug
1166   I am here!
1168 Using the ``LLVM_DEBUG()`` macro instead of a home-brewed solution allows you to not
1169 have to create "yet another" command line option for the debug output for your
1170 pass.  Note that ``LLVM_DEBUG()`` macros are disabled for non-asserts builds, so they
1171 do not cause a performance impact at all (for the same reason, they should also
1172 not contain side-effects!).
1174 One additional nice thing about the ``LLVM_DEBUG()`` macro is that you can enable or
1175 disable it directly in gdb.  Just use "``set DebugFlag=0``" or "``set
1176 DebugFlag=1``" from the gdb if the program is running.  If the program hasn't
1177 been started yet, you can always just run it with ``-debug``.
1179 .. _DEBUG_TYPE:
1181 Fine grained debug info with ``DEBUG_TYPE`` and the ``-debug-only`` option
1182 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1184 Sometimes you may find yourself in a situation where enabling ``-debug`` just
1185 turns on **too much** information (such as when working on the code generator).
1186 If you want to enable debug information with more fine-grained control, you
1187 should define the ``DEBUG_TYPE`` macro and use the ``-debug-only`` option as
1188 follows:
1190 .. code-block:: c++
1192   #define DEBUG_TYPE "foo"
1193   LLVM_DEBUG(dbgs() << "'foo' debug type\n");
1194   #undef  DEBUG_TYPE
1195   #define DEBUG_TYPE "bar"
1196   LLVM_DEBUG(dbgs() << "'bar' debug type\n");
1197   #undef  DEBUG_TYPE
1199 Then you can run your pass like this:
1201 .. code-block:: none
1203   $ opt < a.bc > /dev/null -mypass
1204   <no output>
1205   $ opt < a.bc > /dev/null -mypass -debug
1206   'foo' debug type
1207   'bar' debug type
1208   $ opt < a.bc > /dev/null -mypass -debug-only=foo
1209   'foo' debug type
1210   $ opt < a.bc > /dev/null -mypass -debug-only=bar
1211   'bar' debug type
1212   $ opt < a.bc > /dev/null -mypass -debug-only=foo,bar
1213   'foo' debug type
1214   'bar' debug type
1216 Of course, in practice, you should only set ``DEBUG_TYPE`` at the top of a file,
1217 to specify the debug type for the entire module. Be careful that you only do
1218 this after including Debug.h and not around any #include of headers. Also, you
1219 should use names more meaningful than "foo" and "bar", because there is no
1220 system in place to ensure that names do not conflict. If two different modules
1221 use the same string, they will all be turned on when the name is specified.
1222 This allows, for example, all debug information for instruction scheduling to be
1223 enabled with ``-debug-only=InstrSched``, even if the source lives in multiple
1224 files. The name must not include a comma (,) as that is used to separate the
1225 arguments of the ``-debug-only`` option.
1227 For performance reasons, -debug-only is not available in optimized build
1228 (``--enable-optimized``) of LLVM.
1230 The ``DEBUG_WITH_TYPE`` macro is also available for situations where you would
1231 like to set ``DEBUG_TYPE``, but only for one specific ``DEBUG`` statement.  It
1232 takes an additional first parameter, which is the type to use.  For example, the
1233 preceding example could be written as:
1235 .. code-block:: c++
1237   DEBUG_WITH_TYPE("foo", dbgs() << "'foo' debug type\n");
1238   DEBUG_WITH_TYPE("bar", dbgs() << "'bar' debug type\n");
1240 .. _Statistic:
1242 The ``Statistic`` class & ``-stats`` option
1243 -------------------------------------------
1245 The ``llvm/ADT/Statistic.h`` (`doxygen
1246 <https://llvm.org/doxygen/Statistic_8h_source.html>`__) file provides a class
1247 named ``Statistic`` that is used as a unified way to keep track of what the LLVM
1248 compiler is doing and how effective various optimizations are.  It is useful to
1249 see what optimizations are contributing to making a particular program run
1250 faster.
1252 Often you may run your pass on some big program, and you're interested to see
1253 how many times it makes a certain transformation.  Although you can do this with
1254 hand inspection, or some ad-hoc method, this is a real pain and not very useful
1255 for big programs.  Using the ``Statistic`` class makes it very easy to keep
1256 track of this information, and the calculated information is presented in a
1257 uniform manner with the rest of the passes being executed.
1259 There are many examples of ``Statistic`` uses, but the basics of using it are as
1260 follows:
1262 Define your statistic like this:
1264 .. code-block:: c++
1266   #define DEBUG_TYPE "mypassname"   // This goes after any #includes.
1267   STATISTIC(NumXForms, "The # of times I did stuff");
1269 The ``STATISTIC`` macro defines a static variable, whose name is specified by
1270 the first argument.  The pass name is taken from the ``DEBUG_TYPE`` macro, and
1271 the description is taken from the second argument.  The variable defined
1272 ("NumXForms" in this case) acts like an unsigned integer.
1274 Whenever you make a transformation, bump the counter:
1276 .. code-block:: c++
1278   ++NumXForms;   // I did stuff!
1280 That's all you have to do.  To get '``opt``' to print out the statistics
1281 gathered, use the '``-stats``' option:
1283 .. code-block:: none
1285   $ opt -stats -mypassname < program.bc > /dev/null
1286   ... statistics output ...
1288 Note that in order to use the '``-stats``' option, LLVM must be
1289 compiled with assertions enabled.
1291 When running ``opt`` on a C file from the SPEC benchmark suite, it gives a
1292 report that looks like this:
1294 .. code-block:: none
1296    7646 bitcodewriter   - Number of normal instructions
1297     725 bitcodewriter   - Number of oversized instructions
1298  129996 bitcodewriter   - Number of bitcode bytes written
1299    2817 raise           - Number of insts DCEd or constprop'd
1300    3213 raise           - Number of cast-of-self removed
1301    5046 raise           - Number of expression trees converted
1302      75 raise           - Number of other getelementptr's formed
1303     138 raise           - Number of load/store peepholes
1304      42 deadtypeelim    - Number of unused typenames removed from symtab
1305     392 funcresolve     - Number of varargs functions resolved
1306      27 globaldce       - Number of global variables removed
1307       2 adce            - Number of basic blocks removed
1308     134 cee             - Number of branches revectored
1309      49 cee             - Number of setcc instruction eliminated
1310     532 gcse            - Number of loads removed
1311    2919 gcse            - Number of instructions removed
1312      86 indvars         - Number of canonical indvars added
1313      87 indvars         - Number of aux indvars removed
1314      25 instcombine     - Number of dead inst eliminate
1315     434 instcombine     - Number of insts combined
1316     248 licm            - Number of load insts hoisted
1317    1298 licm            - Number of insts hoisted to a loop pre-header
1318       3 licm            - Number of insts hoisted to multiple loop preds (bad, no loop pre-header)
1319      75 mem2reg         - Number of alloca's promoted
1320    1444 cfgsimplify     - Number of blocks simplified
1322 Obviously, with so many optimizations, having a unified framework for this stuff
1323 is very nice.  Making your pass fit well into the framework makes it more
1324 maintainable and useful.
1326 .. _DebugCounters:
1328 Adding debug counters to aid in debugging your code
1329 ---------------------------------------------------
1331 Sometimes, when writing new passes, or trying to track down bugs, it
1332 is useful to be able to control whether certain things in your pass
1333 happen or not.  For example, there are times the minimization tooling
1334 can only easily give you large testcases.  You would like to narrow
1335 your bug down to a specific transformation happening or not happening,
1336 automatically, using bisection.  This is where debug counters help.
1337 They provide a framework for making parts of your code only execute a
1338 certain number of times.
1340 The ``llvm/Support/DebugCounter.h`` (`doxygen
1341 <https://llvm.org/doxygen/DebugCounter_8h_source.html>`__) file
1342 provides a class named ``DebugCounter`` that can be used to create
1343 command line counter options that control execution of parts of your code.
1345 Define your DebugCounter like this:
1347 .. code-block:: c++
1349   DEBUG_COUNTER(DeleteAnInstruction, "passname-delete-instruction",
1350                 "Controls which instructions get delete");
1352 The ``DEBUG_COUNTER`` macro defines a static variable, whose name
1353 is specified by the first argument.  The name of the counter
1354 (which is used on the command line) is specified by the second
1355 argument, and the description used in the help is specified by the
1356 third argument.
1358 Whatever code you want that control, use ``DebugCounter::shouldExecute`` to control it.
1360 .. code-block:: c++
1362   if (DebugCounter::shouldExecute(DeleteAnInstruction))
1363     I->eraseFromParent();
1365 That's all you have to do.  Now, using opt, you can control when this code triggers using
1366 the '``--debug-counter``' option.  There are two counters provided, ``skip`` and ``count``.
1367 ``skip`` is the number of times to skip execution of the codepath.  ``count`` is the number
1368 of times, once we are done skipping, to execute the codepath.
1370 .. code-block:: none
1372   $ opt --debug-counter=passname-delete-instruction-skip=1,passname-delete-instruction-count=2 -passname
1374 This will skip the above code the first time we hit it, then execute it twice, then skip the rest of the executions.
1376 So if executed on the following code:
1378 .. code-block:: llvm
1380   %1 = add i32 %a, %b
1381   %2 = add i32 %a, %b
1382   %3 = add i32 %a, %b
1383   %4 = add i32 %a, %b
1385 It would delete number ``%2`` and ``%3``.
1387 A utility is provided in `utils/bisect-skip-count` to binary search
1388 skip and count arguments. It can be used to automatically minimize the
1389 skip and count for a debug-counter variable.
1391 .. _ViewGraph:
1393 Viewing graphs while debugging code
1394 -----------------------------------
1396 Several of the important data structures in LLVM are graphs: for example CFGs
1397 made out of LLVM :ref:`BasicBlocks <BasicBlock>`, CFGs made out of LLVM
1398 :ref:`MachineBasicBlocks <MachineBasicBlock>`, and :ref:`Instruction Selection
1399 DAGs <SelectionDAG>`.  In many cases, while debugging various parts of the
1400 compiler, it is nice to instantly visualize these graphs.
1402 LLVM provides several callbacks that are available in a debug build to do
1403 exactly that.  If you call the ``Function::viewCFG()`` method, for example, the
1404 current LLVM tool will pop up a window containing the CFG for the function where
1405 each basic block is a node in the graph, and each node contains the instructions
1406 in the block.  Similarly, there also exists ``Function::viewCFGOnly()`` (does
1407 not include the instructions), the ``MachineFunction::viewCFG()`` and
1408 ``MachineFunction::viewCFGOnly()``, and the ``SelectionDAG::viewGraph()``
1409 methods.  Within GDB, for example, you can usually use something like ``call
1410 DAG.viewGraph()`` to pop up a window.  Alternatively, you can sprinkle calls to
1411 these functions in your code in places you want to debug.
1413 Getting this to work requires a small amount of setup.  On Unix systems
1414 with X11, install the `graphviz <http://www.graphviz.org>`_ toolkit, and make
1415 sure 'dot' and 'gv' are in your path.  If you are running on macOS, download
1416 and install the macOS `Graphviz program
1417 <http://www.pixelglow.com/graphviz/>`_ and add
1418 ``/Applications/Graphviz.app/Contents/MacOS/`` (or wherever you install it) to
1419 your path. The programs need not be present when configuring, building or
1420 running LLVM and can simply be installed when needed during an active debug
1421 session.
1423 ``SelectionDAG`` has been extended to make it easier to locate *interesting*
1424 nodes in large complex graphs.  From gdb, if you ``call DAG.setGraphColor(node,
1425 "color")``, then the next ``call DAG.viewGraph()`` would highlight the node in
1426 the specified color (choices of colors can be found at `colors
1427 <http://www.graphviz.org/doc/info/colors.html>`_.) More complex node attributes
1428 can be provided with ``call DAG.setGraphAttrs(node, "attributes")`` (choices can
1429 be found at `Graph attributes <http://www.graphviz.org/doc/info/attrs.html>`_.)
1430 If you want to restart and clear all the current graph attributes, then you can
1431 ``call DAG.clearGraphAttrs()``.
1433 Note that graph visualization features are compiled out of Release builds to
1434 reduce file size.  This means that you need a Debug+Asserts or Release+Asserts
1435 build to use these features.
1437 .. _datastructure:
1439 Picking the Right Data Structure for a Task
1440 ===========================================
1442 LLVM has a plethora of data structures in the ``llvm/ADT/`` directory, and we
1443 commonly use STL data structures.  This section describes the trade-offs you
1444 should consider when you pick one.
1446 The first step is a choose your own adventure: do you want a sequential
1447 container, a set-like container, or a map-like container?  The most important
1448 thing when choosing a container is the algorithmic properties of how you plan to
1449 access the container.  Based on that, you should use:
1452 * a :ref:`map-like <ds_map>` container if you need efficient look-up of a
1453   value based on another value.  Map-like containers also support efficient
1454   queries for containment (whether a key is in the map).  Map-like containers
1455   generally do not support efficient reverse mapping (values to keys).  If you
1456   need that, use two maps.  Some map-like containers also support efficient
1457   iteration through the keys in sorted order.  Map-like containers are the most
1458   expensive sort, only use them if you need one of these capabilities.
1460 * a :ref:`set-like <ds_set>` container if you need to put a bunch of stuff into
1461   a container that automatically eliminates duplicates.  Some set-like
1462   containers support efficient iteration through the elements in sorted order.
1463   Set-like containers are more expensive than sequential containers.
1465 * a :ref:`sequential <ds_sequential>` container provides the most efficient way
1466   to add elements and keeps track of the order they are added to the collection.
1467   They permit duplicates and support efficient iteration, but do not support
1468   efficient look-up based on a key.
1470 * a :ref:`string <ds_string>` container is a specialized sequential container or
1471   reference structure that is used for character or byte arrays.
1473 * a :ref:`bit <ds_bit>` container provides an efficient way to store and
1474   perform set operations on sets of numeric id's, while automatically
1475   eliminating duplicates.  Bit containers require a maximum of 1 bit for each
1476   identifier you want to store.
1478 Once the proper category of container is determined, you can fine tune the
1479 memory use, constant factors, and cache behaviors of access by intelligently
1480 picking a member of the category.  Note that constant factors and cache behavior
1481 can be a big deal.  If you have a vector that usually only contains a few
1482 elements (but could contain many), for example, it's much better to use
1483 :ref:`SmallVector <dss_smallvector>` than :ref:`vector <dss_vector>`.  Doing so
1484 avoids (relatively) expensive malloc/free calls, which dwarf the cost of adding
1485 the elements to the container.
1487 .. _ds_sequential:
1489 Sequential Containers (std::vector, std::list, etc)
1490 ---------------------------------------------------
1492 There are a variety of sequential containers available for you, based on your
1493 needs.  Pick the first in this section that will do what you want.
1495 .. _dss_arrayref:
1497 llvm/ADT/ArrayRef.h
1498 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1500 The ``llvm::ArrayRef`` class is the preferred class to use in an interface that
1501 accepts a sequential list of elements in memory and just reads from them.  By
1502 taking an ``ArrayRef``, the API can be passed a fixed size array, an
1503 ``std::vector``, an ``llvm::SmallVector`` and anything else that is contiguous
1504 in memory.
1506 .. _dss_fixedarrays:
1508 Fixed Size Arrays
1509 ^^^^^^^^^^^^^^^^^
1511 Fixed size arrays are very simple and very fast.  They are good if you know
1512 exactly how many elements you have, or you have a (low) upper bound on how many
1513 you have.
1515 .. _dss_heaparrays:
1517 Heap Allocated Arrays
1518 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1520 Heap allocated arrays (``new[]`` + ``delete[]``) are also simple.  They are good
1521 if the number of elements is variable, if you know how many elements you will
1522 need before the array is allocated, and if the array is usually large (if not,
1523 consider a :ref:`SmallVector <dss_smallvector>`).  The cost of a heap allocated
1524 array is the cost of the new/delete (aka malloc/free).  Also note that if you
1525 are allocating an array of a type with a constructor, the constructor and
1526 destructors will be run for every element in the array (re-sizable vectors only
1527 construct those elements actually used).
1529 .. _dss_tinyptrvector:
1531 llvm/ADT/TinyPtrVector.h
1532 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1534 ``TinyPtrVector<Type>`` is a highly specialized collection class that is
1535 optimized to avoid allocation in the case when a vector has zero or one
1536 elements.  It has two major restrictions: 1) it can only hold values of pointer
1537 type, and 2) it cannot hold a null pointer.
1539 Since this container is highly specialized, it is rarely used.
1541 .. _dss_smallvector:
1543 llvm/ADT/SmallVector.h
1544 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1546 ``SmallVector<Type, N>`` is a simple class that looks and smells just like
1547 ``vector<Type>``: it supports efficient iteration, lays out elements in memory
1548 order (so you can do pointer arithmetic between elements), supports efficient
1549 push_back/pop_back operations, supports efficient random access to its elements,
1550 etc.
1552 The main advantage of SmallVector is that it allocates space for some number of
1553 elements (N) **in the object itself**.  Because of this, if the SmallVector is
1554 dynamically smaller than N, no malloc is performed.  This can be a big win in
1555 cases where the malloc/free call is far more expensive than the code that
1556 fiddles around with the elements.
1558 This is good for vectors that are "usually small" (e.g. the number of
1559 predecessors/successors of a block is usually less than 8).  On the other hand,
1560 this makes the size of the SmallVector itself large, so you don't want to
1561 allocate lots of them (doing so will waste a lot of space).  As such,
1562 SmallVectors are most useful when on the stack.
1564 In the absence of a well-motivated choice for the number of
1565 inlined elements ``N``, it is recommended to use ``SmallVector<T>`` (that is,
1566 omitting the ``N``). This will choose a default number of
1567 inlined elements reasonable for allocation on the stack (for example, trying
1568 to keep ``sizeof(SmallVector<T>)`` around 64 bytes).
1570 SmallVector also provides a nice portable and efficient replacement for
1571 ``alloca``.
1573 SmallVector has grown a few other minor advantages over std::vector, causing
1574 ``SmallVector<Type, 0>`` to be preferred over ``std::vector<Type>``.
1576 #. std::vector is exception-safe, and some implementations have pessimizations
1577    that copy elements when SmallVector would move them.
1579 #. SmallVector understands ``std::is_trivially_copyable<Type>`` and uses realloc aggressively.
1581 #. Many LLVM APIs take a SmallVectorImpl as an out parameter (see the note
1582    below).
1584 #. SmallVector with N equal to 0 is smaller than std::vector on 64-bit
1585    platforms, since it uses ``unsigned`` (instead of ``void*``) for its size
1586    and capacity.
1588 .. note::
1590    Prefer to use ``ArrayRef<T>`` or ``SmallVectorImpl<T>`` as a parameter type.
1592    It's rarely appropriate to use ``SmallVector<T, N>`` as a parameter type.
1593    If an API only reads from the vector, it should use :ref:`ArrayRef
1594    <dss_arrayref>`.  Even if an API updates the vector the "small size" is
1595    unlikely to be relevant; such an API should use the ``SmallVectorImpl<T>``
1596    class, which is the "vector header" (and methods) without the elements
1597    allocated after it. Note that ``SmallVector<T, N>`` inherits from
1598    ``SmallVectorImpl<T>`` so the conversion is implicit and costs nothing. E.g.
1600    .. code-block:: c++
1602       // DISCOURAGED: Clients cannot pass e.g. raw arrays.
1603       hardcodedContiguousStorage(const SmallVectorImpl<Foo> &In);
1604       // ENCOURAGED: Clients can pass any contiguous storage of Foo.
1605       allowsAnyContiguousStorage(ArrayRef<Foo> In);
1607       void someFunc1() {
1608         Foo Vec[] = { /* ... */ };
1609         hardcodedContiguousStorage(Vec); // Error.
1610         allowsAnyContiguousStorage(Vec); // Works.
1611       }
1613       // DISCOURAGED: Clients cannot pass e.g. SmallVector<Foo, 8>.
1614       hardcodedSmallSize(SmallVector<Foo, 2> &Out);
1615       // ENCOURAGED: Clients can pass any SmallVector<Foo, N>.
1616       allowsAnySmallSize(SmallVectorImpl<Foo> &Out);
1618       void someFunc2() {
1619         SmallVector<Foo, 8> Vec;
1620         hardcodedSmallSize(Vec); // Error.
1621         allowsAnySmallSize(Vec); // Works.
1622       }
1624    Even though it has "``Impl``" in the name, SmallVectorImpl is widely used
1625    and is no longer "private to the implementation". A name like
1626    ``SmallVectorHeader`` might be more appropriate.
1628 .. _dss_pagedvector:
1630 llvm/ADT/PagedVector.h
1631 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1633 ``PagedVector<Type, PageSize>`` is a random access container that allocates
1634 ``PageSize`` elements of type ``Type`` when the first element of a page is
1635 accessed via the ``operator[]``.  This is useful for cases where the number of
1636 elements is known in advance; their actual initialization is expensive; and
1637 they are sparsely used. This utility uses page-granular lazy initialization
1638 when the element is accessed. When the number of used pages is small
1639 significant memory savings can be achieved.
1641 The main advantage is that a ``PagedVector`` allows to delay the actual
1642 allocation of the page until it's needed, at the extra cost of one pointer per
1643 page and one extra indirection when accessing elements with their positional
1644 index.
1646 In order to minimise the memory footprint of this container, it's important to
1647 balance the PageSize so that it's not too small (otherwise the overhead of the
1648 pointer per page might become too high) and not too big (otherwise the memory
1649 is wasted if the page is not fully used).
1651 Moreover, while retaining the order of the elements based on their insertion
1652 index, like a vector, iterating over the elements via ``begin()`` and ``end()``
1653 is not provided in the API, due to the fact accessing the elements in order
1654 would allocate all the iterated pages, defeating memory savings and the purpose
1655 of the ``PagedVector``.
1657 Finally a ``materialized_begin()`` and ``materialized_end`` iterators are
1658 provided to access the elements associated to the accessed pages, which could
1659 speed up operations that need to iterate over initialized elements in a
1660 non-ordered manner.
1662 .. _dss_vector:
1664 <vector>
1665 ^^^^^^^^
1667 ``std::vector<T>`` is well loved and respected.  However, ``SmallVector<T, 0>``
1668 is often a better option due to the advantages listed above.  std::vector is
1669 still useful when you need to store more than ``UINT32_MAX`` elements or when
1670 interfacing with code that expects vectors :).
1672 One worthwhile note about std::vector: avoid code like this:
1674 .. code-block:: c++
1676   for ( ... ) {
1677      std::vector<foo> V;
1678      // make use of V.
1679   }
1681 Instead, write this as:
1683 .. code-block:: c++
1685   std::vector<foo> V;
1686   for ( ... ) {
1687      // make use of V.
1688      V.clear();
1689   }
1691 Doing so will save (at least) one heap allocation and free per iteration of the
1692 loop.
1694 .. _dss_deque:
1696 <deque>
1697 ^^^^^^^
1699 ``std::deque`` is, in some senses, a generalized version of ``std::vector``.
1700 Like ``std::vector``, it provides constant time random access and other similar
1701 properties, but it also provides efficient access to the front of the list.  It
1702 does not guarantee continuity of elements within memory.
1704 In exchange for this extra flexibility, ``std::deque`` has significantly higher
1705 constant factor costs than ``std::vector``.  If possible, use ``std::vector`` or
1706 something cheaper.
1708 .. _dss_list:
1710 <list>
1711 ^^^^^^
1713 ``std::list`` is an extremely inefficient class that is rarely useful.  It
1714 performs a heap allocation for every element inserted into it, thus having an
1715 extremely high constant factor, particularly for small data types.
1716 ``std::list`` also only supports bidirectional iteration, not random access
1717 iteration.
1719 In exchange for this high cost, std::list supports efficient access to both ends
1720 of the list (like ``std::deque``, but unlike ``std::vector`` or
1721 ``SmallVector``).  In addition, the iterator invalidation characteristics of
1722 std::list are stronger than that of a vector class: inserting or removing an
1723 element into the list does not invalidate iterator or pointers to other elements
1724 in the list.
1726 .. _dss_ilist:
1728 llvm/ADT/ilist.h
1729 ^^^^^^^^^^^^^^^^
1731 ``ilist<T>`` implements an 'intrusive' doubly-linked list.  It is intrusive,
1732 because it requires the element to store and provide access to the prev/next
1733 pointers for the list.
1735 ``ilist`` has the same drawbacks as ``std::list``, and additionally requires an
1736 ``ilist_traits`` implementation for the element type, but it provides some novel
1737 characteristics.  In particular, it can efficiently store polymorphic objects,
1738 the traits class is informed when an element is inserted or removed from the
1739 list, and ``ilist``\ s are guaranteed to support a constant-time splice
1740 operation.
1742 An ``ilist`` and an ``iplist`` are ``using`` aliases to one another and the
1743 latter only currently exists for historical purposes.
1745 These properties are exactly what we want for things like ``Instruction``\ s and
1746 basic blocks, which is why these are implemented with ``ilist``\ s.
1748 Related classes of interest are explained in the following subsections:
1750 * :ref:`ilist_traits <dss_ilist_traits>`
1752 * :ref:`llvm/ADT/ilist_node.h <dss_ilist_node>`
1754 * :ref:`Sentinels <dss_ilist_sentinel>`
1756 .. _dss_packedvector:
1758 llvm/ADT/PackedVector.h
1759 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1761 Useful for storing a vector of values using only a few number of bits for each
1762 value.  Apart from the standard operations of a vector-like container, it can
1763 also perform an 'or' set operation.
1765 For example:
1767 .. code-block:: c++
1769   enum State {
1770       None = 0x0,
1771       FirstCondition = 0x1,
1772       SecondCondition = 0x2,
1773       Both = 0x3
1774   };
1776   State get() {
1777       PackedVector<State, 2> Vec1;
1778       Vec1.push_back(FirstCondition);
1780       PackedVector<State, 2> Vec2;
1781       Vec2.push_back(SecondCondition);
1783       Vec1 |= Vec2;
1784       return Vec1[0]; // returns 'Both'.
1785   }
1787 .. _dss_ilist_traits:
1789 ilist_traits
1790 ^^^^^^^^^^^^
1792 ``ilist_traits<T>`` is ``ilist<T>``'s customization mechanism. ``ilist<T>``
1793 publicly derives from this traits class.
1795 .. _dss_ilist_node:
1797 llvm/ADT/ilist_node.h
1798 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1800 ``ilist_node<T>`` implements the forward and backward links that are expected
1801 by the ``ilist<T>`` (and analogous containers) in the default manner.
1803 ``ilist_node<T>``\ s are meant to be embedded in the node type ``T``, usually
1804 ``T`` publicly derives from ``ilist_node<T>``.
1806 .. _dss_ilist_sentinel:
1808 Sentinels
1809 ^^^^^^^^^
1811 ``ilist``\ s have another specialty that must be considered.  To be a good
1812 citizen in the C++ ecosystem, it needs to support the standard container
1813 operations, such as ``begin`` and ``end`` iterators, etc.  Also, the
1814 ``operator--`` must work correctly on the ``end`` iterator in the case of
1815 non-empty ``ilist``\ s.
1817 The only sensible solution to this problem is to allocate a so-called *sentinel*
1818 along with the intrusive list, which serves as the ``end`` iterator, providing
1819 the back-link to the last element.  However conforming to the C++ convention it
1820 is illegal to ``operator++`` beyond the sentinel and it also must not be
1821 dereferenced.
1823 These constraints allow for some implementation freedom to the ``ilist`` how to
1824 allocate and store the sentinel.  The corresponding policy is dictated by
1825 ``ilist_traits<T>``.  By default a ``T`` gets heap-allocated whenever the need
1826 for a sentinel arises.
1828 While the default policy is sufficient in most cases, it may break down when
1829 ``T`` does not provide a default constructor.  Also, in the case of many
1830 instances of ``ilist``\ s, the memory overhead of the associated sentinels is
1831 wasted.  To alleviate the situation with numerous and voluminous
1832 ``T``-sentinels, sometimes a trick is employed, leading to *ghostly sentinels*.
1834 Ghostly sentinels are obtained by specially-crafted ``ilist_traits<T>`` which
1835 superpose the sentinel with the ``ilist`` instance in memory.  Pointer
1836 arithmetic is used to obtain the sentinel, which is relative to the ``ilist``'s
1837 ``this`` pointer.  The ``ilist`` is augmented by an extra pointer, which serves
1838 as the back-link of the sentinel.  This is the only field in the ghostly
1839 sentinel which can be legally accessed.
1841 .. _dss_other:
1843 Other Sequential Container options
1844 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1846 Other STL containers are available, such as ``std::string``.
1848 There are also various STL adapter classes such as ``std::queue``,
1849 ``std::priority_queue``, ``std::stack``, etc.  These provide simplified access
1850 to an underlying container but don't affect the cost of the container itself.
1852 .. _ds_string:
1854 String-like containers
1855 ----------------------
1857 There are a variety of ways to pass around and use strings in C and C++, and
1858 LLVM adds a few new options to choose from.  Pick the first option on this list
1859 that will do what you need, they are ordered according to their relative cost.
1861 Note that it is generally preferred to *not* pass strings around as ``const
1862 char*``'s.  These have a number of problems, including the fact that they
1863 cannot represent embedded nul ("\0") characters, and do not have a length
1864 available efficiently.  The general replacement for '``const char*``' is
1865 StringRef.
1867 For more information on choosing string containers for APIs, please see
1868 :ref:`Passing Strings <string_apis>`.
1870 .. _dss_stringref:
1872 llvm/ADT/StringRef.h
1873 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1875 The StringRef class is a simple value class that contains a pointer to a
1876 character and a length, and is quite related to the :ref:`ArrayRef
1877 <dss_arrayref>` class (but specialized for arrays of characters).  Because
1878 StringRef carries a length with it, it safely handles strings with embedded nul
1879 characters in it, getting the length does not require a strlen call, and it even
1880 has very convenient APIs for slicing and dicing the character range that it
1881 represents.
1883 StringRef is ideal for passing simple strings around that are known to be live,
1884 either because they are C string literals, std::string, a C array, or a
1885 SmallVector.  Each of these cases has an efficient implicit conversion to
1886 StringRef, which doesn't result in a dynamic strlen being executed.
1888 StringRef has a few major limitations which make more powerful string containers
1889 useful:
1891 #. You cannot directly convert a StringRef to a 'const char*' because there is
1892    no way to add a trailing nul (unlike the .c_str() method on various stronger
1893    classes).
1895 #. StringRef doesn't own or keep alive the underlying string bytes.
1896    As such it can easily lead to dangling pointers, and is not suitable for
1897    embedding in datastructures in most cases (instead, use an std::string or
1898    something like that).
1900 #. For the same reason, StringRef cannot be used as the return value of a
1901    method if the method "computes" the result string.  Instead, use std::string.
1903 #. StringRef's do not allow you to mutate the pointed-to string bytes and it
1904    doesn't allow you to insert or remove bytes from the range.  For editing
1905    operations like this, it interoperates with the :ref:`Twine <dss_twine>`
1906    class.
1908 Because of its strengths and limitations, it is very common for a function to
1909 take a StringRef and for a method on an object to return a StringRef that points
1910 into some string that it owns.
1912 .. _dss_twine:
1914 llvm/ADT/Twine.h
1915 ^^^^^^^^^^^^^^^^
1917 The Twine class is used as an intermediary datatype for APIs that want to take a
1918 string that can be constructed inline with a series of concatenations.  Twine
1919 works by forming recursive instances of the Twine datatype (a simple value
1920 object) on the stack as temporary objects, linking them together into a tree
1921 which is then linearized when the Twine is consumed.  Twine is only safe to use
1922 as the argument to a function, and should always be a const reference, e.g.:
1924 .. code-block:: c++
1926   void foo(const Twine &T);
1927   ...
1928   StringRef X = ...
1929   unsigned i = ...
1930   foo(X + "." + Twine(i));
1932 This example forms a string like "blarg.42" by concatenating the values
1933 together, and does not form intermediate strings containing "blarg" or "blarg.".
1935 Because Twine is constructed with temporary objects on the stack, and because
1936 these instances are destroyed at the end of the current statement, it is an
1937 inherently dangerous API.  For example, this simple variant contains undefined
1938 behavior and will probably crash:
1940 .. code-block:: c++
1942   void foo(const Twine &T);
1943   ...
1944   StringRef X = ...
1945   unsigned i = ...
1946   const Twine &Tmp = X + "." + Twine(i);
1947   foo(Tmp);
1949 ... because the temporaries are destroyed before the call.  That said, Twine's
1950 are much more efficient than intermediate std::string temporaries, and they work
1951 really well with StringRef.  Just be aware of their limitations.
1953 .. _dss_smallstring:
1955 llvm/ADT/SmallString.h
1956 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1958 SmallString is a subclass of :ref:`SmallVector <dss_smallvector>` that adds some
1959 convenience APIs like += that takes StringRef's.  SmallString avoids allocating
1960 memory in the case when the preallocated space is enough to hold its data, and
1961 it calls back to general heap allocation when required.  Since it owns its data,
1962 it is very safe to use and supports full mutation of the string.
1964 Like SmallVector's, the big downside to SmallString is their sizeof.  While they
1965 are optimized for small strings, they themselves are not particularly small.
1966 This means that they work great for temporary scratch buffers on the stack, but
1967 should not generally be put into the heap: it is very rare to see a SmallString
1968 as the member of a frequently-allocated heap data structure or returned
1969 by-value.
1971 .. _dss_stdstring:
1973 std::string
1974 ^^^^^^^^^^^
1976 The standard C++ std::string class is a very general class that (like
1977 SmallString) owns its underlying data.  sizeof(std::string) is very reasonable
1978 so it can be embedded into heap data structures and returned by-value.  On the
1979 other hand, std::string is highly inefficient for inline editing (e.g.
1980 concatenating a bunch of stuff together) and because it is provided by the
1981 standard library, its performance characteristics depend a lot of the host
1982 standard library (e.g. libc++ and MSVC provide a highly optimized string class,
1983 GCC contains a really slow implementation).
1985 The major disadvantage of std::string is that almost every operation that makes
1986 them larger can allocate memory, which is slow.  As such, it is better to use
1987 SmallVector or Twine as a scratch buffer, but then use std::string to persist
1988 the result.
1990 .. _ds_set:
1992 Set-Like Containers (std::set, SmallSet, SetVector, etc)
1993 --------------------------------------------------------
1995 Set-like containers are useful when you need to canonicalize multiple values
1996 into a single representation.  There are several different choices for how to do
1997 this, providing various trade-offs.
1999 .. _dss_sortedvectorset:
2001 A sorted 'vector'
2002 ^^^^^^^^^^^^^^^^^
2004 If you intend to insert a lot of elements, then do a lot of queries, a great
2005 approach is to use an std::vector (or other sequential container) with
2006 std::sort+std::unique to remove duplicates.  This approach works really well if
2007 your usage pattern has these two distinct phases (insert then query), and can be
2008 coupled with a good choice of :ref:`sequential container <ds_sequential>`.
2010 This combination provides the several nice properties: the result data is
2011 contiguous in memory (good for cache locality), has few allocations, is easy to
2012 address (iterators in the final vector are just indices or pointers), and can be
2013 efficiently queried with a standard binary search (e.g.
2014 ``std::lower_bound``; if you want the whole range of elements comparing
2015 equal, use ``std::equal_range``).
2017 .. _dss_smallset:
2019 llvm/ADT/SmallSet.h
2020 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2022 If you have a set-like data structure that is usually small and whose elements
2023 are reasonably small, a ``SmallSet<Type, N>`` is a good choice.  This set has
2024 space for N elements in place (thus, if the set is dynamically smaller than N,
2025 no malloc traffic is required) and accesses them with a simple linear search.
2026 When the set grows beyond N elements, it allocates a more expensive
2027 representation that guarantees efficient access (for most types, it falls back
2028 to :ref:`std::set <dss_set>`, but for pointers it uses something far better,
2029 :ref:`SmallPtrSet <dss_smallptrset>`.
2031 The magic of this class is that it handles small sets extremely efficiently, but
2032 gracefully handles extremely large sets without loss of efficiency.
2034 .. _dss_smallptrset:
2036 llvm/ADT/SmallPtrSet.h
2037 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2039 ``SmallPtrSet`` has all the advantages of ``SmallSet`` (and a ``SmallSet`` of
2040 pointers is transparently implemented with a ``SmallPtrSet``). If more than N
2041 insertions are performed, a single quadratically probed hash table is allocated
2042 and grows as needed, providing extremely efficient access (constant time
2043 insertion/deleting/queries with low constant factors) and is very stingy with
2044 malloc traffic.
2046 Note that, unlike :ref:`std::set <dss_set>`, the iterators of ``SmallPtrSet``
2047 are invalidated whenever an insertion occurs.  Also, the values visited by the
2048 iterators are not visited in sorted order.
2050 .. _dss_stringset:
2052 llvm/ADT/StringSet.h
2053 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2055 ``StringSet`` is a thin wrapper around :ref:`StringMap\<char\> <dss_stringmap>`,
2056 and it allows efficient storage and retrieval of unique strings.
2058 Functionally analogous to ``SmallSet<StringRef>``, ``StringSet`` also supports
2059 iteration. (The iterator dereferences to a ``StringMapEntry<char>``, so you
2060 need to call ``i->getKey()`` to access the item of the StringSet.)  On the
2061 other hand, ``StringSet`` doesn't support range-insertion and
2062 copy-construction, which :ref:`SmallSet <dss_smallset>` and :ref:`SmallPtrSet
2063 <dss_smallptrset>` do support.
2065 .. _dss_denseset:
2067 llvm/ADT/DenseSet.h
2068 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2070 DenseSet is a simple quadratically probed hash table.  It excels at supporting
2071 small values: it uses a single allocation to hold all of the pairs that are
2072 currently inserted in the set.  DenseSet is a great way to unique small values
2073 that are not simple pointers (use :ref:`SmallPtrSet <dss_smallptrset>` for
2074 pointers).  Note that DenseSet has the same requirements for the value type that
2075 :ref:`DenseMap <dss_densemap>` has.
2077 .. _dss_sparseset:
2079 llvm/ADT/SparseSet.h
2080 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2082 SparseSet holds a small number of objects identified by unsigned keys of
2083 moderate size.  It uses a lot of memory, but provides operations that are almost
2084 as fast as a vector.  Typical keys are physical registers, virtual registers, or
2085 numbered basic blocks.
2087 SparseSet is useful for algorithms that need very fast clear/find/insert/erase
2088 and fast iteration over small sets.  It is not intended for building composite
2089 data structures.
2091 .. _dss_sparsemultiset:
2093 llvm/ADT/SparseMultiSet.h
2094 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2096 SparseMultiSet adds multiset behavior to SparseSet, while retaining SparseSet's
2097 desirable attributes. Like SparseSet, it typically uses a lot of memory, but
2098 provides operations that are almost as fast as a vector.  Typical keys are
2099 physical registers, virtual registers, or numbered basic blocks.
2101 SparseMultiSet is useful for algorithms that need very fast
2102 clear/find/insert/erase of the entire collection, and iteration over sets of
2103 elements sharing a key. It is often a more efficient choice than using composite
2104 data structures (e.g. vector-of-vectors, map-of-vectors). It is not intended for
2105 building composite data structures.
2107 .. _dss_FoldingSet:
2109 llvm/ADT/FoldingSet.h
2110 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2112 FoldingSet is an aggregate class that is really good at uniquing
2113 expensive-to-create or polymorphic objects.  It is a combination of a chained
2114 hash table with intrusive links (uniqued objects are required to inherit from
2115 FoldingSetNode) that uses :ref:`SmallVector <dss_smallvector>` as part of its ID
2116 process.
2118 Consider a case where you want to implement a "getOrCreateFoo" method for a
2119 complex object (for example, a node in the code generator).  The client has a
2120 description of **what** it wants to generate (it knows the opcode and all the
2121 operands), but we don't want to 'new' a node, then try inserting it into a set
2122 only to find out it already exists, at which point we would have to delete it
2123 and return the node that already exists.
2125 To support this style of client, FoldingSet perform a query with a
2126 FoldingSetNodeID (which wraps SmallVector) that can be used to describe the
2127 element that we want to query for.  The query either returns the element
2128 matching the ID or it returns an opaque ID that indicates where insertion should
2129 take place.  Construction of the ID usually does not require heap traffic.
2131 Because FoldingSet uses intrusive links, it can support polymorphic objects in
2132 the set (for example, you can have SDNode instances mixed with LoadSDNodes).
2133 Because the elements are individually allocated, pointers to the elements are
2134 stable: inserting or removing elements does not invalidate any pointers to other
2135 elements.
2137 .. _dss_set:
2139 <set>
2140 ^^^^^
2142 ``std::set`` is a reasonable all-around set class, which is decent at many
2143 things but great at nothing.  std::set allocates memory for each element
2144 inserted (thus it is very malloc intensive) and typically stores three pointers
2145 per element in the set (thus adding a large amount of per-element space
2146 overhead).  It offers guaranteed log(n) performance, which is not particularly
2147 fast from a complexity standpoint (particularly if the elements of the set are
2148 expensive to compare, like strings), and has extremely high constant factors for
2149 lookup, insertion and removal.
2151 The advantages of std::set are that its iterators are stable (deleting or
2152 inserting an element from the set does not affect iterators or pointers to other
2153 elements) and that iteration over the set is guaranteed to be in sorted order.
2154 If the elements in the set are large, then the relative overhead of the pointers
2155 and malloc traffic is not a big deal, but if the elements of the set are small,
2156 std::set is almost never a good choice.
2158 .. _dss_setvector:
2160 llvm/ADT/SetVector.h
2161 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2163 LLVM's ``SetVector<Type>`` is an adapter class that combines your choice of a
2164 set-like container along with a :ref:`Sequential Container <ds_sequential>` The
2165 important property that this provides is efficient insertion with uniquing
2166 (duplicate elements are ignored) with iteration support.  It implements this by
2167 inserting elements into both a set-like container and the sequential container,
2168 using the set-like container for uniquing and the sequential container for
2169 iteration.
2171 The difference between SetVector and other sets is that the order of iteration
2172 is guaranteed to match the order of insertion into the SetVector.  This property
2173 is really important for things like sets of pointers.  Because pointer values
2174 are non-deterministic (e.g. vary across runs of the program on different
2175 machines), iterating over the pointers in the set will not be in a well-defined
2176 order.
2178 The drawback of SetVector is that it requires twice as much space as a normal
2179 set and has the sum of constant factors from the set-like container and the
2180 sequential container that it uses.  Use it **only** if you need to iterate over
2181 the elements in a deterministic order.  SetVector is also expensive to delete
2182 elements out of (linear time), unless you use its "pop_back" method, which is
2183 faster.
2185 ``SetVector`` is an adapter class that defaults to using ``std::vector`` and a
2186 size 16 ``SmallSet`` for the underlying containers, so it is quite expensive.
2187 However, ``"llvm/ADT/SetVector.h"`` also provides a ``SmallSetVector`` class,
2188 which defaults to using a ``SmallVector`` and ``SmallSet`` of a specified size.
2189 If you use this, and if your sets are dynamically smaller than ``N``, you will
2190 save a lot of heap traffic.
2192 .. _dss_uniquevector:
2194 llvm/ADT/UniqueVector.h
2195 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2197 UniqueVector is similar to :ref:`SetVector <dss_setvector>` but it retains a
2198 unique ID for each element inserted into the set.  It internally contains a map
2199 and a vector, and it assigns a unique ID for each value inserted into the set.
2201 UniqueVector is very expensive: its cost is the sum of the cost of maintaining
2202 both the map and vector, it has high complexity, high constant factors, and
2203 produces a lot of malloc traffic.  It should be avoided.
2205 .. _dss_immutableset:
2207 llvm/ADT/ImmutableSet.h
2208 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2210 ImmutableSet is an immutable (functional) set implementation based on an AVL
2211 tree.  Adding or removing elements is done through a Factory object and results
2212 in the creation of a new ImmutableSet object.  If an ImmutableSet already exists
2213 with the given contents, then the existing one is returned; equality is compared
2214 with a FoldingSetNodeID.  The time and space complexity of add or remove
2215 operations is logarithmic in the size of the original set.
2217 There is no method for returning an element of the set, you can only check for
2218 membership.
2220 .. _dss_otherset:
2222 Other Set-Like Container Options
2223 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2225 The STL provides several other options, such as std::multiset and
2226 std::unordered_set.  We never use containers like unordered_set because
2227 they are generally very expensive (each insertion requires a malloc).
2229 std::multiset is useful if you're not interested in elimination of duplicates,
2230 but has all the drawbacks of :ref:`std::set <dss_set>`.  A sorted vector
2231 (where you don't delete duplicate entries) or some other approach is almost
2232 always better.
2234 .. _ds_map:
2236 Map-Like Containers (std::map, DenseMap, etc)
2237 ---------------------------------------------
2239 Map-like containers are useful when you want to associate data to a key.  As
2240 usual, there are a lot of different ways to do this. :)
2242 .. _dss_sortedvectormap:
2244 A sorted 'vector'
2245 ^^^^^^^^^^^^^^^^^
2247 If your usage pattern follows a strict insert-then-query approach, you can
2248 trivially use the same approach as :ref:`sorted vectors for set-like containers
2249 <dss_sortedvectorset>`.  The only difference is that your query function (which
2250 uses std::lower_bound to get efficient log(n) lookup) should only compare the
2251 key, not both the key and value.  This yields the same advantages as sorted
2252 vectors for sets.
2254 .. _dss_stringmap:
2256 llvm/ADT/StringMap.h
2257 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2259 Strings are commonly used as keys in maps, and they are difficult to support
2260 efficiently: they are variable length, inefficient to hash and compare when
2261 long, expensive to copy, etc.  StringMap is a specialized container designed to
2262 cope with these issues.  It supports mapping an arbitrary range of bytes to an
2263 arbitrary other object.
2265 The StringMap implementation uses a quadratically-probed hash table, where the
2266 buckets store a pointer to the heap allocated entries (and some other stuff).
2267 The entries in the map must be heap allocated because the strings are variable
2268 length.  The string data (key) and the element object (value) are stored in the
2269 same allocation with the string data immediately after the element object.
2270 This container guarantees the "``(char*)(&Value+1)``" points to the key string
2271 for a value.
2273 The StringMap is very fast for several reasons: quadratic probing is very cache
2274 efficient for lookups, the hash value of strings in buckets is not recomputed
2275 when looking up an element, StringMap rarely has to touch the memory for
2276 unrelated objects when looking up a value (even when hash collisions happen),
2277 hash table growth does not recompute the hash values for strings already in the
2278 table, and each pair in the map is store in a single allocation (the string data
2279 is stored in the same allocation as the Value of a pair).
2281 StringMap also provides query methods that take byte ranges, so it only ever
2282 copies a string if a value is inserted into the table.
2284 StringMap iteration order, however, is not guaranteed to be deterministic, so
2285 any uses which require that should instead use a std::map.
2287 .. _dss_indexmap:
2289 llvm/ADT/IndexedMap.h
2290 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2292 IndexedMap is a specialized container for mapping small dense integers (or
2293 values that can be mapped to small dense integers) to some other type.  It is
2294 internally implemented as a vector with a mapping function that maps the keys
2295 to the dense integer range.
2297 This is useful for cases like virtual registers in the LLVM code generator: they
2298 have a dense mapping that is offset by a compile-time constant (the first
2299 virtual register ID).
2301 .. _dss_densemap:
2303 llvm/ADT/DenseMap.h
2304 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2306 DenseMap is a simple quadratically probed hash table.  It excels at supporting
2307 small keys and values: it uses a single allocation to hold all of the pairs
2308 that are currently inserted in the map.  DenseMap is a great way to map
2309 pointers to pointers, or map other small types to each other.
2311 There are several aspects of DenseMap that you should be aware of, however.
2312 The iterators in a DenseMap are invalidated whenever an insertion occurs,
2313 unlike map.  Also, because DenseMap allocates space for a large number of
2314 key/value pairs (it starts with 64 by default), it will waste a lot of space if
2315 your keys or values are large.  Finally, you must implement a partial
2316 specialization of DenseMapInfo for the key that you want, if it isn't already
2317 supported.  This is required to tell DenseMap about two special marker values
2318 (which can never be inserted into the map) that it needs internally.
2320 DenseMap's find_as() method supports lookup operations using an alternate key
2321 type.  This is useful in cases where the normal key type is expensive to
2322 construct, but cheap to compare against.  The DenseMapInfo is responsible for
2323 defining the appropriate comparison and hashing methods for each alternate key
2324 type used.
2326 DenseMap.h also contains a SmallDenseMap variant, that similar to
2327 :ref:`SmallVector <dss_smallvector>` performs no heap allocation until the
2328 number of elements in the template parameter N are exceeded.
2330 .. _dss_valuemap:
2332 llvm/IR/ValueMap.h
2333 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2335 ValueMap is a wrapper around a :ref:`DenseMap <dss_densemap>` mapping
2336 ``Value*``\ s (or subclasses) to another type.  When a Value is deleted or
2337 RAUW'ed, ValueMap will update itself so the new version of the key is mapped to
2338 the same value, just as if the key were a WeakVH.  You can configure exactly how
2339 this happens, and what else happens on these two events, by passing a ``Config``
2340 parameter to the ValueMap template.
2342 .. _dss_intervalmap:
2344 llvm/ADT/IntervalMap.h
2345 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2347 IntervalMap is a compact map for small keys and values.  It maps key intervals
2348 instead of single keys, and it will automatically coalesce adjacent intervals.
2349 When the map only contains a few intervals, they are stored in the map object
2350 itself to avoid allocations.
2352 The IntervalMap iterators are quite big, so they should not be passed around as
2353 STL iterators.  The heavyweight iterators allow a smaller data structure.
2355 .. _dss_intervaltree:
2357 llvm/ADT/IntervalTree.h
2358 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2360 ``llvm::IntervalTree`` is a light tree data structure to hold intervals. It
2361 allows finding all intervals that overlap with any given point. At this time,
2362 it does not support any deletion or rebalancing operations.
2364 The IntervalTree is designed to be set up once, and then queried without any
2365 further additions.
2367 .. _dss_map:
2369 <map>
2370 ^^^^^
2372 std::map has similar characteristics to :ref:`std::set <dss_set>`: it uses a
2373 single allocation per pair inserted into the map, it offers log(n) lookup with
2374 an extremely large constant factor, imposes a space penalty of 3 pointers per
2375 pair in the map, etc.
2377 std::map is most useful when your keys or values are very large, if you need to
2378 iterate over the collection in sorted order, or if you need stable iterators
2379 into the map (i.e. they don't get invalidated if an insertion or deletion of
2380 another element takes place).
2382 .. _dss_mapvector:
2384 llvm/ADT/MapVector.h
2385 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2387 ``MapVector<KeyT,ValueT>`` provides a subset of the DenseMap interface.  The
2388 main difference is that the iteration order is guaranteed to be the insertion
2389 order, making it an easy (but somewhat expensive) solution for non-deterministic
2390 iteration over maps of pointers.
2392 It is implemented by mapping from key to an index in a vector of key,value
2393 pairs.  This provides fast lookup and iteration, but has two main drawbacks:
2394 the key is stored twice and removing elements takes linear time.  If it is
2395 necessary to remove elements, it's best to remove them in bulk using
2396 ``remove_if()``.
2398 .. _dss_inteqclasses:
2400 llvm/ADT/IntEqClasses.h
2401 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2403 IntEqClasses provides a compact representation of equivalence classes of small
2404 integers.  Initially, each integer in the range 0..n-1 has its own equivalence
2405 class.  Classes can be joined by passing two class representatives to the
2406 join(a, b) method.  Two integers are in the same class when findLeader() returns
2407 the same representative.
2409 Once all equivalence classes are formed, the map can be compressed so each
2410 integer 0..n-1 maps to an equivalence class number in the range 0..m-1, where m
2411 is the total number of equivalence classes.  The map must be uncompressed before
2412 it can be edited again.
2414 .. _dss_immutablemap:
2416 llvm/ADT/ImmutableMap.h
2417 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2419 ImmutableMap is an immutable (functional) map implementation based on an AVL
2420 tree.  Adding or removing elements is done through a Factory object and results
2421 in the creation of a new ImmutableMap object.  If an ImmutableMap already exists
2422 with the given key set, then the existing one is returned; equality is compared
2423 with a FoldingSetNodeID.  The time and space complexity of add or remove
2424 operations is logarithmic in the size of the original map.
2426 .. _dss_othermap:
2428 Other Map-Like Container Options
2429 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2431 The STL provides several other options, such as std::multimap and
2432 std::unordered_map.  We never use containers like unordered_map because
2433 they are generally very expensive (each insertion requires a malloc).
2435 std::multimap is useful if you want to map a key to multiple values, but has all
2436 the drawbacks of std::map.  A sorted vector or some other approach is almost
2437 always better.
2439 .. _ds_bit:
2441 Bit storage containers
2442 ------------------------------------------------------------------------
2444 There are several bit storage containers, and choosing when to use each is
2445 relatively straightforward.
2447 One additional option is ``std::vector<bool>``: we discourage its use for two
2448 reasons 1) the implementation in many common compilers (e.g.  commonly
2449 available versions of GCC) is extremely inefficient and 2) the C++ standards
2450 committee is likely to deprecate this container and/or change it significantly
2451 somehow.  In any case, please don't use it.
2453 .. _dss_bitvector:
2455 BitVector
2456 ^^^^^^^^^
2458 The BitVector container provides a dynamic size set of bits for manipulation.
2459 It supports individual bit setting/testing, as well as set operations.  The set
2460 operations take time O(size of bitvector), but operations are performed one word
2461 at a time, instead of one bit at a time.  This makes the BitVector very fast for
2462 set operations compared to other containers.  Use the BitVector when you expect
2463 the number of set bits to be high (i.e. a dense set).
2465 .. _dss_smallbitvector:
2467 SmallBitVector
2468 ^^^^^^^^^^^^^^
2470 The SmallBitVector container provides the same interface as BitVector, but it is
2471 optimized for the case where only a small number of bits, less than 25 or so,
2472 are needed.  It also transparently supports larger bit counts, but slightly less
2473 efficiently than a plain BitVector, so SmallBitVector should only be used when
2474 larger counts are rare.
2476 At this time, SmallBitVector does not support set operations (and, or, xor), and
2477 its operator[] does not provide an assignable lvalue.
2479 .. _dss_sparsebitvector:
2481 SparseBitVector
2482 ^^^^^^^^^^^^^^^
2484 The SparseBitVector container is much like BitVector, with one major difference:
2485 Only the bits that are set, are stored.  This makes the SparseBitVector much
2486 more space efficient than BitVector when the set is sparse, as well as making
2487 set operations O(number of set bits) instead of O(size of universe).  The
2488 downside to the SparseBitVector is that setting and testing of random bits is
2489 O(N), and on large SparseBitVectors, this can be slower than BitVector.  In our
2490 implementation, setting or testing bits in sorted order (either forwards or
2491 reverse) is O(1) worst case.  Testing and setting bits within 128 bits (depends
2492 on size) of the current bit is also O(1).  As a general statement,
2493 testing/setting bits in a SparseBitVector is O(distance away from last set bit).
2495 .. _dss_coalescingbitvector:
2497 CoalescingBitVector
2498 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2500 The CoalescingBitVector container is similar in principle to a SparseBitVector,
2501 but is optimized to represent large contiguous ranges of set bits compactly. It
2502 does this by coalescing contiguous ranges of set bits into intervals. Searching
2503 for a bit in a CoalescingBitVector is O(log(gaps between contiguous ranges)).
2505 CoalescingBitVector is a better choice than BitVector when gaps between ranges
2506 of set bits are large. It's a better choice than SparseBitVector when find()
2507 operations must have fast, predictable performance. However, it's not a good
2508 choice for representing sets which have lots of very short ranges. E.g. the set
2509 `{2*x : x \in [0, n)}` would be a pathological input.
2511 .. _utility_functions:
2513 Useful Utility Functions
2514 ========================
2516 LLVM implements a number of general utility functions used across the
2517 codebase. You can find the most common ones in ``STLExtras.h``
2518 (`doxygen <https://llvm.org/doxygen/STLExtras_8h.html>`__). Some of these wrap
2519 well-known C++ standard library functions, while others are unique to LLVM.
2521 .. _uf_iteration:
2523 Iterating over ranges
2524 ---------------------
2526 Sometimes you may want to iterate over more than range at a time or know the
2527 index of the index. LLVM provides custom utility functions to make that easier,
2528 without having to manually manage all iterators and/or indices:
2530 .. _uf_zip:
2532 The ``zip``\ * functions
2533 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2535 ``zip``\ * functions allow for iterating over elements from two or more ranges
2536 at the same time. For example:
2538 .. code-block:: c++
2540     SmallVector<size_t> Counts = ...;
2541     char Letters[26] = ...;
2542     for (auto [Letter, Count] : zip_equal(Letters, Counts))
2543       errs() << Letter << ": " << Count << "\n";
2545 Note that the elements are provided through a 'reference wrapper' proxy type
2546 (tuple of references), which combined with the structured bindings declaration
2547 makes ``Letter`` and ``Count`` references to range elements. Any modification
2548 to these references will affect the elements of ``Letters`` or ``Counts``.
2550 The ``zip``\ * functions support temporary ranges, for example:
2552 .. code-block:: c++
2554     for (auto [Letter, Count] : zip(SmallVector<char>{'a', 'b', 'c'}, Counts))
2555       errs() << Letter << ": " << Count << "\n";
2557 The difference between the functions in the ``zip`` family is how they behave
2558 when the supplied ranges have different lengths:
2560 * ``zip_equal`` -- requires all input ranges have the same length.
2561 * ``zip`` -- iteration stops when the end of the shortest range is reached.
2562 * ``zip_first`` -- requires the first range is the shortest one.
2563 * ``zip_longest`` -- iteration continues until the end of the longest range is
2564   reached. The non-existent elements of shorter ranges are replaced with
2565   ``std::nullopt``.
2567 The length requirements are checked with ``assert``\ s.
2569 As a rule of thumb, prefer to use ``zip_equal`` when you expect all
2570 ranges to have the same lengths, and consider alternative ``zip`` functions only
2571 when this is not the case. This is because ``zip_equal`` clearly communicates
2572 this same-length assumption and has the best (release-mode) runtime performance.
2574 .. _uf_enumerate:
2576 ``enumerate``
2577 ^^^^^^^^^^^^^
2579 The ``enumerate`` functions allows to iterate over one or more ranges while
2580 keeping track of the index of the current loop iteration. For example:
2582 .. code-block:: c++
2584     for (auto [Idx, BB, Value] : enumerate(Phi->blocks(),
2585                                            Phi->incoming_values()))
2586       errs() << "#" << Idx << " " << BB->getName() << ": " << *Value << "\n";
2588 The current element index is provided as the first structured bindings element.
2589 Alternatively, the index and the element value can be obtained with the
2590 ``index()`` and ``value()`` member functions:
2592 .. code-block:: c++
2594     char Letters[26] = ...;
2595     for (auto En : enumerate(Letters))
2596       errs() << "#" << En.index() << " " << En.value() << "\n";
2598 Note that ``enumerate`` has ``zip_equal`` semantics and provides elements
2599 through a 'reference wrapper' proxy, which makes them modifiable when accessed
2600 through structured bindings or the ``value()`` member function. When two or more
2601 ranges are passed, ``enumerate`` requires them to have equal lengths (checked
2602 with an ``assert``).
2604 .. _debugging:
2606 Debugging
2607 =========
2609 A handful of `GDB pretty printers
2610 <https://sourceware.org/gdb/onlinedocs/gdb/Pretty-Printing.html>`__ are
2611 provided for some of the core LLVM libraries. To use them, execute the
2612 following (or add it to your ``~/.gdbinit``)::
2614   source /path/to/llvm/src/utils/gdb-scripts/prettyprinters.py
2616 It also might be handy to enable the `print pretty
2617 <http://ftp.gnu.org/old-gnu/Manuals/gdb/html_node/gdb_57.html>`__ option to
2618 avoid data structures being printed as a big block of text.
2620 .. _common:
2622 Helpful Hints for Common Operations
2623 ===================================
2625 This section describes how to perform some very simple transformations of LLVM
2626 code.  This is meant to give examples of common idioms used, showing the
2627 practical side of LLVM transformations.
2629 Because this is a "how-to" section, you should also read about the main classes
2630 that you will be working with.  The :ref:`Core LLVM Class Hierarchy Reference
2631 <coreclasses>` contains details and descriptions of the main classes that you
2632 should know about.
2634 .. _inspection:
2636 Basic Inspection and Traversal Routines
2637 ---------------------------------------
2639 The LLVM compiler infrastructure have many different data structures that may be
2640 traversed.  Following the example of the C++ standard template library, the
2641 techniques used to traverse these various data structures are all basically the
2642 same.  For an enumerable sequence of values, the ``XXXbegin()`` function (or
2643 method) returns an iterator to the start of the sequence, the ``XXXend()``
2644 function returns an iterator pointing to one past the last valid element of the
2645 sequence, and there is some ``XXXiterator`` data type that is common between the
2646 two operations.
2648 Because the pattern for iteration is common across many different aspects of the
2649 program representation, the standard template library algorithms may be used on
2650 them, and it is easier to remember how to iterate.  First we show a few common
2651 examples of the data structures that need to be traversed.  Other data
2652 structures are traversed in very similar ways.
2654 .. _iterate_function:
2656 Iterating over the ``BasicBlock`` in a ``Function``
2657 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2659 It's quite common to have a ``Function`` instance that you'd like to transform
2660 in some way; in particular, you'd like to manipulate its ``BasicBlock``\ s.  To
2661 facilitate this, you'll need to iterate over all of the ``BasicBlock``\ s that
2662 constitute the ``Function``.  The following is an example that prints the name
2663 of a ``BasicBlock`` and the number of ``Instruction``\ s it contains:
2665 .. code-block:: c++
2667   Function &Func = ...
2668   for (BasicBlock &BB : Func)
2669     // Print out the name of the basic block if it has one, and then the
2670     // number of instructions that it contains
2671     errs() << "Basic block (name=" << BB.getName() << ") has "
2672                << BB.size() << " instructions.\n";
2674 .. _iterate_basicblock:
2676 Iterating over the ``Instruction`` in a ``BasicBlock``
2677 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2679 Just like when dealing with ``BasicBlock``\ s in ``Function``\ s, it's easy to
2680 iterate over the individual instructions that make up ``BasicBlock``\ s.  Here's
2681 a code snippet that prints out each instruction in a ``BasicBlock``:
2683 .. code-block:: c++
2685   BasicBlock& BB = ...
2686   for (Instruction &I : BB)
2687      // The next statement works since operator<<(ostream&,...)
2688      // is overloaded for Instruction&
2689      errs() << I << "\n";
2692 However, this isn't really the best way to print out the contents of a
2693 ``BasicBlock``!  Since the ostream operators are overloaded for virtually
2694 anything you'll care about, you could have just invoked the print routine on the
2695 basic block itself: ``errs() << BB << "\n";``.
2697 .. _iterate_insiter:
2699 Iterating over the ``Instruction`` in a ``Function``
2700 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2702 If you're finding that you commonly iterate over a ``Function``'s
2703 ``BasicBlock``\ s and then that ``BasicBlock``'s ``Instruction``\ s,
2704 ``InstIterator`` should be used instead.  You'll need to include
2705 ``llvm/IR/InstIterator.h`` (`doxygen
2706 <https://llvm.org/doxygen/InstIterator_8h.html>`__) and then instantiate
2707 ``InstIterator``\ s explicitly in your code.  Here's a small example that shows
2708 how to dump all instructions in a function to the standard error stream:
2710 .. code-block:: c++
2712   #include "llvm/IR/InstIterator.h"
2714   // F is a pointer to a Function instance
2715   for (inst_iterator I = inst_begin(F), E = inst_end(F); I != E; ++I)
2716     errs() << *I << "\n";
2718 Easy, isn't it?  You can also use ``InstIterator``\ s to fill a work list with
2719 its initial contents.  For example, if you wanted to initialize a work list to
2720 contain all instructions in a ``Function`` F, all you would need to do is
2721 something like:
2723 .. code-block:: c++
2725   std::set<Instruction*> worklist;
2726   // or better yet, SmallPtrSet<Instruction*, 64> worklist;
2728   for (inst_iterator I = inst_begin(F), E = inst_end(F); I != E; ++I)
2729     worklist.insert(&*I);
2731 The STL set ``worklist`` would now contain all instructions in the ``Function``
2732 pointed to by F.
2734 .. _iterate_convert:
2736 Turning an iterator into a class pointer (and vice-versa)
2737 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2739 Sometimes, it'll be useful to grab a reference (or pointer) to a class instance
2740 when all you've got at hand is an iterator.  Well, extracting a reference or a
2741 pointer from an iterator is very straight-forward.  Assuming that ``i`` is a
2742 ``BasicBlock::iterator`` and ``j`` is a ``BasicBlock::const_iterator``:
2744 .. code-block:: c++
2746   Instruction& inst = *i;   // Grab reference to instruction reference
2747   Instruction* pinst = &*i; // Grab pointer to instruction reference
2748   const Instruction& inst = *j;
2750 It's also possible to turn a class pointer into the corresponding iterator, and
2751 this is a constant time operation (very efficient).  The following code snippet
2752 illustrates use of the conversion constructors provided by LLVM iterators.  By
2753 using these, you can explicitly grab the iterator of something without actually
2754 obtaining it via iteration over some structure:
2756 .. code-block:: c++
2758   void printNextInstruction(Instruction* inst) {
2759     BasicBlock::iterator it(inst);
2760     ++it; // After this line, it refers to the instruction after *inst
2761     if (it != inst->getParent()->end()) errs() << *it << "\n";
2762   }
2764 .. _iterate_complex:
2766 Finding call sites: a slightly more complex example
2767 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2769 Say that you're writing a FunctionPass and would like to count all the locations
2770 in the entire module (that is, across every ``Function``) where a certain
2771 function (i.e., some ``Function *``) is already in scope.  As you'll learn
2772 later, you may want to use an ``InstVisitor`` to accomplish this in a much more
2773 straight-forward manner, but this example will allow us to explore how you'd do
2774 it if you didn't have ``InstVisitor`` around.  In pseudo-code, this is what we
2775 want to do:
2777 .. code-block:: none
2779   initialize callCounter to zero
2780   for each Function f in the Module
2781     for each BasicBlock b in f
2782       for each Instruction i in b
2783         if (i a Call and calls the given function)
2784           increment callCounter
2786 And the actual code is (remember, because we're writing a ``FunctionPass``, our
2787 ``FunctionPass``-derived class simply has to override the ``runOnFunction``
2788 method):
2790 .. code-block:: c++
2792   Function* targetFunc = ...;
2794   class OurFunctionPass : public FunctionPass {
2795     public:
2796       OurFunctionPass(): callCounter(0) { }
2798       virtual runOnFunction(Function& F) {
2799         for (BasicBlock &B : F) {
2800           for (Instruction &I: B) {
2801             if (auto *CB = dyn_cast<CallBase>(&I)) {
2802               // We know we've encountered some kind of call instruction (call,
2803               // invoke, or callbr), so we need to determine if it's a call to
2804               // the function pointed to by m_func or not.
2805               if (CB->getCalledFunction() == targetFunc)
2806                 ++callCounter;
2807             }
2808           }
2809         }
2810       }
2812     private:
2813       unsigned callCounter;
2814   };
2816 .. _iterate_chains:
2818 Iterating over def-use & use-def chains
2819 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2821 Frequently, we might have an instance of the ``Value`` class (`doxygen
2822 <https://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Value.html>`__) and we want to determine
2823 which ``User``\ s use the ``Value``.  The list of all ``User``\ s of a particular
2824 ``Value`` is called a *def-use* chain.  For example, let's say we have a
2825 ``Function*`` named ``F`` to a particular function ``foo``.  Finding all of the
2826 instructions that *use* ``foo`` is as simple as iterating over the *def-use*
2827 chain of ``F``:
2829 .. code-block:: c++
2831   Function *F = ...;
2833   for (User *U : F->users()) {
2834     if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(U)) {
2835       errs() << "F is used in instruction:\n";
2836       errs() << *Inst << "\n";
2837     }
2839 Alternatively, it's common to have an instance of the ``User`` Class (`doxygen
2840 <https://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1User.html>`__) and need to know what
2841 ``Value``\ s are used by it.  The list of all ``Value``\ s used by a ``User`` is
2842 known as a *use-def* chain.  Instances of class ``Instruction`` are common
2843 ``User`` s, so we might want to iterate over all of the values that a particular
2844 instruction uses (that is, the operands of the particular ``Instruction``):
2846 .. code-block:: c++
2848   Instruction *pi = ...;
2850   for (Use &U : pi->operands()) {
2851     Value *v = U.get();
2852     // ...
2853   }
2855 Declaring objects as ``const`` is an important tool of enforcing mutation free
2856 algorithms (such as analyses, etc.).  For this purpose above iterators come in
2857 constant flavors as ``Value::const_use_iterator`` and
2858 ``Value::const_op_iterator``.  They automatically arise when calling
2859 ``use/op_begin()`` on ``const Value*``\ s or ``const User*``\ s respectively.
2860 Upon dereferencing, they return ``const Use*``\ s.  Otherwise the above patterns
2861 remain unchanged.
2863 .. _iterate_preds:
2865 Iterating over predecessors & successors of blocks
2866 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2868 Iterating over the predecessors and successors of a block is quite easy with the
2869 routines defined in ``"llvm/IR/CFG.h"``.  Just use code like this to
2870 iterate over all predecessors of BB:
2872 .. code-block:: c++
2874   #include "llvm/IR/CFG.h"
2875   BasicBlock *BB = ...;
2877   for (BasicBlock *Pred : predecessors(BB)) {
2878     // ...
2879   }
2881 Similarly, to iterate over successors use ``successors``.
2883 .. _simplechanges:
2885 Making simple changes
2886 ---------------------
2888 There are some primitive transformation operations present in the LLVM
2889 infrastructure that are worth knowing about.  When performing transformations,
2890 it's fairly common to manipulate the contents of basic blocks.  This section
2891 describes some of the common methods for doing so and gives example code.
2893 .. _schanges_creating:
2895 Creating and inserting new ``Instruction``\ s
2896 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2898 *Instantiating Instructions*
2900 Creation of ``Instruction``\ s is straight-forward: simply call the constructor
2901 for the kind of instruction to instantiate and provide the necessary parameters.
2902 For example, an ``AllocaInst`` only *requires* a (const-ptr-to) ``Type``.  Thus:
2904 .. code-block:: c++
2906   auto *ai = new AllocaInst(Type::Int32Ty);
2908 will create an ``AllocaInst`` instance that represents the allocation of one
2909 integer in the current stack frame, at run time.  Each ``Instruction`` subclass
2910 is likely to have varying default parameters which change the semantics of the
2911 instruction, so refer to the `doxygen documentation for the subclass of
2912 Instruction <https://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Instruction.html>`_ that
2913 you're interested in instantiating.
2915 *Naming values*
2917 It is very useful to name the values of instructions when you're able to, as
2918 this facilitates the debugging of your transformations.  If you end up looking
2919 at generated LLVM machine code, you definitely want to have logical names
2920 associated with the results of instructions!  By supplying a value for the
2921 ``Name`` (default) parameter of the ``Instruction`` constructor, you associate a
2922 logical name with the result of the instruction's execution at run time.  For
2923 example, say that I'm writing a transformation that dynamically allocates space
2924 for an integer on the stack, and that integer is going to be used as some kind
2925 of index by some other code.  To accomplish this, I place an ``AllocaInst`` at
2926 the first point in the first ``BasicBlock`` of some ``Function``, and I'm
2927 intending to use it within the same ``Function``.  I might do:
2929 .. code-block:: c++
2931   auto *pa = new AllocaInst(Type::Int32Ty, 0, "indexLoc");
2933 where ``indexLoc`` is now the logical name of the instruction's execution value,
2934 which is a pointer to an integer on the run time stack.
2936 *Inserting instructions*
2938 There are essentially three ways to insert an ``Instruction`` into an existing
2939 sequence of instructions that form a ``BasicBlock``:
2941 * Insertion into the instruction list of the ``BasicBlock``
2943   Given a ``BasicBlock* pb``, an ``Instruction* pi`` within that ``BasicBlock``,
2944   and a newly-created instruction we wish to insert before ``*pi``, we do the
2945   following:
2947   .. code-block:: c++
2949       BasicBlock *pb = ...;
2950       Instruction *pi = ...;
2951       auto *newInst = new Instruction(...);
2953       newInst->insertBefore(pi); // Inserts newInst before pi
2955   Appending to the end of a ``BasicBlock`` is so common that the ``Instruction``
2956   class and ``Instruction``-derived classes provide constructors which take a
2957   pointer to a ``BasicBlock`` to be appended to.  For example code that looked
2958   like:
2960   .. code-block:: c++
2962     BasicBlock *pb = ...;
2963     auto *newInst = new Instruction(...);
2965     newInst->insertInto(pb, pb->end()); // Appends newInst to pb
2967   becomes:
2969   .. code-block:: c++
2971     BasicBlock *pb = ...;
2972     auto *newInst = new Instruction(..., pb);
2974   which is much cleaner, especially if you are creating long instruction
2975   streams.
2977 * Insertion using an instance of ``IRBuilder``
2979   Inserting several ``Instruction``\ s can be quite laborious using the previous
2980   methods. The ``IRBuilder`` is a convenience class that can be used to add
2981   several instructions to the end of a ``BasicBlock`` or before a particular
2982   ``Instruction``. It also supports constant folding and renaming named
2983   registers (see ``IRBuilder``'s template arguments).
2985   The example below demonstrates a very simple use of the ``IRBuilder`` where
2986   three instructions are inserted before the instruction ``pi``. The first two
2987   instructions are Call instructions and third instruction multiplies the return
2988   value of the two calls.
2990   .. code-block:: c++
2992     Instruction *pi = ...;
2993     IRBuilder<> Builder(pi);
2994     CallInst* callOne = Builder.CreateCall(...);
2995     CallInst* callTwo = Builder.CreateCall(...);
2996     Value* result = Builder.CreateMul(callOne, callTwo);
2998   The example below is similar to the above example except that the created
2999   ``IRBuilder`` inserts instructions at the end of the ``BasicBlock`` ``pb``.
3001   .. code-block:: c++
3003     BasicBlock *pb = ...;
3004     IRBuilder<> Builder(pb);
3005     CallInst* callOne = Builder.CreateCall(...);
3006     CallInst* callTwo = Builder.CreateCall(...);
3007     Value* result = Builder.CreateMul(callOne, callTwo);
3009   See :doc:`tutorial/LangImpl03` for a practical use of the ``IRBuilder``.
3012 .. _schanges_deleting:
3014 Deleting Instructions
3015 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3017 Deleting an instruction from an existing sequence of instructions that form a
3018 BasicBlock_ is very straight-forward: just call the instruction's
3019 ``eraseFromParent()`` method.  For example:
3021 .. code-block:: c++
3023   Instruction *I = .. ;
3024   I->eraseFromParent();
3026 This unlinks the instruction from its containing basic block and deletes it.  If
3027 you'd just like to unlink the instruction from its containing basic block but
3028 not delete it, you can use the ``removeFromParent()`` method.
3030 .. _schanges_replacing:
3032 Replacing an Instruction with another Value
3033 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3035 Replacing individual instructions
3036 """""""""""""""""""""""""""""""""
3038 Including "`llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h
3039 <https://llvm.org/doxygen/BasicBlockUtils_8h_source.html>`_" permits use of two
3040 very useful replace functions: ``ReplaceInstWithValue`` and
3041 ``ReplaceInstWithInst``.
3043 .. _schanges_deleting_sub:
3045 Deleting Instructions
3046 """""""""""""""""""""
3048 * ``ReplaceInstWithValue``
3050   This function replaces all uses of a given instruction with a value, and then
3051   removes the original instruction.  The following example illustrates the
3052   replacement of the result of a particular ``AllocaInst`` that allocates memory
3053   for a single integer with a null pointer to an integer.
3055   .. code-block:: c++
3057     AllocaInst* instToReplace = ...;
3058     BasicBlock::iterator ii(instToReplace);
3060     ReplaceInstWithValue(ii, Constant::getNullValue(PointerType::getUnqual(Type::Int32Ty)));
3062 * ``ReplaceInstWithInst``
3064   This function replaces a particular instruction with another instruction,
3065   inserting the new instruction into the basic block at the location where the
3066   old instruction was, and replacing any uses of the old instruction with the
3067   new instruction.  The following example illustrates the replacement of one
3068   ``AllocaInst`` with another.
3070   .. code-block:: c++
3072     AllocaInst* instToReplace = ...;
3073     BasicBlock::iterator ii(instToReplace);
3075     ReplaceInstWithInst(instToReplace->getParent(), ii,
3076                         new AllocaInst(Type::Int32Ty, 0, "ptrToReplacedInt"));
3079 Replacing multiple uses of Users and Values
3080 """""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
3082 You can use ``Value::replaceAllUsesWith`` and ``User::replaceUsesOfWith`` to
3083 change more than one use at a time.  See the doxygen documentation for the
3084 `Value Class <https://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Value.html>`_ and `User Class
3085 <https://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1User.html>`_, respectively, for more
3086 information.
3088 .. _schanges_deletingGV:
3090 Deleting GlobalVariables
3091 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3093 Deleting a global variable from a module is just as easy as deleting an
3094 Instruction.  First, you must have a pointer to the global variable that you
3095 wish to delete.  You use this pointer to erase it from its parent, the module.
3096 For example:
3098 .. code-block:: c++
3100   GlobalVariable *GV = .. ;
3102   GV->eraseFromParent();
3105 .. _threading:
3107 Threads and LLVM
3108 ================
3110 This section describes the interaction of the LLVM APIs with multithreading,
3111 both on the part of client applications, and in the JIT, in the hosted
3112 application.
3114 Note that LLVM's support for multithreading is still relatively young.  Up
3115 through version 2.5, the execution of threaded hosted applications was
3116 supported, but not threaded client access to the APIs.  While this use case is
3117 now supported, clients *must* adhere to the guidelines specified below to ensure
3118 proper operation in multithreaded mode.
3120 Note that, on Unix-like platforms, LLVM requires the presence of GCC's atomic
3121 intrinsics in order to support threaded operation.  If you need a
3122 multithreading-capable LLVM on a platform without a suitably modern system
3123 compiler, consider compiling LLVM and LLVM-GCC in single-threaded mode, and
3124 using the resultant compiler to build a copy of LLVM with multithreading
3125 support.
3127 .. _shutdown:
3129 Ending Execution with ``llvm_shutdown()``
3130 -----------------------------------------
3132 When you are done using the LLVM APIs, you should call ``llvm_shutdown()`` to
3133 deallocate memory used for internal structures.
3135 .. _managedstatic:
3137 Lazy Initialization with ``ManagedStatic``
3138 ------------------------------------------
3140 ``ManagedStatic`` is a utility class in LLVM used to implement static
3141 initialization of static resources, such as the global type tables.  In a
3142 single-threaded environment, it implements a simple lazy initialization scheme.
3143 When LLVM is compiled with support for multi-threading, however, it uses
3144 double-checked locking to implement thread-safe lazy initialization.
3146 .. _llvmcontext:
3148 Achieving Isolation with ``LLVMContext``
3149 ----------------------------------------
3151 ``LLVMContext`` is an opaque class in the LLVM API which clients can use to
3152 operate multiple, isolated instances of LLVM concurrently within the same
3153 address space.  For instance, in a hypothetical compile-server, the compilation
3154 of an individual translation unit is conceptually independent from all the
3155 others, and it would be desirable to be able to compile incoming translation
3156 units concurrently on independent server threads.  Fortunately, ``LLVMContext``
3157 exists to enable just this kind of scenario!
3159 Conceptually, ``LLVMContext`` provides isolation.  Every LLVM entity
3160 (``Module``\ s, ``Value``\ s, ``Type``\ s, ``Constant``\ s, etc.) in LLVM's
3161 in-memory IR belongs to an ``LLVMContext``.  Entities in different contexts
3162 *cannot* interact with each other: ``Module``\ s in different contexts cannot be
3163 linked together, ``Function``\ s cannot be added to ``Module``\ s in different
3164 contexts, etc.  What this means is that is safe to compile on multiple
3165 threads simultaneously, as long as no two threads operate on entities within the
3166 same context.
3168 In practice, very few places in the API require the explicit specification of a
3169 ``LLVMContext``, other than the ``Type`` creation/lookup APIs.  Because every
3170 ``Type`` carries a reference to its owning context, most other entities can
3171 determine what context they belong to by looking at their own ``Type``.  If you
3172 are adding new entities to LLVM IR, please try to maintain this interface
3173 design.
3175 .. _jitthreading:
3177 Threads and the JIT
3178 -------------------
3180 LLVM's "eager" JIT compiler is safe to use in threaded programs.  Multiple
3181 threads can call ``ExecutionEngine::getPointerToFunction()`` or
3182 ``ExecutionEngine::runFunction()`` concurrently, and multiple threads can run
3183 code output by the JIT concurrently.  The user must still ensure that only one
3184 thread accesses IR in a given ``LLVMContext`` while another thread might be
3185 modifying it.  One way to do that is to always hold the JIT lock while accessing
3186 IR outside the JIT (the JIT *modifies* the IR by adding ``CallbackVH``\ s).
3187 Another way is to only call ``getPointerToFunction()`` from the
3188 ``LLVMContext``'s thread.
3190 When the JIT is configured to compile lazily (using
3191 ``ExecutionEngine::DisableLazyCompilation(false)``), there is currently a `race
3192 condition <https://bugs.llvm.org/show_bug.cgi?id=5184>`_ in updating call sites
3193 after a function is lazily-jitted.  It's still possible to use the lazy JIT in a
3194 threaded program if you ensure that only one thread at a time can call any
3195 particular lazy stub and that the JIT lock guards any IR access, but we suggest
3196 using only the eager JIT in threaded programs.
3198 .. _advanced:
3200 Advanced Topics
3201 ===============
3203 This section describes some of the advanced or obscure API's that most clients
3204 do not need to be aware of.  These API's tend manage the inner workings of the
3205 LLVM system, and only need to be accessed in unusual circumstances.
3207 .. _SymbolTable:
3209 The ``ValueSymbolTable`` class
3210 ------------------------------
3212 The ``ValueSymbolTable`` (`doxygen
3213 <https://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1ValueSymbolTable.html>`__) class provides
3214 a symbol table that the :ref:`Function <c_Function>` and Module_ classes use for
3215 naming value definitions.  The symbol table can provide a name for any Value_.
3217 Note that the ``SymbolTable`` class should not be directly accessed by most
3218 clients.  It should only be used when iteration over the symbol table names
3219 themselves are required, which is very special purpose.  Note that not all LLVM
3220 Value_\ s have names, and those without names (i.e. they have an empty name) do
3221 not exist in the symbol table.
3223 Symbol tables support iteration over the values in the symbol table with
3224 ``begin/end/iterator`` and supports querying to see if a specific name is in the
3225 symbol table (with ``lookup``).  The ``ValueSymbolTable`` class exposes no
3226 public mutator methods, instead, simply call ``setName`` on a value, which will
3227 autoinsert it into the appropriate symbol table.
3229 .. _UserLayout:
3231 The ``User`` and owned ``Use`` classes' memory layout
3232 -----------------------------------------------------
3234 The ``User`` (`doxygen <https://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1User.html>`__)
3235 class provides a basis for expressing the ownership of ``User`` towards other
3236 `Value instance <https://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Value.html>`_\ s.  The
3237 ``Use`` (`doxygen <https://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Use.html>`__) helper
3238 class is employed to do the bookkeeping and to facilitate *O(1)* addition and
3239 removal.
3241 .. _Use2User:
3243 Interaction and relationship between ``User`` and ``Use`` objects
3244 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3246 A subclass of ``User`` can choose between incorporating its ``Use`` objects or
3247 refer to them out-of-line by means of a pointer.  A mixed variant (some ``Use``
3248 s inline others hung off) is impractical and breaks the invariant that the
3249 ``Use`` objects belonging to the same ``User`` form a contiguous array.
3251 We have 2 different layouts in the ``User`` (sub)classes:
3253 * Layout a)
3255   The ``Use`` object(s) are inside (resp. at fixed offset) of the ``User``
3256   object and there are a fixed number of them.
3258 * Layout b)
3260   The ``Use`` object(s) are referenced by a pointer to an array from the
3261   ``User`` object and there may be a variable number of them.
3263 As of v2.4 each layout still possesses a direct pointer to the start of the
3264 array of ``Use``\ s.  Though not mandatory for layout a), we stick to this
3265 redundancy for the sake of simplicity.  The ``User`` object also stores the
3266 number of ``Use`` objects it has. (Theoretically this information can also be
3267 calculated given the scheme presented below.)
3269 Special forms of allocation operators (``operator new``) enforce the following
3270 memory layouts:
3272 * Layout a) is modelled by prepending the ``User`` object by the ``Use[]``
3273   array.
3275   .. code-block:: none
3277     ...---.---.---.---.-------...
3278       | P | P | P | P | User
3279     '''---'---'---'---'-------'''
3281 * Layout b) is modelled by pointing at the ``Use[]`` array.
3283   .. code-block:: none
3285     .-------...
3286     | User
3287     '-------'''
3288         |
3289         v
3290         .---.---.---.---...
3291         | P | P | P | P |
3292         '---'---'---'---'''
3294 *(In the above figures* '``P``' *stands for the* ``Use**`` *that is stored in
3295 each* ``Use`` *object in the member* ``Use::Prev`` *)*
3297 .. _polymorphism:
3299 Designing Type Hierarchies and Polymorphic Interfaces
3300 -----------------------------------------------------
3302 There are two different design patterns that tend to result in the use of
3303 virtual dispatch for methods in a type hierarchy in C++ programs. The first is
3304 a genuine type hierarchy where different types in the hierarchy model
3305 a specific subset of the functionality and semantics, and these types nest
3306 strictly within each other. Good examples of this can be seen in the ``Value``
3307 or ``Type`` type hierarchies.
3309 A second is the desire to dispatch dynamically across a collection of
3310 polymorphic interface implementations. This latter use case can be modeled with
3311 virtual dispatch and inheritance by defining an abstract interface base class
3312 which all implementations derive from and override. However, this
3313 implementation strategy forces an **"is-a"** relationship to exist that is not
3314 actually meaningful. There is often not some nested hierarchy of useful
3315 generalizations which code might interact with and move up and down. Instead,
3316 there is a singular interface which is dispatched across a range of
3317 implementations.
3319 The preferred implementation strategy for the second use case is that of
3320 generic programming (sometimes called "compile-time duck typing" or "static
3321 polymorphism"). For example, a template over some type parameter ``T`` can be
3322 instantiated across any particular implementation that conforms to the
3323 interface or *concept*. A good example here is the highly generic properties of
3324 any type which models a node in a directed graph. LLVM models these primarily
3325 through templates and generic programming. Such templates include the
3326 ``LoopInfoBase`` and ``DominatorTreeBase``. When this type of polymorphism
3327 truly needs **dynamic** dispatch you can generalize it using a technique
3328 called *concept-based polymorphism*. This pattern emulates the interfaces and
3329 behaviors of templates using a very limited form of virtual dispatch for type
3330 erasure inside its implementation. You can find examples of this technique in
3331 the ``PassManager.h`` system, and there is a more detailed introduction to it
3332 by Sean Parent in several of his talks and papers:
3334 #. `Inheritance Is The Base Class of Evil
3335    <http://channel9.msdn.com/Events/GoingNative/2013/Inheritance-Is-The-Base-Class-of-Evil>`_
3336    - The GoingNative 2013 talk describing this technique, and probably the best
3337    place to start.
3338 #. `Value Semantics and Concepts-based Polymorphism
3339    <http://www.youtube.com/watch?v=_BpMYeUFXv8>`_ - The C++Now! 2012 talk
3340    describing this technique in more detail.
3341 #. `Sean Parent's Papers and Presentations
3342    <http://github.com/sean-parent/sean-parent.github.com/wiki/Papers-and-Presentations>`_
3343    - A GitHub project full of links to slides, video, and sometimes code.
3345 When deciding between creating a type hierarchy (with either tagged or virtual
3346 dispatch) and using templates or concepts-based polymorphism, consider whether
3347 there is some refinement of an abstract base class which is a semantically
3348 meaningful type on an interface boundary. If anything more refined than the
3349 root abstract interface is meaningless to talk about as a partial extension of
3350 the semantic model, then your use case likely fits better with polymorphism and
3351 you should avoid using virtual dispatch. However, there may be some exigent
3352 circumstances that require one technique or the other to be used.
3354 If you do need to introduce a type hierarchy, we prefer to use explicitly
3355 closed type hierarchies with manual tagged dispatch and/or RTTI rather than the
3356 open inheritance model and virtual dispatch that is more common in C++ code.
3357 This is because LLVM rarely encourages library consumers to extend its core
3358 types, and leverages the closed and tag-dispatched nature of its hierarchies to
3359 generate significantly more efficient code. We have also found that a large
3360 amount of our usage of type hierarchies fits better with tag-based pattern
3361 matching rather than dynamic dispatch across a common interface. Within LLVM we
3362 have built custom helpers to facilitate this design. See this document's
3363 section on :ref:`isa and dyn_cast <isa>` and our :doc:`detailed document
3364 <HowToSetUpLLVMStyleRTTI>` which describes how you can implement this
3365 pattern for use with the LLVM helpers.
3367 .. _abi_breaking_checks:
3369 ABI Breaking Checks
3370 -------------------
3372 Checks and asserts that alter the LLVM C++ ABI are predicated on the
3373 preprocessor symbol `LLVM_ENABLE_ABI_BREAKING_CHECKS` -- LLVM
3374 libraries built with `LLVM_ENABLE_ABI_BREAKING_CHECKS` are not ABI
3375 compatible LLVM libraries built without it defined.  By default,
3376 turning on assertions also turns on `LLVM_ENABLE_ABI_BREAKING_CHECKS`
3377 so a default +Asserts build is not ABI compatible with a
3378 default -Asserts build.  Clients that want ABI compatibility
3379 between +Asserts and -Asserts builds should use the CMake build system
3380 to set `LLVM_ENABLE_ABI_BREAKING_CHECKS` independently
3381 of `LLVM_ENABLE_ASSERTIONS`.
3383 .. _coreclasses:
3385 The Core LLVM Class Hierarchy Reference
3386 =======================================
3388 ``#include "llvm/IR/Type.h"``
3390 header source: `Type.h <https://llvm.org/doxygen/Type_8h_source.html>`_
3392 doxygen info: `Type Classes <https://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Type.html>`_
3394 The Core LLVM classes are the primary means of representing the program being
3395 inspected or transformed.  The core LLVM classes are defined in header files in
3396 the ``include/llvm/IR`` directory, and implemented in the ``lib/IR``
3397 directory. It's worth noting that, for historical reasons, this library is
3398 called ``libLLVMCore.so``, not ``libLLVMIR.so`` as you might expect.
3400 .. _Type:
3402 The Type class and Derived Types
3403 --------------------------------
3405 ``Type`` is a superclass of all type classes.  Every ``Value`` has a ``Type``.
3406 ``Type`` cannot be instantiated directly but only through its subclasses.
3407 Certain primitive types (``VoidType``, ``LabelType``, ``FloatType`` and
3408 ``DoubleType``) have hidden subclasses.  They are hidden because they offer no
3409 useful functionality beyond what the ``Type`` class offers except to distinguish
3410 themselves from other subclasses of ``Type``.
3412 All other types are subclasses of ``DerivedType``.  Types can be named, but this
3413 is not a requirement.  There exists exactly one instance of a given shape at any
3414 one time.  This allows type equality to be performed with address equality of
3415 the Type Instance.  That is, given two ``Type*`` values, the types are identical
3416 if the pointers are identical.
3418 .. _m_Type:
3420 Important Public Methods
3421 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3423 * ``bool isIntegerTy() const``: Returns true for any integer type.
3425 * ``bool isFloatingPointTy()``: Return true if this is one of the five
3426   floating point types.
3428 * ``bool isSized()``: Return true if the type has known size.  Things
3429   that don't have a size are abstract types, labels and void.
3431 .. _derivedtypes:
3433 Important Derived Types
3434 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3436 ``IntegerType``
3437   Subclass of DerivedType that represents integer types of any bit width.  Any
3438   bit width between ``IntegerType::MIN_INT_BITS`` (1) and
3439   ``IntegerType::MAX_INT_BITS`` (~8 million) can be represented.
3441   * ``static const IntegerType* get(unsigned NumBits)``: get an integer
3442     type of a specific bit width.
3444   * ``unsigned getBitWidth() const``: Get the bit width of an integer type.
3446 ``SequentialType``
3447   This is subclassed by ArrayType and VectorType.
3449   * ``const Type * getElementType() const``: Returns the type of each
3450     of the elements in the sequential type.
3452   * ``uint64_t getNumElements() const``: Returns the number of elements
3453     in the sequential type.
3455 ``ArrayType``
3456   This is a subclass of SequentialType and defines the interface for array
3457   types.
3459 ``PointerType``
3460   Subclass of Type for pointer types.
3462 ``VectorType``
3463   Subclass of SequentialType for vector types.  A vector type is similar to an
3464   ArrayType but is distinguished because it is a first class type whereas
3465   ArrayType is not.  Vector types are used for vector operations and are usually
3466   small vectors of an integer or floating point type.
3468 ``StructType``
3469   Subclass of DerivedTypes for struct types.
3471 .. _FunctionType:
3473 ``FunctionType``
3474   Subclass of DerivedTypes for function types.
3476   * ``bool isVarArg() const``: Returns true if it's a vararg function.
3478   * ``const Type * getReturnType() const``: Returns the return type of the
3479     function.
3481   * ``const Type * getParamType (unsigned i)``: Returns the type of the ith
3482     parameter.
3484   * ``const unsigned getNumParams() const``: Returns the number of formal
3485     parameters.
3487 .. _Module:
3489 The ``Module`` class
3490 --------------------
3492 ``#include "llvm/IR/Module.h"``
3494 header source: `Module.h <https://llvm.org/doxygen/Module_8h_source.html>`_
3496 doxygen info: `Module Class <https://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Module.html>`_
3498 The ``Module`` class represents the top level structure present in LLVM
3499 programs.  An LLVM module is effectively either a translation unit of the
3500 original program or a combination of several translation units merged by the
3501 linker.  The ``Module`` class keeps track of a list of :ref:`Function
3502 <c_Function>`\ s, a list of GlobalVariable_\ s, and a SymbolTable_.
3503 Additionally, it contains a few helpful member functions that try to make common
3504 operations easy.
3506 .. _m_Module:
3508 Important Public Members of the ``Module`` class
3509 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3511 * ``Module::Module(std::string name = "")``
3513   Constructing a Module_ is easy.  You can optionally provide a name for it
3514   (probably based on the name of the translation unit).
3516 * | ``Module::iterator`` - Typedef for function list iterator
3517   | ``Module::const_iterator`` - Typedef for const_iterator.
3518   | ``begin()``, ``end()``, ``size()``, ``empty()``
3520   These are forwarding methods that make it easy to access the contents of a
3521   ``Module`` object's :ref:`Function <c_Function>` list.
3523 * ``Module::FunctionListType &getFunctionList()``
3525   Returns the list of :ref:`Function <c_Function>`\ s.  This is necessary to use
3526   when you need to update the list or perform a complex action that doesn't have
3527   a forwarding method.
3529 ----------------
3531 * | ``Module::global_iterator`` - Typedef for global variable list iterator
3532   | ``Module::const_global_iterator`` - Typedef for const_iterator.
3533   | ``Module::insertGlobalVariable()`` - Inserts a global variable to the list.
3534   | ``Module::removeGlobalVariable()`` - Removes a global variable from the list.
3535   | ``Module::eraseGlobalVariable()`` - Removes a global variable from the list and deletes it.
3536   | ``global_begin()``, ``global_end()``, ``global_size()``, ``global_empty()``
3538   These are forwarding methods that make it easy to access the contents of a
3539   ``Module`` object's GlobalVariable_ list.
3541 ----------------
3543 * ``SymbolTable *getSymbolTable()``
3545   Return a reference to the SymbolTable_ for this ``Module``.
3547 ----------------
3549 * ``Function *getFunction(StringRef Name) const``
3551   Look up the specified function in the ``Module`` SymbolTable_.  If it does not
3552   exist, return ``null``.
3554 * ``FunctionCallee getOrInsertFunction(const std::string &Name,
3555   const FunctionType *T)``
3557   Look up the specified function in the ``Module`` SymbolTable_.  If
3558   it does not exist, add an external declaration for the function and
3559   return it. Note that the function signature already present may not
3560   match the requested signature. Thus, in order to enable the common
3561   usage of passing the result directly to EmitCall, the return type is
3562   a struct of ``{FunctionType *T, Constant *FunctionPtr}``, rather
3563   than simply the ``Function*`` with potentially an unexpected
3564   signature.
3566 * ``std::string getTypeName(const Type *Ty)``
3568   If there is at least one entry in the SymbolTable_ for the specified Type_,
3569   return it.  Otherwise return the empty string.
3571 * ``bool addTypeName(const std::string &Name, const Type *Ty)``
3573   Insert an entry in the SymbolTable_ mapping ``Name`` to ``Ty``.  If there is
3574   already an entry for this name, true is returned and the SymbolTable_ is not
3575   modified.
3577 .. _Value:
3579 The ``Value`` class
3580 -------------------
3582 ``#include "llvm/IR/Value.h"``
3584 header source: `Value.h <https://llvm.org/doxygen/Value_8h_source.html>`_
3586 doxygen info: `Value Class <https://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Value.html>`_
3588 The ``Value`` class is the most important class in the LLVM Source base.  It
3589 represents a typed value that may be used (among other things) as an operand to
3590 an instruction.  There are many different types of ``Value``\ s, such as
3591 Constant_\ s, Argument_\ s.  Even Instruction_\ s and :ref:`Function
3592 <c_Function>`\ s are ``Value``\ s.
3594 A particular ``Value`` may be used many times in the LLVM representation for a
3595 program.  For example, an incoming argument to a function (represented with an
3596 instance of the Argument_ class) is "used" by every instruction in the function
3597 that references the argument.  To keep track of this relationship, the ``Value``
3598 class keeps a list of all of the ``User``\ s that is using it (the User_ class
3599 is a base class for all nodes in the LLVM graph that can refer to ``Value``\ s).
3600 This use list is how LLVM represents def-use information in the program, and is
3601 accessible through the ``use_*`` methods, shown below.
3603 Because LLVM is a typed representation, every LLVM ``Value`` is typed, and this
3604 Type_ is available through the ``getType()`` method.  In addition, all LLVM
3605 values can be named.  The "name" of the ``Value`` is a symbolic string printed
3606 in the LLVM code:
3608 .. code-block:: llvm
3610   %foo = add i32 1, 2
3612 .. _nameWarning:
3614 The name of this instruction is "foo". **NOTE** that the name of any value may
3615 be missing (an empty string), so names should **ONLY** be used for debugging
3616 (making the source code easier to read, debugging printouts), they should not be
3617 used to keep track of values or map between them.  For this purpose, use a
3618 ``std::map`` of pointers to the ``Value`` itself instead.
3620 One important aspect of LLVM is that there is no distinction between an SSA
3621 variable and the operation that produces it.  Because of this, any reference to
3622 the value produced by an instruction (or the value available as an incoming
3623 argument, for example) is represented as a direct pointer to the instance of the
3624 class that represents this value.  Although this may take some getting used to,
3625 it simplifies the representation and makes it easier to manipulate.
3627 .. _m_Value:
3629 Important Public Members of the ``Value`` class
3630 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3632 * | ``Value::use_iterator`` - Typedef for iterator over the use-list
3633   | ``Value::const_use_iterator`` - Typedef for const_iterator over the
3634     use-list
3635   | ``unsigned use_size()`` - Returns the number of users of the value.
3636   | ``bool use_empty()`` - Returns true if there are no users.
3637   | ``use_iterator use_begin()`` - Get an iterator to the start of the
3638     use-list.
3639   | ``use_iterator use_end()`` - Get an iterator to the end of the use-list.
3640   | ``User *use_back()`` - Returns the last element in the list.
3642   These methods are the interface to access the def-use information in LLVM.
3643   As with all other iterators in LLVM, the naming conventions follow the
3644   conventions defined by the STL_.
3646 * ``Type *getType() const``
3647   This method returns the Type of the Value.
3649 * | ``bool hasName() const``
3650   | ``std::string getName() const``
3651   | ``void setName(const std::string &Name)``
3653   This family of methods is used to access and assign a name to a ``Value``, be
3654   aware of the :ref:`precaution above <nameWarning>`.
3656 * ``void replaceAllUsesWith(Value *V)``
3658   This method traverses the use list of a ``Value`` changing all User_\ s of the
3659   current value to refer to "``V``" instead.  For example, if you detect that an
3660   instruction always produces a constant value (for example through constant
3661   folding), you can replace all uses of the instruction with the constant like
3662   this:
3664   .. code-block:: c++
3666     Inst->replaceAllUsesWith(ConstVal);
3668 .. _User:
3670 The ``User`` class
3671 ------------------
3673 ``#include "llvm/IR/User.h"``
3675 header source: `User.h <https://llvm.org/doxygen/User_8h_source.html>`_
3677 doxygen info: `User Class <https://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1User.html>`_
3679 Superclass: Value_
3681 The ``User`` class is the common base class of all LLVM nodes that may refer to
3682 ``Value``\ s.  It exposes a list of "Operands" that are all of the ``Value``\ s
3683 that the User is referring to.  The ``User`` class itself is a subclass of
3684 ``Value``.
3686 The operands of a ``User`` point directly to the LLVM ``Value`` that it refers
3687 to.  Because LLVM uses Static Single Assignment (SSA) form, there can only be
3688 one definition referred to, allowing this direct connection.  This connection
3689 provides the use-def information in LLVM.
3691 .. _m_User:
3693 Important Public Members of the ``User`` class
3694 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3696 The ``User`` class exposes the operand list in two ways: through an index access
3697 interface and through an iterator based interface.
3699 * | ``Value *getOperand(unsigned i)``
3700   | ``unsigned getNumOperands()``
3702   These two methods expose the operands of the ``User`` in a convenient form for
3703   direct access.
3705 * | ``User::op_iterator`` - Typedef for iterator over the operand list
3706   | ``op_iterator op_begin()`` - Get an iterator to the start of the operand
3707     list.
3708   | ``op_iterator op_end()`` - Get an iterator to the end of the operand list.
3710   Together, these methods make up the iterator based interface to the operands
3711   of a ``User``.
3714 .. _Instruction:
3716 The ``Instruction`` class
3717 -------------------------
3719 ``#include "llvm/IR/Instruction.h"``
3721 header source: `Instruction.h
3722 <https://llvm.org/doxygen/Instruction_8h_source.html>`_
3724 doxygen info: `Instruction Class
3725 <https://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Instruction.html>`_
3727 Superclasses: User_, Value_
3729 The ``Instruction`` class is the common base class for all LLVM instructions.
3730 It provides only a few methods, but is a very commonly used class.  The primary
3731 data tracked by the ``Instruction`` class itself is the opcode (instruction
3732 type) and the parent BasicBlock_ the ``Instruction`` is embedded into.  To
3733 represent a specific type of instruction, one of many subclasses of
3734 ``Instruction`` are used.
3736 Because the ``Instruction`` class subclasses the User_ class, its operands can
3737 be accessed in the same way as for other ``User``\ s (with the
3738 ``getOperand()``/``getNumOperands()`` and ``op_begin()``/``op_end()`` methods).
3739 An important file for the ``Instruction`` class is the ``llvm/Instruction.def``
3740 file.  This file contains some meta-data about the various different types of
3741 instructions in LLVM.  It describes the enum values that are used as opcodes
3742 (for example ``Instruction::Add`` and ``Instruction::ICmp``), as well as the
3743 concrete sub-classes of ``Instruction`` that implement the instruction (for
3744 example BinaryOperator_ and CmpInst_).  Unfortunately, the use of macros in this
3745 file confuses doxygen, so these enum values don't show up correctly in the
3746 `doxygen output <https://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Instruction.html>`_.
3748 .. _s_Instruction:
3750 Important Subclasses of the ``Instruction`` class
3751 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3753 .. _BinaryOperator:
3755 * ``BinaryOperator``
3757   This subclasses represents all two operand instructions whose operands must be
3758   the same type, except for the comparison instructions.
3760 .. _CastInst:
3762 * ``CastInst``
3763   This subclass is the parent of the 12 casting instructions.  It provides
3764   common operations on cast instructions.
3766 .. _CmpInst:
3768 * ``CmpInst``
3770   This subclass represents the two comparison instructions,
3771   `ICmpInst <LangRef.html#i_icmp>`_ (integer operands), and
3772   `FCmpInst <LangRef.html#i_fcmp>`_ (floating point operands).
3774 .. _m_Instruction:
3776 Important Public Members of the ``Instruction`` class
3777 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3779 * ``BasicBlock *getParent()``
3781   Returns the BasicBlock_ that this
3782   ``Instruction`` is embedded into.
3784 * ``bool mayWriteToMemory()``
3786   Returns true if the instruction writes to memory, i.e. it is a ``call``,
3787   ``free``, ``invoke``, or ``store``.
3789 * ``unsigned getOpcode()``
3791   Returns the opcode for the ``Instruction``.
3793 * ``Instruction *clone() const``
3795   Returns another instance of the specified instruction, identical in all ways
3796   to the original except that the instruction has no parent (i.e. it's not
3797   embedded into a BasicBlock_), and it has no name.
3799 .. _Constant:
3801 The ``Constant`` class and subclasses
3802 -------------------------------------
3804 Constant represents a base class for different types of constants.  It is
3805 subclassed by ConstantInt, ConstantArray, etc. for representing the various
3806 types of Constants.  GlobalValue_ is also a subclass, which represents the
3807 address of a global variable or function.
3809 .. _s_Constant:
3811 Important Subclasses of Constant
3812 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3814 * ConstantInt : This subclass of Constant represents an integer constant of
3815   any width.
3817   * ``const APInt& getValue() const``: Returns the underlying
3818     value of this constant, an APInt value.
3820   * ``int64_t getSExtValue() const``: Converts the underlying APInt value to an
3821     int64_t via sign extension.  If the value (not the bit width) of the APInt
3822     is too large to fit in an int64_t, an assertion will result.  For this
3823     reason, use of this method is discouraged.
3825   * ``uint64_t getZExtValue() const``: Converts the underlying APInt value
3826     to a uint64_t via zero extension.  IF the value (not the bit width) of the
3827     APInt is too large to fit in a uint64_t, an assertion will result.  For this
3828     reason, use of this method is discouraged.
3830   * ``static ConstantInt* get(const APInt& Val)``: Returns the ConstantInt
3831     object that represents the value provided by ``Val``.  The type is implied
3832     as the IntegerType that corresponds to the bit width of ``Val``.
3834   * ``static ConstantInt* get(const Type *Ty, uint64_t Val)``: Returns the
3835     ConstantInt object that represents the value provided by ``Val`` for integer
3836     type ``Ty``.
3838 * ConstantFP : This class represents a floating point constant.
3840   * ``double getValue() const``: Returns the underlying value of this constant.
3842 * ConstantArray : This represents a constant array.
3844   * ``const std::vector<Use> &getValues() const``: Returns a vector of
3845     component constants that makeup this array.
3847 * ConstantStruct : This represents a constant struct.
3849   * ``const std::vector<Use> &getValues() const``: Returns a vector of
3850     component constants that makeup this array.
3852 * GlobalValue : This represents either a global variable or a function.  In
3853   either case, the value is a constant fixed address (after linking).
3855 .. _GlobalValue:
3857 The ``GlobalValue`` class
3858 -------------------------
3860 ``#include "llvm/IR/GlobalValue.h"``
3862 header source: `GlobalValue.h
3863 <https://llvm.org/doxygen/GlobalValue_8h_source.html>`_
3865 doxygen info: `GlobalValue Class
3866 <https://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1GlobalValue.html>`_
3868 Superclasses: Constant_, User_, Value_
3870 Global values ( GlobalVariable_\ s or :ref:`Function <c_Function>`\ s) are the
3871 only LLVM values that are visible in the bodies of all :ref:`Function
3872 <c_Function>`\ s.  Because they are visible at global scope, they are also
3873 subject to linking with other globals defined in different translation units.
3874 To control the linking process, ``GlobalValue``\ s know their linkage rules.
3875 Specifically, ``GlobalValue``\ s know whether they have internal or external
3876 linkage, as defined by the ``LinkageTypes`` enumeration.
3878 If a ``GlobalValue`` has internal linkage (equivalent to being ``static`` in C),
3879 it is not visible to code outside the current translation unit, and does not
3880 participate in linking.  If it has external linkage, it is visible to external
3881 code, and does participate in linking.  In addition to linkage information,
3882 ``GlobalValue``\ s keep track of which Module_ they are currently part of.
3884 Because ``GlobalValue``\ s are memory objects, they are always referred to by
3885 their **address**.  As such, the Type_ of a global is always a pointer to its
3886 contents.  It is important to remember this when using the ``GetElementPtrInst``
3887 instruction because this pointer must be dereferenced first.  For example, if
3888 you have a ``GlobalVariable`` (a subclass of ``GlobalValue)`` that is an array
3889 of 24 ints, type ``[24 x i32]``, then the ``GlobalVariable`` is a pointer to
3890 that array.  Although the address of the first element of this array and the
3891 value of the ``GlobalVariable`` are the same, they have different types.  The
3892 ``GlobalVariable``'s type is ``[24 x i32]``.  The first element's type is
3893 ``i32.`` Because of this, accessing a global value requires you to dereference
3894 the pointer with ``GetElementPtrInst`` first, then its elements can be accessed.
3895 This is explained in the `LLVM Language Reference Manual
3896 <LangRef.html#globalvars>`_.
3898 .. _m_GlobalValue:
3900 Important Public Members of the ``GlobalValue`` class
3901 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3903 * | ``bool hasInternalLinkage() const``
3904   | ``bool hasExternalLinkage() const``
3905   | ``void setInternalLinkage(bool HasInternalLinkage)``
3907   These methods manipulate the linkage characteristics of the ``GlobalValue``.
3909 * ``Module *getParent()``
3911   This returns the Module_ that the
3912   GlobalValue is currently embedded into.
3914 .. _c_Function:
3916 The ``Function`` class
3917 ----------------------
3919 ``#include "llvm/IR/Function.h"``
3921 header source: `Function.h <https://llvm.org/doxygen/Function_8h_source.html>`_
3923 doxygen info: `Function Class
3924 <https://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Function.html>`_
3926 Superclasses: GlobalValue_, Constant_, User_, Value_
3928 The ``Function`` class represents a single procedure in LLVM.  It is actually
3929 one of the more complex classes in the LLVM hierarchy because it must keep track
3930 of a large amount of data.  The ``Function`` class keeps track of a list of
3931 BasicBlock_\ s, a list of formal Argument_\ s, and a SymbolTable_.
3933 The list of BasicBlock_\ s is the most commonly used part of ``Function``
3934 objects.  The list imposes an implicit ordering of the blocks in the function,
3935 which indicate how the code will be laid out by the backend.  Additionally, the
3936 first BasicBlock_ is the implicit entry node for the ``Function``.  It is not
3937 legal in LLVM to explicitly branch to this initial block.  There are no implicit
3938 exit nodes, and in fact there may be multiple exit nodes from a single
3939 ``Function``.  If the BasicBlock_ list is empty, this indicates that the
3940 ``Function`` is actually a function declaration: the actual body of the function
3941 hasn't been linked in yet.
3943 In addition to a list of BasicBlock_\ s, the ``Function`` class also keeps track
3944 of the list of formal Argument_\ s that the function receives.  This container
3945 manages the lifetime of the Argument_ nodes, just like the BasicBlock_ list does
3946 for the BasicBlock_\ s.
3948 The SymbolTable_ is a very rarely used LLVM feature that is only used when you
3949 have to look up a value by name.  Aside from that, the SymbolTable_ is used
3950 internally to make sure that there are not conflicts between the names of
3951 Instruction_\ s, BasicBlock_\ s, or Argument_\ s in the function body.
3953 Note that ``Function`` is a GlobalValue_ and therefore also a Constant_.  The
3954 value of the function is its address (after linking) which is guaranteed to be
3955 constant.
3957 .. _m_Function:
3959 Important Public Members of the ``Function``
3960 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3962 * ``Function(const FunctionType *Ty, LinkageTypes Linkage,
3963   const std::string &N = "", Module* Parent = 0)``
3965   Constructor used when you need to create new ``Function``\ s to add the
3966   program.  The constructor must specify the type of the function to create and
3967   what type of linkage the function should have.  The FunctionType_ argument
3968   specifies the formal arguments and return value for the function.  The same
3969   FunctionType_ value can be used to create multiple functions.  The ``Parent``
3970   argument specifies the Module in which the function is defined.  If this
3971   argument is provided, the function will automatically be inserted into that
3972   module's list of functions.
3974 * ``bool isDeclaration()``
3976   Return whether or not the ``Function`` has a body defined.  If the function is
3977   "external", it does not have a body, and thus must be resolved by linking with
3978   a function defined in a different translation unit.
3980 * | ``Function::iterator`` - Typedef for basic block list iterator
3981   | ``Function::const_iterator`` - Typedef for const_iterator.
3982   | ``begin()``, ``end()``, ``size()``, ``empty()``, ``insert()``,
3983     ``splice()``, ``erase()``
3985   These are forwarding methods that make it easy to access the contents of a
3986   ``Function`` object's BasicBlock_ list.
3988 * | ``Function::arg_iterator`` - Typedef for the argument list iterator
3989   | ``Function::const_arg_iterator`` - Typedef for const_iterator.
3990   | ``arg_begin()``, ``arg_end()``, ``arg_size()``, ``arg_empty()``
3992   These are forwarding methods that make it easy to access the contents of a
3993   ``Function`` object's Argument_ list.
3995 * ``Function::ArgumentListType &getArgumentList()``
3997   Returns the list of Argument_.  This is necessary to use when you need to
3998   update the list or perform a complex action that doesn't have a forwarding
3999   method.
4001 * ``BasicBlock &getEntryBlock()``
4003   Returns the entry ``BasicBlock`` for the function.  Because the entry block
4004   for the function is always the first block, this returns the first block of
4005   the ``Function``.
4007 * | ``Type *getReturnType()``
4008   | ``FunctionType *getFunctionType()``
4010   This traverses the Type_ of the ``Function`` and returns the return type of
4011   the function, or the FunctionType_ of the actual function.
4013 * ``SymbolTable *getSymbolTable()``
4015   Return a pointer to the SymbolTable_ for this ``Function``.
4017 .. _GlobalVariable:
4019 The ``GlobalVariable`` class
4020 ----------------------------
4022 ``#include "llvm/IR/GlobalVariable.h"``
4024 header source: `GlobalVariable.h
4025 <https://llvm.org/doxygen/GlobalVariable_8h_source.html>`_
4027 doxygen info: `GlobalVariable Class
4028 <https://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1GlobalVariable.html>`_
4030 Superclasses: GlobalValue_, Constant_, User_, Value_
4032 Global variables are represented with the (surprise surprise) ``GlobalVariable``
4033 class.  Like functions, ``GlobalVariable``\ s are also subclasses of
4034 GlobalValue_, and as such are always referenced by their address (global values
4035 must live in memory, so their "name" refers to their constant address).  See
4036 GlobalValue_ for more on this.  Global variables may have an initial value
4037 (which must be a Constant_), and if they have an initializer, they may be marked
4038 as "constant" themselves (indicating that their contents never change at
4039 runtime).
4041 .. _m_GlobalVariable:
4043 Important Public Members of the ``GlobalVariable`` class
4044 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
4046 * ``GlobalVariable(const Type *Ty, bool isConstant, LinkageTypes &Linkage,
4047   Constant *Initializer = 0, const std::string &Name = "", Module* Parent = 0)``
4049   Create a new global variable of the specified type.  If ``isConstant`` is true
4050   then the global variable will be marked as unchanging for the program.  The
4051   Linkage parameter specifies the type of linkage (internal, external, weak,
4052   linkonce, appending) for the variable.  If the linkage is InternalLinkage,
4053   WeakAnyLinkage, WeakODRLinkage, LinkOnceAnyLinkage or LinkOnceODRLinkage, then
4054   the resultant global variable will have internal linkage.  AppendingLinkage
4055   concatenates together all instances (in different translation units) of the
4056   variable into a single variable but is only applicable to arrays.  See the
4057   `LLVM Language Reference <LangRef.html#modulestructure>`_ for further details
4058   on linkage types.  Optionally an initializer, a name, and the module to put
4059   the variable into may be specified for the global variable as well.
4061 * ``bool isConstant() const``
4063   Returns true if this is a global variable that is known not to be modified at
4064   runtime.
4066 * ``bool hasInitializer()``
4068   Returns true if this ``GlobalVariable`` has an initializer.
4070 * ``Constant *getInitializer()``
4072   Returns the initial value for a ``GlobalVariable``.  It is not legal to call
4073   this method if there is no initializer.
4075 .. _BasicBlock:
4077 The ``BasicBlock`` class
4078 ------------------------
4080 ``#include "llvm/IR/BasicBlock.h"``
4082 header source: `BasicBlock.h
4083 <https://llvm.org/doxygen/BasicBlock_8h_source.html>`_
4085 doxygen info: `BasicBlock Class
4086 <https://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1BasicBlock.html>`_
4088 Superclass: Value_
4090 This class represents a single entry single exit section of the code, commonly
4091 known as a basic block by the compiler community.  The ``BasicBlock`` class
4092 maintains a list of Instruction_\ s, which form the body of the block.  Matching
4093 the language definition, the last element of this list of instructions is always
4094 a terminator instruction.
4096 In addition to tracking the list of instructions that make up the block, the
4097 ``BasicBlock`` class also keeps track of the :ref:`Function <c_Function>` that
4098 it is embedded into.
4100 Note that ``BasicBlock``\ s themselves are Value_\ s, because they are
4101 referenced by instructions like branches and can go in the switch tables.
4102 ``BasicBlock``\ s have type ``label``.
4104 .. _m_BasicBlock:
4106 Important Public Members of the ``BasicBlock`` class
4107 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
4109 * ``BasicBlock(const std::string &Name = "", Function *Parent = 0)``
4111   The ``BasicBlock`` constructor is used to create new basic blocks for
4112   insertion into a function.  The constructor optionally takes a name for the
4113   new block, and a :ref:`Function <c_Function>` to insert it into.  If the
4114   ``Parent`` parameter is specified, the new ``BasicBlock`` is automatically
4115   inserted at the end of the specified :ref:`Function <c_Function>`, if not
4116   specified, the BasicBlock must be manually inserted into the :ref:`Function
4117   <c_Function>`.
4119 * | ``BasicBlock::iterator`` - Typedef for instruction list iterator
4120   | ``BasicBlock::const_iterator`` - Typedef for const_iterator.
4121   | ``begin()``, ``end()``, ``front()``, ``back()``,
4122     ``size()``, ``empty()``, ``splice()``
4123     STL-style functions for accessing the instruction list.
4125   These methods and typedefs are forwarding functions that have the same
4126   semantics as the standard library methods of the same names.  These methods
4127   expose the underlying instruction list of a basic block in a way that is easy
4128   to manipulate.
4130 * ``Function *getParent()``
4132   Returns a pointer to :ref:`Function <c_Function>` the block is embedded into,
4133   or a null pointer if it is homeless.
4135 * ``Instruction *getTerminator()``
4137   Returns a pointer to the terminator instruction that appears at the end of the
4138   ``BasicBlock``.  If there is no terminator instruction, or if the last
4139   instruction in the block is not a terminator, then a null pointer is returned.
4141 .. _Argument:
4143 The ``Argument`` class
4144 ----------------------
4146 This subclass of Value defines the interface for incoming formal arguments to a
4147 function.  A Function maintains a list of its formal arguments.  An argument has
4148 a pointer to the parent Function.