[x86] Teach the new vector shuffle lowering to also use pmovzx for v4i32
[oota-llvm.git] / docs / TestingGuide.rst
1 =================================
2 LLVM Testing Infrastructure Guide
3 =================================
4
5 .. contents::
6    :local:
7
8 .. toctree::
9    :hidden:
10
11    TestSuiteMakefileGuide
12
13 Overview
14 ========
15
16 This document is the reference manual for the LLVM testing
17 infrastructure. It documents the structure of the LLVM testing
18 infrastructure, the tools needed to use it, and how to add and run
19 tests.
20
21 Requirements
22 ============
23
24 In order to use the LLVM testing infrastructure, you will need all of the
25 software required to build LLVM, as well as `Python <http://python.org>`_ 2.5 or
26 later.
27
28 LLVM testing infrastructure organization
29 ========================================
30
31 The LLVM testing infrastructure contains two major categories of tests:
32 regression tests and whole programs. The regression tests are contained
33 inside the LLVM repository itself under ``llvm/test`` and are expected
34 to always pass -- they should be run before every commit.
35
36 The whole programs tests are referred to as the "LLVM test suite" (or
37 "test-suite") and are in the ``test-suite`` module in subversion. For
38 historical reasons, these tests are also referred to as the "nightly
39 tests" in places, which is less ambiguous than "test-suite" and remains
40 in use although we run them much more often than nightly.
41
42 Regression tests
43 ----------------
44
45 The regression tests are small pieces of code that test a specific
46 feature of LLVM or trigger a specific bug in LLVM. The language they are
47 written in depends on the part of LLVM being tested. These tests are driven by
48 the :doc:`Lit <CommandGuide/lit>` testing tool (which is part of LLVM), and
49 are located in the ``llvm/test`` directory.
50
51 Typically when a bug is found in LLVM, a regression test containing just
52 enough code to reproduce the problem should be written and placed
53 somewhere underneath this directory. For example, it can be a small
54 piece of LLVM IR distilled from an actual application or benchmark.
55
56 ``test-suite``
57 --------------
58
59 The test suite contains whole programs, which are pieces of code which
60 can be compiled and linked into a stand-alone program that can be
61 executed. These programs are generally written in high level languages
62 such as C or C++.
63
64 These programs are compiled using a user specified compiler and set of
65 flags, and then executed to capture the program output and timing
66 information. The output of these programs is compared to a reference
67 output to ensure that the program is being compiled correctly.
68
69 In addition to compiling and executing programs, whole program tests
70 serve as a way of benchmarking LLVM performance, both in terms of the
71 efficiency of the programs generated as well as the speed with which
72 LLVM compiles, optimizes, and generates code.
73
74 The test-suite is located in the ``test-suite`` Subversion module.
75
76 Debugging Information tests
77 ---------------------------
78
79 The test suite contains tests to check quality of debugging information.
80 The test are written in C based languages or in LLVM assembly language.
81
82 These tests are compiled and run under a debugger. The debugger output
83 is checked to validate of debugging information. See README.txt in the
84 test suite for more information . This test suite is located in the
85 ``debuginfo-tests`` Subversion module.
86
87 Quick start
88 ===========
89
90 The tests are located in two separate Subversion modules. The
91 regressions tests are in the main "llvm" module under the directory
92 ``llvm/test`` (so you get these tests for free with the main LLVM tree).
93 Use ``make check-all`` to run the regression tests after building LLVM.
94
95 The more comprehensive test suite that includes whole programs in C and C++
96 is in the ``test-suite`` module. See :ref:`test-suite Quickstart
97 <test-suite-quickstart>` for more information on running these tests.
98
99 Regression tests
100 ----------------
101
102 To run all of the LLVM regression tests, use the master Makefile in the
103 ``llvm/test`` directory. LLVM Makefiles require GNU Make (read the :doc:`LLVM
104 Makefile Guide <MakefileGuide>` for more details):
105
106 .. code-block:: bash
107
108     % make -C llvm/test
109
110 or:
111
112 .. code-block:: bash
113
114     % make check
115
116 If you have `Clang <http://clang.llvm.org/>`_ checked out and built, you
117 can run the LLVM and Clang tests simultaneously using:
118
119 .. code-block:: bash
120
121     % make check-all
122
123 To run the tests with Valgrind (Memcheck by default), use the ``LIT_ARGS`` make
124 variable to pass the required options to lit. For example, you can use:
125
126 .. code-block:: bash
127
128     % make check LIT_ARGS="-v --vg --vg-leak"
129
130 to enable testing with valgrind and with leak checking enabled.
131
132 To run individual tests or subsets of tests, you can use the ``llvm-lit``
133 script which is built as part of LLVM. For example, to run the
134 ``Integer/BitPacked.ll`` test by itself you can run:
135
136 .. code-block:: bash
137
138     % llvm-lit ~/llvm/test/Integer/BitPacked.ll 
139
140 or to run all of the ARM CodeGen tests:
141
142 .. code-block:: bash
143
144     % llvm-lit ~/llvm/test/CodeGen/ARM
145
146 For more information on using the :program:`lit` tool, see ``llvm-lit --help``
147 or the :doc:`lit man page <CommandGuide/lit>`.
148
149 Debugging Information tests
150 ---------------------------
151
152 To run debugging information tests simply checkout the tests inside
153 clang/test directory.
154
155 .. code-block:: bash
156
157     % cd clang/test
158     % svn co http://llvm.org/svn/llvm-project/debuginfo-tests/trunk debuginfo-tests
159
160 These tests are already set up to run as part of clang regression tests.
161
162 Regression test structure
163 =========================
164
165 The LLVM regression tests are driven by :program:`lit` and are located in the
166 ``llvm/test`` directory.
167
168 This directory contains a large array of small tests that exercise
169 various features of LLVM and to ensure that regressions do not occur.
170 The directory is broken into several sub-directories, each focused on a
171 particular area of LLVM.
172
173 Writing new regression tests
174 ----------------------------
175
176 The regression test structure is very simple, but does require some
177 information to be set. This information is gathered via ``configure``
178 and is written to a file, ``test/lit.site.cfg`` in the build directory.
179 The ``llvm/test`` Makefile does this work for you.
180
181 In order for the regression tests to work, each directory of tests must
182 have a ``lit.local.cfg`` file. :program:`lit` looks for this file to determine
183 how to run the tests. This file is just Python code and thus is very
184 flexible, but we've standardized it for the LLVM regression tests. If
185 you're adding a directory of tests, just copy ``lit.local.cfg`` from
186 another directory to get running. The standard ``lit.local.cfg`` simply
187 specifies which files to look in for tests. Any directory that contains
188 only directories does not need the ``lit.local.cfg`` file. Read the :doc:`Lit
189 documentation <CommandGuide/lit>` for more information.
190
191 Each test file must contain lines starting with "RUN:" that tell :program:`lit`
192 how to run it. If there are no RUN lines, :program:`lit` will issue an error
193 while running a test.
194
195 RUN lines are specified in the comments of the test program using the
196 keyword ``RUN`` followed by a colon, and lastly the command (pipeline)
197 to execute. Together, these lines form the "script" that :program:`lit`
198 executes to run the test case. The syntax of the RUN lines is similar to a
199 shell's syntax for pipelines including I/O redirection and variable
200 substitution. However, even though these lines may *look* like a shell
201 script, they are not. RUN lines are interpreted by :program:`lit`.
202 Consequently, the syntax differs from shell in a few ways. You can specify
203 as many RUN lines as needed.
204
205 :program:`lit` performs substitution on each RUN line to replace LLVM tool names
206 with the full paths to the executable built for each tool (in
207 ``$(LLVM_OBJ_ROOT)/$(BuildMode)/bin)``. This ensures that :program:`lit` does
208 not invoke any stray LLVM tools in the user's path during testing.
209
210 Each RUN line is executed on its own, distinct from other lines unless
211 its last character is ``\``. This continuation character causes the RUN
212 line to be concatenated with the next one. In this way you can build up
213 long pipelines of commands without making huge line lengths. The lines
214 ending in ``\`` are concatenated until a RUN line that doesn't end in
215 ``\`` is found. This concatenated set of RUN lines then constitutes one
216 execution. :program:`lit` will substitute variables and arrange for the pipeline
217 to be executed. If any process in the pipeline fails, the entire line (and
218 test case) fails too.
219
220 Below is an example of legal RUN lines in a ``.ll`` file:
221
222 .. code-block:: llvm
223
224     ; RUN: llvm-as < %s | llvm-dis > %t1
225     ; RUN: llvm-dis < %s.bc-13 > %t2
226     ; RUN: diff %t1 %t2
227
228 As with a Unix shell, the RUN lines permit pipelines and I/O
229 redirection to be used.
230
231 There are some quoting rules that you must pay attention to when writing
232 your RUN lines. In general nothing needs to be quoted. :program:`lit` won't
233 strip off any quote characters so they will get passed to the invoked program.
234 To avoid this use curly braces to tell :program:`lit` that it should treat
235 everything enclosed as one value.
236
237 In general, you should strive to keep your RUN lines as simple as possible,
238 using them only to run tools that generate textual output you can then examine.
239 The recommended way to examine output to figure out if the test passes is using
240 the :doc:`FileCheck tool <CommandGuide/FileCheck>`. *[The usage of grep in RUN
241 lines is deprecated - please do not send or commit patches that use it.]*
242
243 Fragile tests
244 -------------
245
246 It is easy to write a fragile test that would fail spuriously if the tool being
247 tested outputs a full path to the input file.  For example, :program:`opt` by
248 default outputs a ``ModuleID``:
249
250 .. code-block:: console
251
252   $ cat example.ll
253   define i32 @main() nounwind {
254       ret i32 0
255   }
256
257   $ opt -S /path/to/example.ll
258   ; ModuleID = '/path/to/example.ll'
259
260   define i32 @main() nounwind {
261       ret i32 0
262   }
263
264 ``ModuleID`` can unexpetedly match against ``CHECK`` lines.  For example:
265
266 .. code-block:: llvm
267
268   ; RUN: opt -S %s | FileCheck
269
270   define i32 @main() nounwind {
271       ; CHECK-NOT: load
272       ret i32 0
273   }
274
275 This test will fail if placed into a ``download`` directory.
276
277 To make your tests robust, always use ``opt ... < %s`` in the RUN line.
278 :program:`opt` does not output a ``ModuleID`` when input comes from stdin.
279
280 Platform-Specific Tests
281 -----------------------
282
283 Whenever adding tests that require the knowledge of a specific platform,
284 either related to code generated, specific output or back-end features,
285 you must make sure to isolate the features, so that buildbots that
286 run on different architectures (and don't even compile all back-ends),
287 don't fail.
288
289 The first problem is to check for target-specific output, for example sizes
290 of structures, paths and architecture names, for example:
291
292 * Tests containing Windows paths will fail on Linux and vice-versa.
293 * Tests that check for ``x86_64`` somewhere in the text will fail anywhere else.
294 * Tests where the debug information calculates the size of types and structures.
295
296 Also, if the test rely on any behaviour that is coded in any back-end, it must
297 go in its own directory. So, for instance, code generator tests for ARM go
298 into ``test/CodeGen/ARM`` and so on. Those directories contain a special
299 ``lit`` configuration file that ensure all tests in that directory will
300 only run if a specific back-end is compiled and available.
301
302 For instance, on ``test/CodeGen/ARM``, the ``lit.local.cfg`` is:
303
304 .. code-block:: python
305
306   config.suffixes = ['.ll', '.c', '.cpp', '.test']
307   if not 'ARM' in config.root.targets:
308     config.unsupported = True
309
310 Other platform-specific tests are those that depend on a specific feature
311 of a specific sub-architecture, for example only to Intel chips that support ``AVX2``.
312
313 For instance, ``test/CodeGen/X86/psubus.ll`` tests three sub-architecture
314 variants:
315
316 .. code-block:: llvm
317
318   ; RUN: llc -mcpu=core2 < %s | FileCheck %s -check-prefix=SSE2
319   ; RUN: llc -mcpu=corei7-avx < %s | FileCheck %s -check-prefix=AVX1
320   ; RUN: llc -mcpu=core-avx2 < %s | FileCheck %s -check-prefix=AVX2
321
322 And the checks are different:
323
324 .. code-block:: llvm
325
326   ; SSE2: @test1
327   ; SSE2: psubusw LCPI0_0(%rip), %xmm0
328   ; AVX1: @test1
329   ; AVX1: vpsubusw LCPI0_0(%rip), %xmm0, %xmm0
330   ; AVX2: @test1
331   ; AVX2: vpsubusw LCPI0_0(%rip), %xmm0, %xmm0
332
333 So, if you're testing for a behaviour that you know is platform-specific or
334 depends on special features of sub-architectures, you must add the specific
335 triple, test with the specific FileCheck and put it into the specific
336 directory that will filter out all other architectures.
337
338
339 Substitutions
340 -------------
341
342 Besides replacing LLVM tool names the following substitutions are performed in
343 RUN lines:
344
345 ``%%``
346    Replaced by a single ``%``. This allows escaping other substitutions.
347
348 ``%s``
349    File path to the test case's source. This is suitable for passing on the
350    command line as the input to an LLVM tool.
351
352    Example: ``/home/user/llvm/test/MC/ELF/foo_test.s``
353
354 ``%S``
355    Directory path to the test case's source.
356
357    Example: ``/home/user/llvm/test/MC/ELF``
358
359 ``%t``
360    File path to a temporary file name that could be used for this test case.
361    The file name won't conflict with other test cases. You can append to it
362    if you need multiple temporaries. This is useful as the destination of
363    some redirected output.
364
365    Example: ``/home/user/llvm.build/test/MC/ELF/Output/foo_test.s.tmp``
366
367 ``%T``
368    Directory of ``%t``.
369
370    Example: ``/home/user/llvm.build/test/MC/ELF/Output``
371
372 ``%{pathsep}``
373
374    Expands to the path separator, i.e. ``:`` (or ``;`` on Windows).
375
376
377 **LLVM-specific substitutions:**
378
379 ``%shlibext``
380    The suffix for the host platforms shared library files. This includes the
381    period as the first character.
382
383    Example: ``.so`` (Linux), ``.dylib`` (OS X), ``.dll`` (Windows)
384
385 ``%exeext``
386    The suffix for the host platforms executable files. This includes the
387    period as the first character.
388
389    Example: ``.exe`` (Windows), empty on Linux.
390
391 ``%(line)``, ``%(line+<number>)``, ``%(line-<number>)``
392    The number of the line where this substitution is used, with an optional
393    integer offset. This can be used in tests with multiple RUN lines, which
394    reference test file's line numbers.
395
396
397 **Clang-specific substitutions:**
398
399 ``%clang``
400    Invokes the Clang driver.
401
402 ``%clang_cpp``
403    Invokes the Clang driver for C++.
404
405 ``%clang_cl``
406    Invokes the CL-compatible Clang driver.
407
408 ``%clangxx``
409    Invokes the G++-compatible Clang driver.
410
411 ``%clang_cc1``
412    Invokes the Clang frontend.
413
414 ``%itanium_abi_triple``, ``%ms_abi_triple``
415    These substitutions can be used to get the current target triple adjusted to
416    the desired ABI. For example, if the test suite is running with the
417    ``i686-pc-win32`` target, ``%itanium_abi_triple`` will expand to
418    ``i686-pc-mingw32``. This allows a test to run with a specific ABI without
419    constraining it to a specific triple.
420
421 To add more substituations, look at ``test/lit.cfg`` or ``lit.local.cfg``.
422
423
424 Other Features
425 --------------
426
427 To make RUN line writing easier, there are several helper programs. These
428 helpers are in the PATH when running tests, so you can just call them using
429 their name. For example:
430
431 ``not``
432    This program runs its arguments and then inverts the result code from it.
433    Zero result codes become 1. Non-zero result codes become 0.
434
435 Sometimes it is necessary to mark a test case as "expected fail" or
436 XFAIL. You can easily mark a test as XFAIL just by including ``XFAIL:``
437 on a line near the top of the file. This signals that the test case
438 should succeed if the test fails. Such test cases are counted separately
439 by the testing tool. To specify an expected fail, use the XFAIL keyword
440 in the comments of the test program followed by a colon and one or more
441 failure patterns. Each failure pattern can be either ``*`` (to specify
442 fail everywhere), or a part of a target triple (indicating the test
443 should fail on that platform), or the name of a configurable feature
444 (for example, ``loadable_module``). If there is a match, the test is
445 expected to fail. If not, the test is expected to succeed. To XFAIL
446 everywhere just specify ``XFAIL: *``. Here is an example of an ``XFAIL``
447 line:
448
449 .. code-block:: llvm
450
451     ; XFAIL: darwin,sun
452
453 To make the output more useful, :program:`lit` will scan
454 the lines of the test case for ones that contain a pattern that matches
455 ``PR[0-9]+``. This is the syntax for specifying a PR (Problem Report) number
456 that is related to the test case. The number after "PR" specifies the
457 LLVM bugzilla number. When a PR number is specified, it will be used in
458 the pass/fail reporting. This is useful to quickly get some context when
459 a test fails.
460
461 Finally, any line that contains "END." will cause the special
462 interpretation of lines to terminate. This is generally done right after
463 the last RUN: line. This has two side effects:
464
465 (a) it prevents special interpretation of lines that are part of the test
466     program, not the instructions to the test case, and
467
468 (b) it speeds things up for really big test cases by avoiding
469     interpretation of the remainder of the file.
470
471 ``test-suite`` Overview
472 =======================
473
474 The ``test-suite`` module contains a number of programs that can be
475 compiled and executed. The ``test-suite`` includes reference outputs for
476 all of the programs, so that the output of the executed program can be
477 checked for correctness.
478
479 ``test-suite`` tests are divided into three types of tests: MultiSource,
480 SingleSource, and External.
481
482 -  ``test-suite/SingleSource``
483
484    The SingleSource directory contains test programs that are only a
485    single source file in size. These are usually small benchmark
486    programs or small programs that calculate a particular value. Several
487    such programs are grouped together in each directory.
488
489 -  ``test-suite/MultiSource``
490
491    The MultiSource directory contains subdirectories which contain
492    entire programs with multiple source files. Large benchmarks and
493    whole applications go here.
494
495 -  ``test-suite/External``
496
497    The External directory contains Makefiles for building code that is
498    external to (i.e., not distributed with) LLVM. The most prominent
499    members of this directory are the SPEC 95 and SPEC 2000 benchmark
500    suites. The ``External`` directory does not contain these actual
501    tests, but only the Makefiles that know how to properly compile these
502    programs from somewhere else. When using ``LNT``, use the
503    ``--test-externals`` option to include these tests in the results.
504
505 .. _test-suite-quickstart:
506
507 ``test-suite`` Quickstart
508 -------------------------
509
510 The modern way of running the ``test-suite`` is focused on testing and
511 benchmarking complete compilers using the
512 `LNT <http://llvm.org/docs/lnt>`_ testing infrastructure.
513
514 For more information on using LNT to execute the ``test-suite``, please
515 see the `LNT Quickstart <http://llvm.org/docs/lnt/quickstart.html>`_
516 documentation.
517
518 ``test-suite`` Makefiles
519 ------------------------
520
521 Historically, the ``test-suite`` was executed using a complicated setup
522 of Makefiles. The LNT based approach above is recommended for most
523 users, but there are some testing scenarios which are not supported by
524 the LNT approach. In addition, LNT currently uses the Makefile setup
525 under the covers and so developers who are interested in how LNT works
526 under the hood may want to understand the Makefile based setup.
527
528 For more information on the ``test-suite`` Makefile setup, please see
529 the :doc:`Test Suite Makefile Guide <TestSuiteMakefileGuide>`.