*** empty log message ***
[oota-llvm.git] / lib / Linker / LinkModules.cpp
1 //===- Linker.cpp - Module Linker Implementation --------------------------===//
2 //
3 // This file implements the LLVM module linker.
4 //
5 // Specifically, this:
6 //  * Merges global variables between the two modules
7 //    * Uninit + Uninit = Init, Init + Uninit = Init, Init + Init = Error if !=
8 //  * Merges functions between two modules
9 //
10 //===----------------------------------------------------------------------===//
11
12 #include "llvm/Transforms/Utils/Linker.h"
13 #include "llvm/Module.h"
14 #include "llvm/Function.h"
15 #include "llvm/BasicBlock.h"
16 #include "llvm/GlobalVariable.h"
17 #include "llvm/SymbolTable.h"
18 #include "llvm/DerivedTypes.h"
19 #include "llvm/iOther.h"
20 #include "llvm/Constants.h"
21 #include "llvm/Argument.h"
22 #include <iostream>
23 using std::cerr;
24 using std::string;
25 using std::map;
26
27 // Error - Simple wrapper function to conditionally assign to E and return true.
28 // This just makes error return conditions a little bit simpler...
29 //
30 static inline bool Error(string *E, string Message) {
31   if (E) *E = Message;
32   return true;
33 }
34
35 // LinkTypes - Go through the symbol table of the Src module and see if any
36 // types are named in the src module that are not named in the Dst module.
37 // Make sure there are no type name conflicts.
38 //
39 static bool LinkTypes(Module *Dest, const Module *Src, string *Err = 0) {
40   // No symbol table?  Can't have named types.
41   if (!Src->hasSymbolTable()) return false;
42
43   SymbolTable       *DestST = Dest->getSymbolTableSure();
44   const SymbolTable *SrcST  = Src->getSymbolTable();
45
46   // Look for a type plane for Type's...
47   SymbolTable::const_iterator PI = SrcST->find(Type::TypeTy);
48   if (PI == SrcST->end()) return false;  // No named types, do nothing.
49
50   const SymbolTable::VarMap &VM = PI->second;
51   for (SymbolTable::type_const_iterator I = VM.begin(), E = VM.end();
52        I != E; ++I) {
53     const string &Name = I->first;
54     const Type *RHS = cast<Type>(I->second);
55
56     // Check to see if this type name is already in the dest module...
57     const Type *Entry = cast_or_null<Type>(DestST->lookup(Type::TypeTy, Name));
58     if (Entry) {     // Yup, the value already exists...
59       if (Entry != RHS)            // If it's the same, noop.  Otherwise, error.
60         return Error(Err, "Type named '" + Name + 
61                      "' of different shape in modules.\n  Src='" + 
62                      Entry->getDescription() + "'.\n  Dst='" + 
63                      RHS->getDescription() + "'");
64     } else {                       // Type not in dest module.  Add it now.
65       // TODO: FIXME WHEN TYPES AREN'T CONST
66       DestST->insert(Name, const_cast<Type*>(RHS));
67     }
68   }
69   return false;
70 }
71
72 static void PrintMap(const map<const Value*, Value*> &M) {
73   for (map<const Value*, Value*>::const_iterator I = M.begin(), E = M.end();
74        I != E; ++I) {
75     cerr << " Fr: " << (void*)I->first << " ";
76     I->first->dump();
77     cerr << " To: " << (void*)I->second << " ";
78     I->second->dump();
79     cerr << "\n";
80   }
81 }
82
83
84 // RemapOperand - Use LocalMap and GlobalMap to convert references from one
85 // module to another.  This is somewhat sophisticated in that it can
86 // automatically handle constant references correctly as well...
87 //
88 static Value *RemapOperand(const Value *In, map<const Value*, Value*> &LocalMap,
89                            const map<const Value*, Value*> *GlobalMap = 0) {
90   map<const Value*,Value*>::const_iterator I = LocalMap.find(In);
91   if (I != LocalMap.end()) return I->second;
92
93   if (GlobalMap) {
94     I = GlobalMap->find(In);
95     if (I != GlobalMap->end()) return I->second;
96   }
97
98   // Check to see if it's a constant that we are interesting in transforming...
99   if (const Constant *CPV = dyn_cast<Constant>(In)) {
100     if (!isa<DerivedType>(CPV->getType()) && !isa<ConstantExpr>(CPV))
101       return const_cast<Constant*>(CPV);   // Simple constants stay identical...
102
103     Constant *Result = 0;
104
105     if (const ConstantArray *CPA = dyn_cast<ConstantArray>(CPV)) {
106       const std::vector<Use> &Ops = CPA->getValues();
107       std::vector<Constant*> Operands(Ops.size());
108       for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
109         Operands[i] = 
110           cast<Constant>(RemapOperand(Ops[i], LocalMap, GlobalMap));
111       Result = ConstantArray::get(cast<ArrayType>(CPA->getType()), Operands);
112     } else if (const ConstantStruct *CPS = dyn_cast<ConstantStruct>(CPV)) {
113       const std::vector<Use> &Ops = CPS->getValues();
114       std::vector<Constant*> Operands(Ops.size());
115       for (unsigned i = 0; i < Ops.size(); ++i)
116         Operands[i] = 
117           cast<Constant>(RemapOperand(Ops[i], LocalMap, GlobalMap));
118       Result = ConstantStruct::get(cast<StructType>(CPS->getType()), Operands);
119     } else if (isa<ConstantPointerNull>(CPV)) {
120       Result = const_cast<Constant*>(CPV);
121     } else if (const ConstantPointerRef *CPR =
122                       dyn_cast<ConstantPointerRef>(CPV)) {
123       Value *V = RemapOperand(CPR->getValue(), LocalMap, GlobalMap);
124       Result = ConstantPointerRef::get(cast<GlobalValue>(V));
125     } else if (const ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(CPV)) {
126       if (CE->getNumOperands() == 1) {
127         // Cast instruction, unary operator
128         Value *V = RemapOperand(CE->getOperand(0), LocalMap, GlobalMap);
129         Result = ConstantExpr::get(CE->getOpcode(), cast<Constant>(V),
130                                    CE->getType());
131       } else if (CE->getNumOperands() == 2) {
132         // Binary operator...
133         Value *V1 = RemapOperand(CE->getOperand(0), LocalMap, GlobalMap);
134         Value *V2 = RemapOperand(CE->getOperand(1), LocalMap, GlobalMap);
135
136         Result = ConstantExpr::get(CE->getOpcode(), cast<Constant>(V1),
137                                    cast<Constant>(V2), CE->getType());        
138       } else {
139         // GetElementPtr Expression
140         assert(CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr);
141         Value *Ptr = RemapOperand(CE->getOperand(0), LocalMap, GlobalMap);
142         std::vector<Constant*> Indices;
143         Indices.reserve(CE->getNumOperands()-1);
144         for (unsigned i = 1, e = CE->getNumOperands(); i != e; ++i)
145           Indices.push_back(cast<Constant>(RemapOperand(CE->getOperand(i),
146                                                         LocalMap, GlobalMap)));
147
148         Result = ConstantExpr::get(CE->getOpcode(), cast<Constant>(Ptr),
149                                    Indices, CE->getType());
150       }
151
152     } else {
153       assert(0 && "Unknown type of derived type constant value!");
154     }
155
156     // Cache the mapping in our local map structure...
157     LocalMap.insert(std::make_pair(In, Result));
158     return Result;
159   }
160
161   cerr << "XXX LocalMap: \n";
162   PrintMap(LocalMap);
163
164   if (GlobalMap) {
165     cerr << "XXX GlobalMap: \n";
166     PrintMap(*GlobalMap);
167   }
168
169   cerr << "Couldn't remap value: " << (void*)In << " " << *In << "\n";
170   assert(0 && "Couldn't remap value!");
171   return 0;
172 }
173
174
175 // LinkGlobals - Loop through the global variables in the src module and merge
176 // them into the dest module...
177 //
178 static bool LinkGlobals(Module *Dest, const Module *Src,
179                         map<const Value*, Value*> &ValueMap, string *Err = 0) {
180   // We will need a module level symbol table if the src module has a module
181   // level symbol table...
182   SymbolTable *ST = Src->getSymbolTable() ? Dest->getSymbolTableSure() : 0;
183   
184   // Loop over all of the globals in the src module, mapping them over as we go
185   //
186   for (Module::const_giterator I = Src->gbegin(), E = Src->gend(); I != E; ++I){
187     const GlobalVariable *SGV = I;
188     Value *V;
189
190     // If the global variable has a name, and that name is already in use in the
191     // Dest module, make sure that the name is a compatible global variable...
192     //
193     if (SGV->hasExternalLinkage() && SGV->hasName() &&
194         (V = ST->lookup(SGV->getType(), SGV->getName())) &&
195         cast<GlobalVariable>(V)->hasExternalLinkage()) {
196       // The same named thing is a global variable, because the only two things
197       // that may be in a module level symbol table are Global Vars and
198       // Functions, and they both have distinct, nonoverlapping, possible types.
199       // 
200       GlobalVariable *DGV = cast<GlobalVariable>(V);
201
202       // Check to see if the two GV's have the same Const'ness...
203       if (SGV->isConstant() != DGV->isConstant())
204         return Error(Err, "Global Variable Collision on '" + 
205                      SGV->getType()->getDescription() + "':%" + SGV->getName() +
206                      " - Global variables differ in const'ness");
207
208       // Okay, everything is cool, remember the mapping...
209       ValueMap.insert(std::make_pair(SGV, DGV));
210     } else {
211       // No linking to be performed, simply create an identical version of the
212       // symbol over in the dest module... the initializer will be filled in
213       // later by LinkGlobalInits...
214       //
215       GlobalVariable *DGV = 
216         new GlobalVariable(SGV->getType()->getElementType(), SGV->isConstant(),
217                            SGV->hasInternalLinkage(), 0, SGV->getName());
218
219       // Add the new global to the dest module
220       Dest->getGlobalList().push_back(DGV);
221
222       // Make sure to remember this mapping...
223       ValueMap.insert(std::make_pair(SGV, DGV));
224     }
225   }
226   return false;
227 }
228
229
230 // LinkGlobalInits - Update the initializers in the Dest module now that all
231 // globals that may be referenced are in Dest.
232 //
233 static bool LinkGlobalInits(Module *Dest, const Module *Src,
234                             map<const Value*, Value*> &ValueMap,
235                             string *Err = 0) {
236
237   // Loop over all of the globals in the src module, mapping them over as we go
238   //
239   for (Module::const_giterator I = Src->gbegin(), E = Src->gend(); I != E; ++I){
240     const GlobalVariable *SGV = I;
241
242     if (SGV->hasInitializer()) {      // Only process initialized GV's
243       // Figure out what the initializer looks like in the dest module...
244       Constant *DInit =
245         cast<Constant>(RemapOperand(SGV->getInitializer(), ValueMap));
246
247       GlobalVariable *DGV = cast<GlobalVariable>(ValueMap[SGV]);    
248       if (DGV->hasInitializer() && SGV->hasExternalLinkage() &&
249           DGV->hasExternalLinkage()) {
250         if (DGV->getInitializer() != DInit)
251           return Error(Err, "Global Variable Collision on '" + 
252                        SGV->getType()->getDescription() + "':%" +SGV->getName()+
253                        " - Global variables have different initializers");
254       } else {
255         // Copy the initializer over now...
256         DGV->setInitializer(DInit);
257       }
258     }
259   }
260   return false;
261 }
262
263 // LinkFunctionProtos - Link the functions together between the two modules,
264 // without doing function bodies... this just adds external function prototypes
265 // to the Dest function...
266 //
267 static bool LinkFunctionProtos(Module *Dest, const Module *Src,
268                                map<const Value*, Value*> &ValueMap,
269                                string *Err = 0) {
270   // We will need a module level symbol table if the src module has a module
271   // level symbol table...
272   SymbolTable *ST = Src->getSymbolTable() ? Dest->getSymbolTableSure() : 0;
273   
274   // Loop over all of the functions in the src module, mapping them over as we
275   // go
276   //
277   for (Module::const_iterator I = Src->begin(), E = Src->end(); I != E; ++I) {
278     const Function *SF = I;   // SrcFunction
279     Value *V;
280
281     // If the function has a name, and that name is already in use in the Dest
282     // module, make sure that the name is a compatible function...
283     //
284     if (SF->hasExternalLinkage() && SF->hasName() &&
285         (V = ST->lookup(SF->getType(), SF->getName())) &&
286         cast<Function>(V)->hasExternalLinkage()) {
287       // The same named thing is a Function, because the only two things
288       // that may be in a module level symbol table are Global Vars and
289       // Functions, and they both have distinct, nonoverlapping, possible types.
290       // 
291       Function *DF = cast<Function>(V);   // DestFunction
292
293       // Check to make sure the function is not defined in both modules...
294       if (!SF->isExternal() && !DF->isExternal())
295         return Error(Err, "Function '" + 
296                      SF->getFunctionType()->getDescription() + "':\"" + 
297                      SF->getName() + "\" - Function is already defined!");
298
299       // Otherwise, just remember this mapping...
300       ValueMap.insert(std::make_pair(SF, DF));
301     } else {
302       // Function does not already exist, simply insert an external function
303       // signature identical to SF into the dest module...
304       Function *DF = new Function(SF->getFunctionType(),
305                                   SF->hasInternalLinkage(),
306                                   SF->getName());
307
308       // Add the function signature to the dest module...
309       Dest->getFunctionList().push_back(DF);
310
311       // ... and remember this mapping...
312       ValueMap.insert(std::make_pair(SF, DF));
313     }
314   }
315   return false;
316 }
317
318 // LinkFunctionBody - Copy the source function over into the dest function and
319 // fix up references to values.  At this point we know that Dest is an external
320 // function, and that Src is not.
321 //
322 static bool LinkFunctionBody(Function *Dest, const Function *Src,
323                              const map<const Value*, Value*> &GlobalMap,
324                              string *Err = 0) {
325   assert(Src && Dest && Dest->isExternal() && !Src->isExternal());
326   map<const Value*, Value*> LocalMap;   // Map for function local values
327
328   // Go through and convert function arguments over...
329   for (Function::const_aiterator I = Src->abegin(), E = Src->aend();
330        I != E; ++I) {
331     // Create the new function argument and add to the dest function...
332     Argument *DFA = new Argument(I->getType(), I->getName());
333     Dest->getArgumentList().push_back(DFA);
334
335     // Add a mapping to our local map
336     LocalMap.insert(std::make_pair(I, DFA));
337   }
338
339   // Loop over all of the basic blocks, copying the instructions over...
340   //
341   for (Function::const_iterator I = Src->begin(), E = Src->end(); I != E; ++I) {
342     // Create new basic block and add to mapping and the Dest function...
343     BasicBlock *DBB = new BasicBlock(I->getName(), Dest);
344     LocalMap.insert(std::make_pair(I, DBB));
345
346     // Loop over all of the instructions in the src basic block, copying them
347     // over.  Note that this is broken in a strict sense because the cloned
348     // instructions will still be referencing values in the Src module, not
349     // the remapped values.  In our case, however, we will not get caught and 
350     // so we can delay patching the values up until later...
351     //
352     for (BasicBlock::const_iterator II = I->begin(), IE = I->end(); 
353          II != IE; ++II) {
354       Instruction *DI = II->clone();
355       DI->setName(II->getName());
356       DBB->getInstList().push_back(DI);
357       LocalMap.insert(std::make_pair(II, DI));
358     }
359   }
360
361   // At this point, all of the instructions and values of the function are now
362   // copied over.  The only problem is that they are still referencing values in
363   // the Source function as operands.  Loop through all of the operands of the
364   // functions and patch them up to point to the local versions...
365   //
366   for (Function::iterator BB = Dest->begin(), BE = Dest->end(); BB != BE; ++BB)
367     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I)
368       for (Instruction::op_iterator OI = I->op_begin(), OE = I->op_end();
369            OI != OE; ++OI)
370         *OI = RemapOperand(*OI, LocalMap, &GlobalMap);
371
372   return false;
373 }
374
375
376 // LinkFunctionBodies - Link in the function bodies that are defined in the
377 // source module into the DestModule.  This consists basically of copying the
378 // function over and fixing up references to values.
379 //
380 static bool LinkFunctionBodies(Module *Dest, const Module *Src,
381                                map<const Value*, Value*> &ValueMap,
382                                string *Err = 0) {
383
384   // Loop over all of the functions in the src module, mapping them over as we
385   // go
386   //
387   for (Module::const_iterator SF = Src->begin(), E = Src->end(); SF != E; ++SF){
388     if (!SF->isExternal()) {                  // No body if function is external
389       Function *DF = cast<Function>(ValueMap[SF]); // Destination function
390
391       // DF not external SF external?
392       if (!DF->isExternal()) {
393         if (Err)
394           *Err = "Function '" + (SF->hasName() ? SF->getName() : string("")) +
395                  "' body multiply defined!";
396         return true;
397       }
398
399       if (LinkFunctionBody(DF, SF, ValueMap, Err)) return true;
400     }
401   }
402   return false;
403 }
404
405
406
407 // LinkModules - This function links two modules together, with the resulting
408 // left module modified to be the composite of the two input modules.  If an
409 // error occurs, true is returned and ErrorMsg (if not null) is set to indicate
410 // the problem.  Upon failure, the Dest module could be in a modified state, and
411 // shouldn't be relied on to be consistent.
412 //
413 bool LinkModules(Module *Dest, const Module *Src, string *ErrorMsg) {
414
415   // LinkTypes - Go through the symbol table of the Src module and see if any
416   // types are named in the src module that are not named in the Dst module.
417   // Make sure there are no type name conflicts.
418   //
419   if (LinkTypes(Dest, Src, ErrorMsg)) return true;
420
421   // ValueMap - Mapping of values from what they used to be in Src, to what they
422   // are now in Dest.
423   //
424   map<const Value*, Value*> ValueMap;
425
426   // FIXME:
427   // FIXME: This should be a two step process:
428   // FIXME:   1. LinkGlobals & LinkFunctionProtos
429   // FIXME:   2. LinkGlobalContents
430   // FIXME:
431   // FIXME: Global variables and functions are the same!
432   // FIXME:
433
434
435   // Insert all of the globals in src into the Dest module... without
436   // initializers
437   if (LinkGlobals(Dest, Src, ValueMap, ErrorMsg)) return true;
438
439   // Link the functions together between the two modules, without doing function
440   // bodies... this just adds external function prototypes to the Dest
441   // function...  We do this so that when we begin processing function bodies,
442   // all of the global values that may be referenced are available in our
443   // ValueMap.
444   //
445   if (LinkFunctionProtos(Dest, Src, ValueMap, ErrorMsg)) return true;
446
447   // Update the initializers in the Dest module now that all globals that may
448   // be referenced are in Dest.
449   //
450   if (LinkGlobalInits(Dest, Src, ValueMap, ErrorMsg)) return true;
451
452   // Link in the function bodies that are defined in the source module into the
453   // DestModule.  This consists basically of copying the function over and
454   // fixing up references to values.
455   //
456   if (LinkFunctionBodies(Dest, Src, ValueMap, ErrorMsg)) return true;
457
458   return false;
459 }
460