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[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()))
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; i < Ops.size(); ++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 {
126       assert(0 && "Unknown type of derived type constant value!");
127     }
128
129     // Cache the mapping in our local map structure...
130     LocalMap.insert(std::make_pair(In, const_cast<Constant*>(CPV)));
131     return Result;
132   }
133
134   cerr << "XXX LocalMap: \n";
135   PrintMap(LocalMap);
136
137   if (GlobalMap) {
138     cerr << "XXX GlobalMap: \n";
139     PrintMap(*GlobalMap);
140   }
141
142   cerr << "Couldn't remap value: " << (void*)In << " ";
143   In->dump();
144   cerr << "\n";
145   assert(0 && "Couldn't remap value!");
146   return 0;
147 }
148
149
150 // LinkGlobals - Loop through the global variables in the src module and merge
151 // them into the dest module...
152 //
153 static bool LinkGlobals(Module *Dest, const Module *Src,
154                         map<const Value*, Value*> &ValueMap, string *Err = 0) {
155   // We will need a module level symbol table if the src module has a module
156   // level symbol table...
157   SymbolTable *ST = Src->getSymbolTable() ? Dest->getSymbolTableSure() : 0;
158   
159   // Loop over all of the globals in the src module, mapping them over as we go
160   //
161   for (Module::const_giterator I = Src->gbegin(), E = Src->gend(); I != E; ++I){
162     const GlobalVariable *SGV = I;
163     Value *V;
164
165     // If the global variable has a name, and that name is already in use in the
166     // Dest module, make sure that the name is a compatible global variable...
167     //
168     if (SGV->hasExternalLinkage() && SGV->hasName() &&
169         (V = ST->lookup(SGV->getType(), SGV->getName())) &&
170         cast<GlobalVariable>(V)->hasExternalLinkage()) {
171       // The same named thing is a global variable, because the only two things
172       // that may be in a module level symbol table are Global Vars and
173       // Functions, and they both have distinct, nonoverlapping, possible types.
174       // 
175       GlobalVariable *DGV = cast<GlobalVariable>(V);
176
177       // Check to see if the two GV's have the same Const'ness...
178       if (SGV->isConstant() != DGV->isConstant())
179         return Error(Err, "Global Variable Collision on '" + 
180                      SGV->getType()->getDescription() + "':%" + SGV->getName() +
181                      " - Global variables differ in const'ness");
182
183       // Okay, everything is cool, remember the mapping...
184       ValueMap.insert(std::make_pair(SGV, DGV));
185     } else {
186       // No linking to be performed, simply create an identical version of the
187       // symbol over in the dest module... the initializer will be filled in
188       // later by LinkGlobalInits...
189       //
190       GlobalVariable *DGV = 
191         new GlobalVariable(SGV->getType()->getElementType(), SGV->isConstant(),
192                            SGV->hasInternalLinkage(), 0, SGV->getName());
193
194       // Add the new global to the dest module
195       Dest->getGlobalList().push_back(DGV);
196
197       // Make sure to remember this mapping...
198       ValueMap.insert(std::make_pair(SGV, DGV));
199     }
200   }
201   return false;
202 }
203
204
205 // LinkGlobalInits - Update the initializers in the Dest module now that all
206 // globals that may be referenced are in Dest.
207 //
208 static bool LinkGlobalInits(Module *Dest, const Module *Src,
209                             map<const Value*, Value*> &ValueMap,
210                             string *Err = 0) {
211
212   // Loop over all of the globals in the src module, mapping them over as we go
213   //
214   for (Module::const_giterator I = Src->gbegin(), E = Src->gend(); I != E; ++I){
215     const GlobalVariable *SGV = I;
216
217     if (SGV->hasInitializer()) {      // Only process initialized GV's
218       // Figure out what the initializer looks like in the dest module...
219       Constant *DInit =
220         cast<Constant>(RemapOperand(SGV->getInitializer(), ValueMap));
221
222       GlobalVariable *DGV = cast<GlobalVariable>(ValueMap[SGV]);    
223       if (DGV->hasInitializer() && SGV->hasExternalLinkage() &&
224           DGV->hasExternalLinkage()) {
225         if (DGV->getInitializer() != DInit)
226           return Error(Err, "Global Variable Collision on '" + 
227                        SGV->getType()->getDescription() + "':%" +SGV->getName()+
228                        " - Global variables have different initializers");
229       } else {
230         // Copy the initializer over now...
231         DGV->setInitializer(DInit);
232       }
233     }
234   }
235   return false;
236 }
237
238 // LinkFunctionProtos - Link the functions together between the two modules,
239 // without doing function bodies... this just adds external function prototypes
240 // to the Dest function...
241 //
242 static bool LinkFunctionProtos(Module *Dest, const Module *Src,
243                                map<const Value*, Value*> &ValueMap,
244                                string *Err = 0) {
245   // We will need a module level symbol table if the src module has a module
246   // level symbol table...
247   SymbolTable *ST = Src->getSymbolTable() ? Dest->getSymbolTableSure() : 0;
248   
249   // Loop over all of the functions in the src module, mapping them over as we
250   // go
251   //
252   for (Module::const_iterator I = Src->begin(), E = Src->end(); I != E; ++I) {
253     const Function *SF = I;   // SrcFunction
254     Value *V;
255
256     // If the function has a name, and that name is already in use in the Dest
257     // module, make sure that the name is a compatible function...
258     //
259     if (SF->hasExternalLinkage() && SF->hasName() &&
260         (V = ST->lookup(SF->getType(), SF->getName())) &&
261         cast<Function>(V)->hasExternalLinkage()) {
262       // The same named thing is a Function, because the only two things
263       // that may be in a module level symbol table are Global Vars and
264       // Functions, and they both have distinct, nonoverlapping, possible types.
265       // 
266       Function *DF = cast<Function>(V);   // DestFunction
267
268       // Check to make sure the function is not defined in both modules...
269       if (!SF->isExternal() && !DF->isExternal())
270         return Error(Err, "Function '" + 
271                      SF->getFunctionType()->getDescription() + "':\"" + 
272                      SF->getName() + "\" - Function is already defined!");
273
274       // Otherwise, just remember this mapping...
275       ValueMap.insert(std::make_pair(SF, DF));
276     } else {
277       // Function does not already exist, simply insert an external function
278       // signature identical to SF into the dest module...
279       Function *DF = new Function(SF->getFunctionType(),
280                                   SF->hasInternalLinkage(),
281                                   SF->getName());
282
283       // Add the function signature to the dest module...
284       Dest->getFunctionList().push_back(DF);
285
286       // ... and remember this mapping...
287       ValueMap.insert(std::make_pair(SF, DF));
288     }
289   }
290   return false;
291 }
292
293 // LinkFunctionBody - Copy the source function over into the dest function and
294 // fix up references to values.  At this point we know that Dest is an external
295 // function, and that Src is not.
296 //
297 static bool LinkFunctionBody(Function *Dest, const Function *Src,
298                              const map<const Value*, Value*> &GlobalMap,
299                              string *Err = 0) {
300   assert(Src && Dest && Dest->isExternal() && !Src->isExternal());
301   map<const Value*, Value*> LocalMap;   // Map for function local values
302
303   // Go through and convert function arguments over...
304   for (Function::const_aiterator I = Src->abegin(), E = Src->aend();
305        I != E; ++I) {
306     // Create the new function argument and add to the dest function...
307     Argument *DFA = new Argument(I->getType(), I->getName());
308     Dest->getArgumentList().push_back(DFA);
309
310     // Add a mapping to our local map
311     LocalMap.insert(std::make_pair(I, DFA));
312   }
313
314   // Loop over all of the basic blocks, copying the instructions over...
315   //
316   for (Function::const_iterator I = Src->begin(), E = Src->end(); I != E; ++I) {
317     // Create new basic block and add to mapping and the Dest function...
318     BasicBlock *DBB = new BasicBlock(I->getName(), Dest);
319     LocalMap.insert(std::make_pair(I, DBB));
320
321     // Loop over all of the instructions in the src basic block, copying them
322     // over.  Note that this is broken in a strict sense because the cloned
323     // instructions will still be referencing values in the Src module, not
324     // the remapped values.  In our case, however, we will not get caught and 
325     // so we can delay patching the values up until later...
326     //
327     for (BasicBlock::const_iterator II = I->begin(), IE = I->end(); 
328          II != IE; ++II) {
329       Instruction *DI = II->clone();
330       DI->setName(II->getName());
331       DBB->getInstList().push_back(DI);
332       LocalMap.insert(std::make_pair(II, DI));
333     }
334   }
335
336   // At this point, all of the instructions and values of the function are now
337   // copied over.  The only problem is that they are still referencing values in
338   // the Source function as operands.  Loop through all of the operands of the
339   // functions and patch them up to point to the local versions...
340   //
341   for (Function::iterator BB = Dest->begin(), BE = Dest->end(); BB != BE; ++BB)
342     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I)
343       for (Instruction::op_iterator OI = I->op_begin(), OE = I->op_end();
344            OI != OE; ++OI)
345         *OI = RemapOperand(*OI, LocalMap, &GlobalMap);
346
347   return false;
348 }
349
350
351 // LinkFunctionBodies - Link in the function bodies that are defined in the
352 // source module into the DestModule.  This consists basically of copying the
353 // function over and fixing up references to values.
354 //
355 static bool LinkFunctionBodies(Module *Dest, const Module *Src,
356                                map<const Value*, Value*> &ValueMap,
357                                string *Err = 0) {
358
359   // Loop over all of the functions in the src module, mapping them over as we
360   // go
361   //
362   for (Module::const_iterator SF = Src->begin(), E = Src->end(); SF != E; ++SF){
363     if (!SF->isExternal()) {                  // No body if function is external
364       Function *DF = cast<Function>(ValueMap[SF]); // Destination function
365
366       // DF not external SF external?
367       if (!DF->isExternal()) {
368         if (Err)
369           *Err = "Function '" + (SF->hasName() ? SF->getName() : string("")) +
370                  "' body multiply defined!";
371         return true;
372       }
373
374       if (LinkFunctionBody(DF, SF, ValueMap, Err)) return true;
375     }
376   }
377   return false;
378 }
379
380
381
382 // LinkModules - This function links two modules together, with the resulting
383 // left module modified to be the composite of the two input modules.  If an
384 // error occurs, true is returned and ErrorMsg (if not null) is set to indicate
385 // the problem.  Upon failure, the Dest module could be in a modified state, and
386 // shouldn't be relied on to be consistent.
387 //
388 bool LinkModules(Module *Dest, const Module *Src, string *ErrorMsg = 0) {
389
390   // LinkTypes - Go through the symbol table of the Src module and see if any
391   // types are named in the src module that are not named in the Dst module.
392   // Make sure there are no type name conflicts.
393   //
394   if (LinkTypes(Dest, Src, ErrorMsg)) return true;
395
396   // ValueMap - Mapping of values from what they used to be in Src, to what they
397   // are now in Dest.
398   //
399   map<const Value*, Value*> ValueMap;
400
401   // Insert all of the globals in src into the Dest module... without
402   // initializers
403   if (LinkGlobals(Dest, Src, ValueMap, ErrorMsg)) return true;
404
405   // Update the initializers in the Dest module now that all globals that may
406   // be referenced are in Dest.
407   //
408   if (LinkGlobalInits(Dest, Src, ValueMap, ErrorMsg)) return true;
409
410   // Link the functions together between the two modules, without doing function
411   // bodies... this just adds external function prototypes to the Dest
412   // function...  We do this so that when we begin processing function bodies,
413   // all of the global values that may be referenced are available in our
414   // ValueMap.
415   //
416   if (LinkFunctionProtos(Dest, Src, ValueMap, ErrorMsg)) return true;
417
418   // Link in the function bodies that are defined in the source module into the
419   // DestModule.  This consists basically of copying the function over and
420   // fixing up references to values.
421   //
422   if (LinkFunctionBodies(Dest, Src, ValueMap, ErrorMsg)) return true;
423
424   return false;
425 }
426