lib/MC/MCAssembler.cpp

   1 //===- lib/MC/MCAssembler.cpp - Assembler Backend Implementation ----------===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
   6 // License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9
  10 #define DEBUG_TYPE "assembler"
  11 #include "llvm/MC/MCAssembler.h"
  12 #include "llvm/MC/MCAsmLayout.h"
  13 #include "llvm/MC/MCExpr.h"
  14 #include "llvm/MC/MCSectionMachO.h"
  15 #include "llvm/MC/MCSymbol.h"
  16 #include "llvm/MC/MCValue.h"
  17 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
  18 #include "llvm/ADT/SmallString.h"
  19 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  20 #include "llvm/ADT/StringExtras.h"
  21 #include "llvm/ADT/StringMap.h"
  22 #include "llvm/ADT/Twine.h"
  23 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
  24 #include "llvm/Support/MachO.h"
  25 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  26 #include "llvm/Support/Debug.h"
  27 #include "llvm/Target/TargetRegistry.h"
  28 #include "llvm/Target/TargetAsmBackend.h"
  29
  30 // FIXME: Gross.
  31 #include "../Target/X86/X86FixupKinds.h"
  32
  33 #include <vector>
  34 using namespace llvm;
  35
  36 class MachObjectWriter;
  37
  38 STATISTIC(EmittedFragments, "Number of emitted assembler fragments");
  39
  40 // FIXME FIXME FIXME: There are number of places in this file where we convert
  41 // what is a 64-bit assembler value used for computation into a value in the
  42 // object file, which may truncate it. We should detect that truncation where
  43 // invalid and report errors back.
  44
  45 static void WriteFileData(raw_ostream &OS, const MCSectionData &SD,
  46                           MachObjectWriter &MOW);
  47
  48 static uint64_t WriteNopData(uint64_t Count, MachObjectWriter &MOW);
  49
  50 /// isVirtualSection - Check if this is a section which does not actually exist
  51 /// in the object file.
  52 static bool isVirtualSection(const MCSection &Section) {
  53   // FIXME: Lame.
  54   const MCSectionMachO &SMO = static_cast<const MCSectionMachO&>(Section);
  55   return (SMO.getType() == MCSectionMachO::S_ZEROFILL);
  56 }
  57
  58 static unsigned getFixupKindLog2Size(unsigned Kind) {
  59   switch (Kind) {
  60   default: llvm_unreachable("invalid fixup kind!");
  61   case X86::reloc_pcrel_1byte:
  62   case FK_Data_1: return 0;
  63   case FK_Data_2: return 1;
  64   case X86::reloc_pcrel_4byte:
  65   case X86::reloc_riprel_4byte:
  66   case FK_Data_4: return 2;
  67   case FK_Data_8: return 3;
  68   }
  69 }
  70
  71 static bool isFixupKindPCRel(unsigned Kind) {
  72   switch (Kind) {
  73   default:
  74     return false;
  75   case X86::reloc_pcrel_1byte:
  76   case X86::reloc_pcrel_4byte:
  77   case X86::reloc_riprel_4byte:
  78     return true;
  79   }
  80 }
  81
  82 class MachObjectWriter {
  83   // See <mach-o/loader.h>.
  84   enum {
  85     Header_Magic32 = 0xFEEDFACE,
  86     Header_Magic64 = 0xFEEDFACF
  87   };
  88
  89   enum {
  90     Header32Size = 28,
  91     Header64Size = 32,
  92     SegmentLoadCommand32Size = 56,
  93     SegmentLoadCommand64Size = 72,
  94     Section32Size = 68,
  95     Section64Size = 80,
  96     SymtabLoadCommandSize = 24,
  97     DysymtabLoadCommandSize = 80,
  98     Nlist32Size = 12,
  99     Nlist64Size = 16,
 100     RelocationInfoSize = 8
 101   };
 102
 103   enum HeaderFileType {
 104     HFT_Object = 0x1
 105   };
 106
 107   enum HeaderFlags {
 108     HF_SubsectionsViaSymbols = 0x2000
 109   };
 110
 111   enum LoadCommandType {
 112     LCT_Segment = 0x1,
 113     LCT_Symtab = 0x2,
 114     LCT_Dysymtab = 0xb,
 115     LCT_Segment64 = 0x19
 116   };
 117
 118   // See <mach-o/nlist.h>.
 119   enum SymbolTypeType {
 120     STT_Undefined = 0x00,
 121     STT_Absolute  = 0x02,
 122     STT_Section   = 0x0e
 123   };
 124
 125   enum SymbolTypeFlags {
 126     // If any of these bits are set, then the entry is a stab entry number (see
 127     // <mach-o/stab.h>. Otherwise the other masks apply.
 128     STF_StabsEntryMask = 0xe0,
 129
 130     STF_TypeMask       = 0x0e,
 131     STF_External       = 0x01,
 132     STF_PrivateExtern  = 0x10
 133   };
 134
 135   /// IndirectSymbolFlags - Flags for encoding special values in the indirect
 136   /// symbol entry.
 137   enum IndirectSymbolFlags {
 138     ISF_Local    = 0x80000000,
 139     ISF_Absolute = 0x40000000
 140   };
 141
 142   /// RelocationFlags - Special flags for addresses.
 143   enum RelocationFlags {
 144     RF_Scattered = 0x80000000
 145   };
 146
 147   enum RelocationInfoType {
 148     RIT_Vanilla             = 0,
 149     RIT_Pair                = 1,
 150     RIT_Difference          = 2,
 151     RIT_PreboundLazyPointer = 3,
 152     RIT_LocalDifference     = 4
 153   };
 154
 155   /// MachSymbolData - Helper struct for containing some precomputed information
 156   /// on symbols.
 157   struct MachSymbolData {
 158     MCSymbolData *SymbolData;
 159     uint64_t StringIndex;
 160     uint8_t SectionIndex;
 161
 162     // Support lexicographic sorting.
 163     bool operator<(const MachSymbolData &RHS) const {
 164       const std::string &Name = SymbolData->getSymbol().getName();
 165       return Name < RHS.SymbolData->getSymbol().getName();
 166     }
 167   };
 168
 169   raw_ostream &OS;
 170   unsigned Is64Bit : 1;
 171   unsigned IsLSB : 1;
 172
 173 public:
 174   MachObjectWriter(raw_ostream &_OS, bool _Is64Bit, bool _IsLSB = true)
 175     : OS(_OS), Is64Bit(_Is64Bit), IsLSB(_IsLSB) {
 176   }
 177
 178   /// @name Helper Methods
 179   /// @{
 180
 181   void Write8(uint8_t Value) {
 182     OS << char(Value);
 183   }
 184
 185   void Write16(uint16_t Value) {
 186     if (IsLSB) {
 187       Write8(uint8_t(Value >> 0));
 188       Write8(uint8_t(Value >> 8));
 189     } else {
 190       Write8(uint8_t(Value >> 8));
 191       Write8(uint8_t(Value >> 0));
 192     }
 193   }
 194
 195   void Write32(uint32_t Value) {
 196     if (IsLSB) {
 197       Write16(uint16_t(Value >> 0));
 198       Write16(uint16_t(Value >> 16));
 199     } else {
 200       Write16(uint16_t(Value >> 16));
 201       Write16(uint16_t(Value >> 0));
 202     }
 203   }
 204
 205   void Write64(uint64_t Value) {
 206     if (IsLSB) {
 207       Write32(uint32_t(Value >> 0));
 208       Write32(uint32_t(Value >> 32));
 209     } else {
 210       Write32(uint32_t(Value >> 32));
 211       Write32(uint32_t(Value >> 0));
 212     }
 213   }
 214
 215   void WriteZeros(unsigned N) {
 216     const char Zeros[16] = { 0 };
 217
 218     for (unsigned i = 0, e = N / 16; i != e; ++i)
 219       OS << StringRef(Zeros, 16);
 220
 221     OS << StringRef(Zeros, N % 16);
 222   }
 223
 224   void WriteString(StringRef Str, unsigned ZeroFillSize = 0) {
 225     OS << Str;
 226     if (ZeroFillSize)
 227       WriteZeros(ZeroFillSize - Str.size());
 228   }
 229
 230   /// @}
 231
 232   void WriteHeader(unsigned NumLoadCommands, unsigned LoadCommandsSize,
 233                    bool SubsectionsViaSymbols) {
 234     uint32_t Flags = 0;
 235
 236     if (SubsectionsViaSymbols)
 237       Flags |= HF_SubsectionsViaSymbols;
 238
 239     // struct mach_header (28 bytes) or
 240     // struct mach_header_64 (32 bytes)
 241
 242     uint64_t Start = OS.tell();
 243     (void) Start;
 244
 245     Write32(Is64Bit ? Header_Magic64 : Header_Magic32);
 246
 247     // FIXME: Support cputype.
 248     Write32(Is64Bit ? MachO::CPUTypeX86_64 : MachO::CPUTypeI386);
 249     // FIXME: Support cpusubtype.
 250     Write32(MachO::CPUSubType_I386_ALL);
 251     Write32(HFT_Object);
 252     Write32(NumLoadCommands);    // Object files have a single load command, the
 253                                  // segment.
 254     Write32(LoadCommandsSize);
 255     Write32(Flags);
 256     if (Is64Bit)
 257       Write32(0); // reserved
 258
 259     assert(OS.tell() - Start == Is64Bit ? Header64Size : Header32Size);
 260   }
 261
 262   /// WriteSegmentLoadCommand - Write a segment load command.
 263   ///
 264   /// \arg NumSections - The number of sections in this segment.
 265   /// \arg SectionDataSize - The total size of the sections.
 266   void WriteSegmentLoadCommand(unsigned NumSections,
 267                                uint64_t VMSize,
 268                                uint64_t SectionDataStartOffset,
 269                                uint64_t SectionDataSize) {
 270     // struct segment_command (56 bytes) or
 271     // struct segment_command_64 (72 bytes)
 272
 273     uint64_t Start = OS.tell();
 274     (void) Start;
 275
 276     unsigned SegmentLoadCommandSize = Is64Bit ? SegmentLoadCommand64Size :
 277       SegmentLoadCommand32Size;
 278     Write32(Is64Bit ? LCT_Segment64 : LCT_Segment);
 279     Write32(SegmentLoadCommandSize +
 280             NumSections * (Is64Bit ? Section64Size : Section32Size));
 281
 282     WriteString("", 16);
 283     if (Is64Bit) {
 284       Write64(0); // vmaddr
 285       Write64(VMSize); // vmsize
 286       Write64(SectionDataStartOffset); // file offset
 287       Write64(SectionDataSize); // file size
 288     } else {
 289       Write32(0); // vmaddr
 290       Write32(VMSize); // vmsize
 291       Write32(SectionDataStartOffset); // file offset
 292       Write32(SectionDataSize); // file size
 293     }
 294     Write32(0x7); // maxprot
 295     Write32(0x7); // initprot
 296     Write32(NumSections);
 297     Write32(0); // flags
 298
 299     assert(OS.tell() - Start == SegmentLoadCommandSize);
 300   }
 301
 302   void WriteSection(const MCSectionData &SD, uint64_t FileOffset,
 303                     uint64_t RelocationsStart, unsigned NumRelocations) {
 304     // The offset is unused for virtual sections.
 305     if (isVirtualSection(SD.getSection())) {
 306       assert(SD.getFileSize() == 0 && "Invalid file size!");
 307       FileOffset = 0;
 308     }
 309
 310     // struct section (68 bytes) or
 311     // struct section_64 (80 bytes)
 312
 313     uint64_t Start = OS.tell();
 314     (void) Start;
 315
 316     // FIXME: cast<> support!
 317     const MCSectionMachO &Section =
 318       static_cast<const MCSectionMachO&>(SD.getSection());
 319     WriteString(Section.getSectionName(), 16);
 320     WriteString(Section.getSegmentName(), 16);
 321     if (Is64Bit) {
 322       Write64(SD.getAddress()); // address
 323       Write64(SD.getSize()); // size
 324     } else {
 325       Write32(SD.getAddress()); // address
 326       Write32(SD.getSize()); // size
 327     }
 328     Write32(FileOffset);
 329
 330     unsigned Flags = Section.getTypeAndAttributes();
 331     if (SD.hasInstructions())
 332       Flags |= MCSectionMachO::S_ATTR_SOME_INSTRUCTIONS;
 333
 334     assert(isPowerOf2_32(SD.getAlignment()) && "Invalid alignment!");
 335     Write32(Log2_32(SD.getAlignment()));
 336     Write32(NumRelocations ? RelocationsStart : 0);
 337     Write32(NumRelocations);
 338     Write32(Flags);
 339     Write32(0); // reserved1
 340     Write32(Section.getStubSize()); // reserved2
 341     if (Is64Bit)
 342       Write32(0); // reserved3
 343
 344     assert(OS.tell() - Start == Is64Bit ? Section64Size : Section32Size);
 345   }
 346
 347   void WriteSymtabLoadCommand(uint32_t SymbolOffset, uint32_t NumSymbols,
 348                               uint32_t StringTableOffset,
 349                               uint32_t StringTableSize) {
 350     // struct symtab_command (24 bytes)
 351
 352     uint64_t Start = OS.tell();
 353     (void) Start;
 354
 355     Write32(LCT_Symtab);
 356     Write32(SymtabLoadCommandSize);
 357     Write32(SymbolOffset);
 358     Write32(NumSymbols);
 359     Write32(StringTableOffset);
 360     Write32(StringTableSize);
 361
 362     assert(OS.tell() - Start == SymtabLoadCommandSize);
 363   }
 364
 365   void WriteDysymtabLoadCommand(uint32_t FirstLocalSymbol,
 366                                 uint32_t NumLocalSymbols,
 367                                 uint32_t FirstExternalSymbol,
 368                                 uint32_t NumExternalSymbols,
 369                                 uint32_t FirstUndefinedSymbol,
 370                                 uint32_t NumUndefinedSymbols,
 371                                 uint32_t IndirectSymbolOffset,
 372                                 uint32_t NumIndirectSymbols) {
 373     // struct dysymtab_command (80 bytes)
 374
 375     uint64_t Start = OS.tell();
 376     (void) Start;
 377
 378     Write32(LCT_Dysymtab);
 379     Write32(DysymtabLoadCommandSize);
 380     Write32(FirstLocalSymbol);
 381     Write32(NumLocalSymbols);
 382     Write32(FirstExternalSymbol);
 383     Write32(NumExternalSymbols);
 384     Write32(FirstUndefinedSymbol);
 385     Write32(NumUndefinedSymbols);
 386     Write32(0); // tocoff
 387     Write32(0); // ntoc
 388     Write32(0); // modtaboff
 389     Write32(0); // nmodtab
 390     Write32(0); // extrefsymoff
 391     Write32(0); // nextrefsyms
 392     Write32(IndirectSymbolOffset);
 393     Write32(NumIndirectSymbols);
 394     Write32(0); // extreloff
 395     Write32(0); // nextrel
 396     Write32(0); // locreloff
 397     Write32(0); // nlocrel
 398
 399     assert(OS.tell() - Start == DysymtabLoadCommandSize);
 400   }
 401
 402   void WriteNlist(MachSymbolData &MSD) {
 403     MCSymbolData &Data = *MSD.SymbolData;
 404     const MCSymbol &Symbol = Data.getSymbol();
 405     uint8_t Type = 0;
 406     uint16_t Flags = Data.getFlags();
 407     uint32_t Address = 0;
 408
 409     // Set the N_TYPE bits. See <mach-o/nlist.h>.
 410     //
 411     // FIXME: Are the prebound or indirect fields possible here?
 412     if (Symbol.isUndefined())
 413       Type = STT_Undefined;
 414     else if (Symbol.isAbsolute())
 415       Type = STT_Absolute;
 416     else
 417       Type = STT_Section;
 418
 419     // FIXME: Set STAB bits.
 420
 421     if (Data.isPrivateExtern())
 422       Type |= STF_PrivateExtern;
 423
 424     // Set external bit.
 425     if (Data.isExternal() || Symbol.isUndefined())
 426       Type |= STF_External;
 427
 428     // Compute the symbol address.
 429     if (Symbol.isDefined()) {
 430       if (Symbol.isAbsolute()) {
 431         llvm_unreachable("FIXME: Not yet implemented!");
 432       } else {
 433         Address = Data.getAddress();
 434       }
 435     } else if (Data.isCommon()) {
 436       // Common symbols are encoded with the size in the address
 437       // field, and their alignment in the flags.
 438       Address = Data.getCommonSize();
 439
 440       // Common alignment is packed into the 'desc' bits.
 441       if (unsigned Align = Data.getCommonAlignment()) {
 442         unsigned Log2Size = Log2_32(Align);
 443         assert((1U << Log2Size) == Align && "Invalid 'common' alignment!");
 444         if (Log2Size > 15)
 445           llvm_report_error("invalid 'common' alignment '" +
 446                             Twine(Align) + "'");
 447         // FIXME: Keep this mask with the SymbolFlags enumeration.
 448         Flags = (Flags & 0xF0FF) | (Log2Size << 8);
 449       }
 450     }
 451
 452     // struct nlist (12 bytes)
 453
 454     Write32(MSD.StringIndex);
 455     Write8(Type);
 456     Write8(MSD.SectionIndex);
 457
 458     // The Mach-O streamer uses the lowest 16-bits of the flags for the 'desc'
 459     // value.
 460     Write16(Flags);
 461     if (Is64Bit)
 462       Write64(Address);
 463     else
 464       Write32(Address);
 465   }
 466
 467   struct MachRelocationEntry {
 468     uint32_t Word0;
 469     uint32_t Word1;
 470   };
 471   void ComputeScatteredRelocationInfo(MCAssembler &Asm, MCFragment &Fragment,
 472                                       MCAsmFixup &Fixup,
 473                                       const MCValue &Target,
 474                                      std::vector<MachRelocationEntry> &Relocs) {
 475     uint32_t Address = Fragment.getOffset() + Fixup.Offset;
 476     unsigned IsPCRel = isFixupKindPCRel(Fixup.Kind);
 477     unsigned Log2Size = getFixupKindLog2Size(Fixup.Kind);
 478     unsigned Type = RIT_Vanilla;
 479
 480     // See <reloc.h>.
 481     const MCSymbol *A = &Target.getSymA()->getSymbol();
 482     MCSymbolData *A_SD = &Asm.getSymbolData(*A);
 483
 484     if (!A_SD->getFragment())
 485       llvm_report_error("symbol '" + A->getName() +
 486                         "' can not be undefined in a subtraction expression");
 487
 488     uint32_t Value = A_SD->getAddress();
 489     uint32_t Value2 = 0;
 490
 491     if (const MCSymbolRefExpr *B = Target.getSymB()) {
 492       MCSymbolData *B_SD = &Asm.getSymbolData(B->getSymbol());
 493
 494       if (!B_SD->getFragment())
 495         llvm_report_error("symbol '" + B->getSymbol().getName() +
 496                           "' can not be undefined in a subtraction expression");
 497
 498       // Select the appropriate difference relocation type.
 499       //
 500       // Note that there is no longer any semantic difference between these two
 501       // relocation types from the linkers point of view, this is done solely
 502       // for pedantic compatibility with 'as'.
 503       Type = A_SD->isExternal() ? RIT_Difference : RIT_LocalDifference;
 504       Value2 = B_SD->getAddress();
 505     }
 506
 507     MachRelocationEntry MRE;
 508     MRE.Word0 = ((Address   <<  0) |
 509                  (Type      << 24) |
 510                  (Log2Size  << 28) |
 511                  (IsPCRel   << 30) |
 512                  RF_Scattered);
 513     MRE.Word1 = Value;
 514     Relocs.push_back(MRE);
 515
 516     if (Type == RIT_Difference || Type == RIT_LocalDifference) {
 517       MachRelocationEntry MRE;
 518       MRE.Word0 = ((0         <<  0) |
 519                    (RIT_Pair  << 24) |
 520                    (Log2Size  << 28) |
 521                    (IsPCRel   << 30) |
 522                    RF_Scattered);
 523       MRE.Word1 = Value2;
 524       Relocs.push_back(MRE);
 525     }
 526   }
 527
 528   void ComputeRelocationInfo(MCAssembler &Asm, MCDataFragment &Fragment,
 529                              MCAsmFixup &Fixup,
 530                              std::vector<MachRelocationEntry> &Relocs) {
 531     unsigned IsPCRel = isFixupKindPCRel(Fixup.Kind);
 532     unsigned Log2Size = getFixupKindLog2Size(Fixup.Kind);
 533
 534     // FIXME: Share layout object.
 535     MCAsmLayout Layout(Asm);
 536
 537     // Evaluate the fixup; if the value was resolved, no relocation is needed.
 538     MCValue Target;
 539     if (Asm.EvaluateFixup(Layout, Fixup, &Fragment, Target, Fixup.FixedValue))
 540       return;
 541
 542     // If this is a difference or a defined symbol plus an offset, then we need
 543     // a scattered relocation entry.
 544     uint32_t Offset = Target.getConstant();
 545     if (IsPCRel)
 546       Offset += 1 << Log2Size;
 547     if (Target.getSymB() ||
 548         (Target.getSymA() && !Target.getSymA()->getSymbol().isUndefined() &&
 549          Offset))
 550       return ComputeScatteredRelocationInfo(Asm, Fragment, Fixup, Target,
 551                                             Relocs);
 552
 553     // See <reloc.h>.
 554     uint32_t Address = Fragment.getOffset() + Fixup.Offset;
 555     uint32_t Value = 0;
 556     unsigned Index = 0;
 557     unsigned IsExtern = 0;
 558     unsigned Type = 0;
 559
 560     if (Target.isAbsolute()) { // constant
 561       // SymbolNum of 0 indicates the absolute section.
 562       //
 563       // FIXME: Currently, these are never generated (see code below). I cannot
 564       // find a case where they are actually emitted.
 565       Type = RIT_Vanilla;
 566       Value = 0;
 567     } else {
 568       const MCSymbol *Symbol = &Target.getSymA()->getSymbol();
 569       MCSymbolData *SD = &Asm.getSymbolData(*Symbol);
 570
 571       if (Symbol->isUndefined()) {
 572         IsExtern = 1;
 573         Index = SD->getIndex();
 574         Value = 0;
 575       } else {
 576         // The index is the section ordinal.
 577         //
 578         // FIXME: O(N)
 579         Index = 1;
 580         MCAssembler::iterator it = Asm.begin(), ie = Asm.end();
 581         for (; it != ie; ++it, ++Index)
 582           if (&*it == SD->getFragment()->getParent())
 583             break;
 584         assert(it != ie && "Unable to find section index!");
 585         Value = SD->getAddress();
 586       }
 587
 588       Type = RIT_Vanilla;
 589     }
 590
 591     // struct relocation_info (8 bytes)
 592     MachRelocationEntry MRE;
 593     MRE.Word0 = Address;
 594     MRE.Word1 = ((Index     <<  0) |
 595                  (IsPCRel   << 24) |
 596                  (Log2Size  << 25) |
 597                  (IsExtern  << 27) |
 598                  (Type      << 28));
 599     Relocs.push_back(MRE);
 600   }
 601
 602   void BindIndirectSymbols(MCAssembler &Asm) {
 603     // This is the point where 'as' creates actual symbols for indirect symbols
 604     // (in the following two passes). It would be easier for us to do this
 605     // sooner when we see the attribute, but that makes getting the order in the
 606     // symbol table much more complicated than it is worth.
 607     //
 608     // FIXME: Revisit this when the dust settles.
 609
 610     // Bind non lazy symbol pointers first.
 611     for (MCAssembler::indirect_symbol_iterator it = Asm.indirect_symbol_begin(),
 612            ie = Asm.indirect_symbol_end(); it != ie; ++it) {
 613       // FIXME: cast<> support!
 614       const MCSectionMachO &Section =
 615         static_cast<const MCSectionMachO&>(it->SectionData->getSection());
 616
 617       if (Section.getType() != MCSectionMachO::S_NON_LAZY_SYMBOL_POINTERS)
 618         continue;
 619
 620       Asm.getOrCreateSymbolData(*it->Symbol);
 621     }
 622
 623     // Then lazy symbol pointers and symbol stubs.
 624     for (MCAssembler::indirect_symbol_iterator it = Asm.indirect_symbol_begin(),
 625            ie = Asm.indirect_symbol_end(); it != ie; ++it) {
 626       // FIXME: cast<> support!
 627       const MCSectionMachO &Section =
 628         static_cast<const MCSectionMachO&>(it->SectionData->getSection());
 629
 630       if (Section.getType() != MCSectionMachO::S_LAZY_SYMBOL_POINTERS &&
 631           Section.getType() != MCSectionMachO::S_SYMBOL_STUBS)
 632         continue;
 633
 634       // Set the symbol type to undefined lazy, but only on construction.
 635       //
 636       // FIXME: Do not hardcode.
 637       bool Created;
 638       MCSymbolData &Entry = Asm.getOrCreateSymbolData(*it->Symbol, &Created);
 639       if (Created)
 640         Entry.setFlags(Entry.getFlags() | 0x0001);
 641     }
 642   }
 643
 644   /// ComputeSymbolTable - Compute the symbol table data
 645   ///
 646   /// \param StringTable [out] - The string table data.
 647   /// \param StringIndexMap [out] - Map from symbol names to offsets in the
 648   /// string table.
 649   void ComputeSymbolTable(MCAssembler &Asm, SmallString<256> &StringTable,
 650                           std::vector<MachSymbolData> &LocalSymbolData,
 651                           std::vector<MachSymbolData> &ExternalSymbolData,
 652                           std::vector<MachSymbolData> &UndefinedSymbolData) {
 653     // Build section lookup table.
 654     DenseMap<const MCSection*, uint8_t> SectionIndexMap;
 655     unsigned Index = 1;
 656     for (MCAssembler::iterator it = Asm.begin(),
 657            ie = Asm.end(); it != ie; ++it, ++Index)
 658       SectionIndexMap[&it->getSection()] = Index;
 659     assert(Index <= 256 && "Too many sections!");
 660
 661     // Index 0 is always the empty string.
 662     StringMap<uint64_t> StringIndexMap;
 663     StringTable += '\x00';
 664
 665     // Build the symbol arrays and the string table, but only for non-local
 666     // symbols.
 667     //
 668     // The particular order that we collect the symbols and create the string
 669     // table, then sort the symbols is chosen to match 'as'. Even though it
 670     // doesn't matter for correctness, this is important for letting us diff .o
 671     // files.
 672     for (MCAssembler::symbol_iterator it = Asm.symbol_begin(),
 673            ie = Asm.symbol_end(); it != ie; ++it) {
 674       const MCSymbol &Symbol = it->getSymbol();
 675
 676       // Ignore non-linker visible symbols.
 677       if (!Asm.isSymbolLinkerVisible(it))
 678         continue;
 679
 680       if (!it->isExternal() && !Symbol.isUndefined())
 681         continue;
 682
 683       uint64_t &Entry = StringIndexMap[Symbol.getName()];
 684       if (!Entry) {
 685         Entry = StringTable.size();
 686         StringTable += Symbol.getName();
 687         StringTable += '\x00';
 688       }
 689
 690       MachSymbolData MSD;
 691       MSD.SymbolData = it;
 692       MSD.StringIndex = Entry;
 693
 694       if (Symbol.isUndefined()) {
 695         MSD.SectionIndex = 0;
 696         UndefinedSymbolData.push_back(MSD);
 697       } else if (Symbol.isAbsolute()) {
 698         MSD.SectionIndex = 0;
 699         ExternalSymbolData.push_back(MSD);
 700       } else {
 701         MSD.SectionIndex = SectionIndexMap.lookup(&Symbol.getSection());
 702         assert(MSD.SectionIndex && "Invalid section index!");
 703         ExternalSymbolData.push_back(MSD);
 704       }
 705     }
 706
 707     // Now add the data for local symbols.
 708     for (MCAssembler::symbol_iterator it = Asm.symbol_begin(),
 709            ie = Asm.symbol_end(); it != ie; ++it) {
 710       const MCSymbol &Symbol = it->getSymbol();
 711
 712       // Ignore non-linker visible symbols.
 713       if (!Asm.isSymbolLinkerVisible(it))
 714         continue;
 715
 716       if (it->isExternal() || Symbol.isUndefined())
 717         continue;
 718
 719       uint64_t &Entry = StringIndexMap[Symbol.getName()];
 720       if (!Entry) {
 721         Entry = StringTable.size();
 722         StringTable += Symbol.getName();
 723         StringTable += '\x00';
 724       }
 725
 726       MachSymbolData MSD;
 727       MSD.SymbolData = it;
 728       MSD.StringIndex = Entry;
 729
 730       if (Symbol.isAbsolute()) {
 731         MSD.SectionIndex = 0;
 732         LocalSymbolData.push_back(MSD);
 733       } else {
 734         MSD.SectionIndex = SectionIndexMap.lookup(&Symbol.getSection());
 735         assert(MSD.SectionIndex && "Invalid section index!");
 736         LocalSymbolData.push_back(MSD);
 737       }
 738     }
 739
 740     // External and undefined symbols are required to be in lexicographic order.
 741     std::sort(ExternalSymbolData.begin(), ExternalSymbolData.end());
 742     std::sort(UndefinedSymbolData.begin(), UndefinedSymbolData.end());
 743
 744     // Set the symbol indices.
 745     Index = 0;
 746     for (unsigned i = 0, e = LocalSymbolData.size(); i != e; ++i)
 747       LocalSymbolData[i].SymbolData->setIndex(Index++);
 748     for (unsigned i = 0, e = ExternalSymbolData.size(); i != e; ++i)
 749       ExternalSymbolData[i].SymbolData->setIndex(Index++);
 750     for (unsigned i = 0, e = UndefinedSymbolData.size(); i != e; ++i)
 751       UndefinedSymbolData[i].SymbolData->setIndex(Index++);
 752
 753     // The string table is padded to a multiple of 4.
 754     while (StringTable.size() % 4)
 755       StringTable += '\x00';
 756   }
 757
 758   void WriteObject(MCAssembler &Asm) {
 759     unsigned NumSections = Asm.size();
 760
 761     // Create symbol data for any indirect symbols.
 762     BindIndirectSymbols(Asm);
 763
 764     // Compute symbol table information.
 765     SmallString<256> StringTable;
 766     std::vector<MachSymbolData> LocalSymbolData;
 767     std::vector<MachSymbolData> ExternalSymbolData;
 768     std::vector<MachSymbolData> UndefinedSymbolData;
 769     unsigned NumSymbols = Asm.symbol_size();
 770
 771     // No symbol table command is written if there are no symbols.
 772     if (NumSymbols)
 773       ComputeSymbolTable(Asm, StringTable, LocalSymbolData, ExternalSymbolData,
 774                          UndefinedSymbolData);
 775
 776     // The section data starts after the header, the segment load command (and
 777     // section headers) and the symbol table.
 778     unsigned NumLoadCommands = 1;
 779     uint64_t LoadCommandsSize = Is64Bit ?
 780       SegmentLoadCommand64Size + NumSections * Section64Size :
 781       SegmentLoadCommand32Size + NumSections * Section32Size;
 782
 783     // Add the symbol table load command sizes, if used.
 784     if (NumSymbols) {
 785       NumLoadCommands += 2;
 786       LoadCommandsSize += SymtabLoadCommandSize + DysymtabLoadCommandSize;
 787     }
 788
 789     // Compute the total size of the section data, as well as its file size and
 790     // vm size.
 791     uint64_t SectionDataStart = (Is64Bit ? Header64Size : Header32Size)
 792       + LoadCommandsSize;
 793     uint64_t SectionDataSize = 0;
 794     uint64_t SectionDataFileSize = 0;
 795     uint64_t VMSize = 0;
 796     for (MCAssembler::iterator it = Asm.begin(),
 797            ie = Asm.end(); it != ie; ++it) {
 798       MCSectionData &SD = *it;
 799
 800       VMSize = std::max(VMSize, SD.getAddress() + SD.getSize());
 801
 802       if (isVirtualSection(SD.getSection()))
 803         continue;
 804
 805       SectionDataSize = std::max(SectionDataSize,
 806                                  SD.getAddress() + SD.getSize());
 807       SectionDataFileSize = std::max(SectionDataFileSize,
 808                                      SD.getAddress() + SD.getFileSize());
 809     }
 810
 811     // The section data is padded to 4 bytes.
 812     //
 813     // FIXME: Is this machine dependent?
 814     unsigned SectionDataPadding = OffsetToAlignment(SectionDataFileSize, 4);
 815     SectionDataFileSize += SectionDataPadding;
 816
 817     // Write the prolog, starting with the header and load command...
 818     WriteHeader(NumLoadCommands, LoadCommandsSize,
 819                 Asm.getSubsectionsViaSymbols());
 820     WriteSegmentLoadCommand(NumSections, VMSize,
 821                             SectionDataStart, SectionDataSize);
 822
 823     // ... and then the section headers.
 824     //
 825     // We also compute the section relocations while we do this. Note that
 826     // computing relocation info will also update the fixup to have the correct
 827     // value; this will overwrite the appropriate data in the fragment when it
 828     // is written.
 829     std::vector<MachRelocationEntry> RelocInfos;
 830     uint64_t RelocTableEnd = SectionDataStart + SectionDataFileSize;
 831     for (MCAssembler::iterator it = Asm.begin(),
 832            ie = Asm.end(); it != ie; ++it) {
 833       MCSectionData &SD = *it;
 834
 835       // The assembler writes relocations in the reverse order they were seen.
 836       //
 837       // FIXME: It is probably more complicated than this.
 838       unsigned NumRelocsStart = RelocInfos.size();
 839       for (MCSectionData::reverse_iterator it2 = SD.rbegin(),
 840              ie2 = SD.rend(); it2 != ie2; ++it2)
 841         if (MCDataFragment *DF = dyn_cast<MCDataFragment>(&*it2))
 842           for (unsigned i = 0, e = DF->fixup_size(); i != e; ++i)
 843             ComputeRelocationInfo(Asm, *DF, DF->getFixups()[e - i - 1],
 844                                   RelocInfos);
 845
 846       unsigned NumRelocs = RelocInfos.size() - NumRelocsStart;
 847       uint64_t SectionStart = SectionDataStart + SD.getAddress();
 848       WriteSection(SD, SectionStart, RelocTableEnd, NumRelocs);
 849       RelocTableEnd += NumRelocs * RelocationInfoSize;
 850     }
 851
 852     // Write the symbol table load command, if used.
 853     if (NumSymbols) {
 854       unsigned FirstLocalSymbol = 0;
 855       unsigned NumLocalSymbols = LocalSymbolData.size();
 856       unsigned FirstExternalSymbol = FirstLocalSymbol + NumLocalSymbols;
 857       unsigned NumExternalSymbols = ExternalSymbolData.size();
 858       unsigned FirstUndefinedSymbol = FirstExternalSymbol + NumExternalSymbols;
 859       unsigned NumUndefinedSymbols = UndefinedSymbolData.size();
 860       unsigned NumIndirectSymbols = Asm.indirect_symbol_size();
 861       unsigned NumSymTabSymbols =
 862         NumLocalSymbols + NumExternalSymbols + NumUndefinedSymbols;
 863       uint64_t IndirectSymbolSize = NumIndirectSymbols * 4;
 864       uint64_t IndirectSymbolOffset = 0;
 865
 866       // If used, the indirect symbols are written after the section data.
 867       if (NumIndirectSymbols)
 868         IndirectSymbolOffset = RelocTableEnd;
 869
 870       // The symbol table is written after the indirect symbol data.
 871       uint64_t SymbolTableOffset = RelocTableEnd + IndirectSymbolSize;
 872
 873       // The string table is written after symbol table.
 874       uint64_t StringTableOffset =
 875         SymbolTableOffset + NumSymTabSymbols * (Is64Bit ? Nlist64Size :
 876                                                 Nlist32Size);
 877       WriteSymtabLoadCommand(SymbolTableOffset, NumSymTabSymbols,
 878                              StringTableOffset, StringTable.size());
 879
 880       WriteDysymtabLoadCommand(FirstLocalSymbol, NumLocalSymbols,
 881                                FirstExternalSymbol, NumExternalSymbols,
 882                                FirstUndefinedSymbol, NumUndefinedSymbols,
 883                                IndirectSymbolOffset, NumIndirectSymbols);
 884     }
 885
 886     // Write the actual section data.
 887     for (MCAssembler::iterator it = Asm.begin(), ie = Asm.end(); it != ie; ++it)
 888       WriteFileData(OS, *it, *this);
 889
 890     // Write the extra padding.
 891     WriteZeros(SectionDataPadding);
 892
 893     // Write the relocation entries.
 894     for (unsigned i = 0, e = RelocInfos.size(); i != e; ++i) {
 895       Write32(RelocInfos[i].Word0);
 896       Write32(RelocInfos[i].Word1);
 897     }
 898
 899     // Write the symbol table data, if used.
 900     if (NumSymbols) {
 901       // Write the indirect symbol entries.
 902       for (MCAssembler::indirect_symbol_iterator
 903              it = Asm.indirect_symbol_begin(),
 904              ie = Asm.indirect_symbol_end(); it != ie; ++it) {
 905         // Indirect symbols in the non lazy symbol pointer section have some
 906         // special handling.
 907         const MCSectionMachO &Section =
 908           static_cast<const MCSectionMachO&>(it->SectionData->getSection());
 909         if (Section.getType() == MCSectionMachO::S_NON_LAZY_SYMBOL_POINTERS) {
 910           // If this symbol is defined and internal, mark it as such.
 911           if (it->Symbol->isDefined() &&
 912               !Asm.getSymbolData(*it->Symbol).isExternal()) {
 913             uint32_t Flags = ISF_Local;
 914             if (it->Symbol->isAbsolute())
 915               Flags |= ISF_Absolute;
 916             Write32(Flags);
 917             continue;
 918           }
 919         }
 920
 921         Write32(Asm.getSymbolData(*it->Symbol).getIndex());
 922       }
 923
 924       // FIXME: Check that offsets match computed ones.
 925
 926       // Write the symbol table entries.
 927       for (unsigned i = 0, e = LocalSymbolData.size(); i != e; ++i)
 928         WriteNlist(LocalSymbolData[i]);
 929       for (unsigned i = 0, e = ExternalSymbolData.size(); i != e; ++i)
 930         WriteNlist(ExternalSymbolData[i]);
 931       for (unsigned i = 0, e = UndefinedSymbolData.size(); i != e; ++i)
 932         WriteNlist(UndefinedSymbolData[i]);
 933
 934       // Write the string table.
 935       OS << StringTable.str();
 936     }
 937   }
 938
 939   void ApplyFixup(const MCAsmFixup &Fixup, MCDataFragment &DF) {
 940     unsigned Size = 1 << getFixupKindLog2Size(Fixup.Kind);
 941
 942     // FIXME: Endianness assumption.
 943     assert(Fixup.Offset + Size <= DF.getContents().size() &&
 944            "Invalid fixup offset!");
 945     for (unsigned i = 0; i != Size; ++i)
 946       DF.getContents()[Fixup.Offset + i] = uint8_t(Fixup.FixedValue >> (i * 8));
 947   }
 948 };
 949
 950 /* *** */
 951
 952 MCFragment::MCFragment() : Kind(FragmentType(~0)) {
 953 }
 954
 955 MCFragment::MCFragment(FragmentType _Kind, MCSectionData *_Parent)
 956   : Kind(_Kind),
 957     Parent(_Parent),
 958     FileSize(~UINT64_C(0))
 959 {
 960   if (Parent)
 961     Parent->getFragmentList().push_back(this);
 962 }
 963
 964 MCFragment::~MCFragment() {
 965 }
 966
 967 uint64_t MCFragment::getAddress() const {
 968   assert(getParent() && "Missing Section!");
 969   return getParent()->getAddress() + Offset;
 970 }
 971
 972 /* *** */
 973
 974 MCSectionData::MCSectionData() : Section(0) {}
 975
 976 MCSectionData::MCSectionData(const MCSection &_Section, MCAssembler *A)
 977   : Section(&_Section),
 978     Alignment(1),
 979     Address(~UINT64_C(0)),
 980     Size(~UINT64_C(0)),
 981     FileSize(~UINT64_C(0)),
 982     HasInstructions(false)
 983 {
 984   if (A)
 985     A->getSectionList().push_back(this);
 986 }
 987
 988 /* *** */
 989
 990 MCSymbolData::MCSymbolData() : Symbol(0) {}
 991
 992 MCSymbolData::MCSymbolData(const MCSymbol &_Symbol, MCFragment *_Fragment,
 993                            uint64_t _Offset, MCAssembler *A)
 994   : Symbol(&_Symbol), Fragment(_Fragment), Offset(_Offset),
 995     IsExternal(false), IsPrivateExtern(false),
 996     CommonSize(0), CommonAlign(0), Flags(0), Index(0)
 997 {
 998   if (A)
 999     A->getSymbolList().push_back(this);
1000 }
1001
1002 /* *** */
1003
1004 MCAssembler::MCAssembler(MCContext &_Context, TargetAsmBackend &_Backend,
1005                          raw_ostream &_OS)
1006   : Context(_Context), Backend(_Backend), OS(_OS), SubsectionsViaSymbols(false)
1007 {
1008 }
1009
1010 MCAssembler::~MCAssembler() {
1011 }
1012
1013 static bool isScatteredFixupFullyResolvedSimple(const MCAssembler &Asm,
1014                                                 const MCAsmFixup &Fixup,
1015                                                 const MCDataFragment *DF,
1016                                                 const MCValue Target,
1017                                                 const MCSection *BaseSection) {
1018   // The effective fixup address is
1019   //     addr(atom(A)) + offset(A)
1020   //   - addr(atom(B)) - offset(B)
1021   //   - addr(<base symbol>) + <fixup offset from base symbol>
1022   // and the offsets are not relocatable, so the fixup is fully resolved when
1023   //  addr(atom(A)) - addr(atom(B)) - addr(<base symbol>)) == 0.
1024   //
1025   // The simple (Darwin, except on x86_64) way of dealing with this was to
1026   // assume that any reference to a temporary symbol *must* be a temporary
1027   // symbol in the same atom, unless the sections differ. Therefore, any PCrel
1028   // relocation to a temporary symbol (in the same section) is fully
1029   // resolved. This also works in conjunction with absolutized .set, which
1030   // requires the compiler to use .set to absolutize the differences between
1031   // symbols which the compiler knows to be assembly time constants, so we don't
1032   // need to worry about consider symbol differences fully resolved.
1033
1034   // Non-relative fixups are only resolved if constant.
1035   if (!BaseSection)
1036     return Target.isAbsolute();
1037
1038   // Otherwise, relative fixups are only resolved if not a difference and the
1039   // target is a temporary in the same section.
1040   if (Target.isAbsolute() || Target.getSymB())
1041     return false;
1042
1043   const MCSymbol *A = &Target.getSymA()->getSymbol();
1044   if (!A->isTemporary() || !A->isInSection() ||
1045       &A->getSection() != BaseSection)
1046     return false;
1047
1048   return true;
1049 }
1050
1051 static bool isScatteredFixupFullyResolved(const MCAssembler &Asm,
1052                                           const MCAsmFixup &Fixup,
1053                                           const MCDataFragment *DF,
1054                                           const MCValue Target,
1055                                           const MCSymbolData *BaseSymbol) {
1056   // The effective fixup address is
1057   //     addr(atom(A)) + offset(A)
1058   //   - addr(atom(B)) - offset(B)
1059   //   - addr(BaseSymbol) + <fixup offset from base symbol>
1060   // and the offsets are not relocatable, so the fixup is fully resolved when
1061   //  addr(atom(A)) - addr(atom(B)) - addr(BaseSymbol) == 0.
1062   //
1063   // Note that "false" is almost always conservatively correct (it means we emit
1064   // a relocation which is unnecessary), except when it would force us to emit a
1065   // relocation which the target cannot encode.
1066
1067   const MCSymbolData *A_Base = 0, *B_Base = 0;
1068   if (const MCSymbolRefExpr *A = Target.getSymA()) {
1069     // Modified symbol references cannot be resolved.
1070     if (A->getKind() != MCSymbolRefExpr::VK_None)
1071       return false;
1072
1073     A_Base = Asm.getAtom(&Asm.getSymbolData(A->getSymbol()));
1074     if (!A_Base)
1075       return false;
1076   }
1077
1078   if (const MCSymbolRefExpr *B = Target.getSymB()) {
1079     // Modified symbol references cannot be resolved.
1080     if (B->getKind() != MCSymbolRefExpr::VK_None)
1081       return false;
1082
1083     B_Base = Asm.getAtom(&Asm.getSymbolData(B->getSymbol()));
1084     if (!B_Base)
1085       return false;
1086   }
1087
1088   // If there is no base, A and B have to be the same atom for this fixup to be
1089   // fully resolved.
1090   if (!BaseSymbol)
1091     return A_Base == B_Base;
1092
1093   // Otherwise, B must be missing and A must be the base.
1094   return !B_Base && BaseSymbol == A_Base;
1095 }
1096
1097 bool MCAssembler::isSymbolLinkerVisible(const MCSymbolData *SD) const {
1098   // Non-temporary labels should always be visible to the linker.
1099   if (!SD->getSymbol().isTemporary())
1100     return true;
1101
1102   // Absolute temporary labels are never visible.
1103   if (!SD->getFragment())
1104     return false;
1105
1106   // Otherwise, check if the section requires symbols even for temporary labels.
1107   return getBackend().doesSectionRequireSymbols(
1108     SD->getFragment()->getParent()->getSection());
1109 }
1110
1111 const MCSymbolData *MCAssembler::getAtomForAddress(const MCSectionData *Section,
1112                                                    uint64_t Address) const {
1113   const MCSymbolData *Best = 0;
1114   for (MCAssembler::const_symbol_iterator it = symbol_begin(),
1115          ie = symbol_end(); it != ie; ++it) {
1116     // Ignore non-linker visible symbols.
1117     if (!isSymbolLinkerVisible(it))
1118       continue;
1119
1120     // Ignore symbols not in the same section.
1121     if (!it->getFragment() || it->getFragment()->getParent() != Section)
1122       continue;
1123
1124     // Otherwise, find the closest symbol preceding this address (ties are
1125     // resolved in favor of the last defined symbol).
1126     if (it->getAddress() <= Address &&
1127         (!Best || it->getAddress() >= Best->getAddress()))
1128       Best = it;
1129   }
1130
1131   return Best;
1132 }
1133
1134 const MCSymbolData *MCAssembler::getAtom(const MCSymbolData *SD) const {
1135   // Linker visible symbols define atoms.
1136   if (isSymbolLinkerVisible(SD))
1137     return SD;
1138
1139   // Absolute and undefined symbols have no defining atom.
1140   if (!SD->getFragment())
1141     return 0;
1142
1143   // Otherwise, search by address.
1144   return getAtomForAddress(SD->getFragment()->getParent(), SD->getAddress());
1145 }
1146
1147 bool MCAssembler::EvaluateFixup(const MCAsmLayout &Layout, MCAsmFixup &Fixup,
1148                                 MCDataFragment *DF,
1149                                 MCValue &Target, uint64_t &Value) const {
1150   if (!Fixup.Value->EvaluateAsRelocatable(Target, &Layout))
1151     llvm_report_error("expected relocatable expression");
1152
1153   // FIXME: How do non-scattered symbols work in ELF? I presume the linker
1154   // doesn't support small relocations, but then under what criteria does the
1155   // assembler allow symbol differences?
1156
1157   Value = Target.getConstant();
1158
1159   bool IsResolved = true, IsPCRel = isFixupKindPCRel(Fixup.Kind);
1160   if (const MCSymbolRefExpr *A = Target.getSymA()) {
1161     if (A->getSymbol().isDefined())
1162       Value += getSymbolData(A->getSymbol()).getAddress();
1163     else
1164       IsResolved = false;
1165   }
1166   if (const MCSymbolRefExpr *B = Target.getSymB()) {
1167     if (B->getSymbol().isDefined())
1168       Value -= getSymbolData(B->getSymbol()).getAddress();
1169     else
1170       IsResolved = false;
1171   }
1172
1173   // If we are using scattered symbols, determine whether this value is actually
1174   // resolved; scattering may cause atoms to move.
1175   if (IsResolved && getBackend().hasScatteredSymbols()) {
1176     if (getBackend().hasReliableSymbolDifference()) {
1177       // If this is a PCrel relocation, find the base atom (identified by its
1178       // symbol) that the fixup value is relative to.
1179       const MCSymbolData *BaseSymbol = 0;
1180       if (IsPCRel) {
1181         BaseSymbol = getAtomForAddress(
1182           DF->getParent(), DF->getAddress() + Fixup.Offset);
1183         if (!BaseSymbol)
1184           IsResolved = false;
1185       }
1186
1187       if (IsResolved)
1188         IsResolved = isScatteredFixupFullyResolved(*this, Fixup, DF, Target,
1189                                                    BaseSymbol);
1190     } else {
1191       const MCSection *BaseSection = 0;
1192       if (IsPCRel)
1193         BaseSection = &DF->getParent()->getSection();
1194
1195       IsResolved = isScatteredFixupFullyResolvedSimple(*this, Fixup, DF, Target,
1196                                                        BaseSection);
1197     }
1198   }
1199
1200   if (IsPCRel)
1201     Value -= DF->getAddress() + Fixup.Offset;
1202
1203   return IsResolved;
1204 }
1205
1206 void MCAssembler::LayoutSection(MCSectionData &SD) {
1207   MCAsmLayout Layout(*this);
1208   uint64_t Address = SD.getAddress();
1209
1210   for (MCSectionData::iterator it = SD.begin(), ie = SD.end(); it != ie; ++it) {
1211     MCFragment &F = *it;
1212
1213     F.setOffset(Address - SD.getAddress());
1214
1215     // Evaluate fragment size.
1216     switch (F.getKind()) {
1217     case MCFragment::FT_Align: {
1218       MCAlignFragment &AF = cast<MCAlignFragment>(F);
1219
1220       uint64_t Size = OffsetToAlignment(Address, AF.getAlignment());
1221       if (Size > AF.getMaxBytesToEmit())
1222         AF.setFileSize(0);
1223       else
1224         AF.setFileSize(Size);
1225       break;
1226     }
1227
1228     case MCFragment::FT_Data:
1229     case MCFragment::FT_Fill:
1230       F.setFileSize(F.getMaxFileSize());
1231       break;
1232
1233     case MCFragment::FT_Org: {
1234       MCOrgFragment &OF = cast<MCOrgFragment>(F);
1235
1236       int64_t TargetLocation;
1237       if (!OF.getOffset().EvaluateAsAbsolute(TargetLocation, &Layout))
1238         llvm_report_error("expected assembly-time absolute expression");
1239
1240       // FIXME: We need a way to communicate this error.
1241       int64_t Offset = TargetLocation - F.getOffset();
1242       if (Offset < 0)
1243         llvm_report_error("invalid .org offset '" + Twine(TargetLocation) +
1244                           "' (at offset '" + Twine(F.getOffset()) + "'");
1245
1246       F.setFileSize(Offset);
1247       break;
1248     }
1249
1250     case MCFragment::FT_ZeroFill: {
1251       MCZeroFillFragment &ZFF = cast<MCZeroFillFragment>(F);
1252
1253       // Align the fragment offset; it is safe to adjust the offset freely since
1254       // this is only in virtual sections.
1255       Address = RoundUpToAlignment(Address, ZFF.getAlignment());
1256       F.setOffset(Address - SD.getAddress());
1257
1258       // FIXME: This is misnamed.
1259       F.setFileSize(ZFF.getSize());
1260       break;
1261     }
1262     }
1263
1264     Address += F.getFileSize();
1265   }
1266
1267   // Set the section sizes.
1268   SD.setSize(Address - SD.getAddress());
1269   if (isVirtualSection(SD.getSection()))
1270     SD.setFileSize(0);
1271   else
1272     SD.setFileSize(Address - SD.getAddress());
1273 }
1274
1275 /// WriteNopData - Write optimal nops to the output file for the \arg Count
1276 /// bytes.  This returns the number of bytes written.  It may return 0 if
1277 /// the \arg Count is more than the maximum optimal nops.
1278 ///
1279 /// FIXME this is X86 32-bit specific and should move to a better place.
1280 static uint64_t WriteNopData(uint64_t Count, MachObjectWriter &MOW) {
1281   static const uint8_t Nops[16][16] = {
1282     // nop
1283     {0x90},
1284     // xchg %ax,%ax
1285     {0x66, 0x90},
1286     // nopl (%[re]ax)
1287     {0x0f, 0x1f, 0x00},
1288     // nopl 0(%[re]ax)
1289     {0x0f, 0x1f, 0x40, 0x00},
1290     // nopl 0(%[re]ax,%[re]ax,1)
1291     {0x0f, 0x1f, 0x44, 0x00, 0x00},
1292     // nopw 0(%[re]ax,%[re]ax,1)
1293     {0x66, 0x0f, 0x1f, 0x44, 0x00, 0x00},
1294     // nopl 0L(%[re]ax)
1295     {0x0f, 0x1f, 0x80, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00},
1296     // nopl 0L(%[re]ax,%[re]ax,1)
1297     {0x0f, 0x1f, 0x84, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00},
1298     // nopw 0L(%[re]ax,%[re]ax,1)
1299     {0x66, 0x0f, 0x1f, 0x84, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00},
1300     // nopw %cs:0L(%[re]ax,%[re]ax,1)
1301     {0x66, 0x2e, 0x0f, 0x1f, 0x84, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00},
1302     // nopl 0(%[re]ax,%[re]ax,1)
1303     // nopw 0(%[re]ax,%[re]ax,1)
1304     {0x0f, 0x1f, 0x44, 0x00, 0x00,
1305      0x66, 0x0f, 0x1f, 0x44, 0x00, 0x00},
1306     // nopw 0(%[re]ax,%[re]ax,1)
1307     // nopw 0(%[re]ax,%[re]ax,1)
1308     {0x66, 0x0f, 0x1f, 0x44, 0x00, 0x00,
1309      0x66, 0x0f, 0x1f, 0x44, 0x00, 0x00},
1310     // nopw 0(%[re]ax,%[re]ax,1)
1311     // nopl 0L(%[re]ax) */
1312     {0x66, 0x0f, 0x1f, 0x44, 0x00, 0x00,
1313      0x0f, 0x1f, 0x80, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00},
1314     // nopl 0L(%[re]ax)
1315     // nopl 0L(%[re]ax)
1316     {0x0f, 0x1f, 0x80, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
1317      0x0f, 0x1f, 0x80, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00},
1318     // nopl 0L(%[re]ax)
1319     // nopl 0L(%[re]ax,%[re]ax,1)
1320     {0x0f, 0x1f, 0x80, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
1321      0x0f, 0x1f, 0x84, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00}
1322   };
1323
1324   if (Count > 15)
1325     return 0;
1326
1327   for (uint64_t i = 0; i < Count; i++)
1328     MOW.Write8 (uint8_t(Nops[Count - 1][i]));
1329
1330   return Count;
1331 }
1332
1333 /// WriteFileData - Write the \arg F data to the output file.
1334 static void WriteFileData(raw_ostream &OS, const MCFragment &F,
1335                           MachObjectWriter &MOW) {
1336   uint64_t Start = OS.tell();
1337   (void) Start;
1338
1339   ++EmittedFragments;
1340
1341   // FIXME: Embed in fragments instead?
1342   switch (F.getKind()) {
1343   case MCFragment::FT_Align: {
1344     MCAlignFragment &AF = cast<MCAlignFragment>(F);
1345     uint64_t Count = AF.getFileSize() / AF.getValueSize();
1346
1347     // FIXME: This error shouldn't actually occur (the front end should emit
1348     // multiple .align directives to enforce the semantics it wants), but is
1349     // severe enough that we want to report it. How to handle this?
1350     if (Count * AF.getValueSize() != AF.getFileSize())
1351       llvm_report_error("undefined .align directive, value size '" +
1352                         Twine(AF.getValueSize()) +
1353                         "' is not a divisor of padding size '" +
1354                         Twine(AF.getFileSize()) + "'");
1355
1356     // See if we are aligning with nops, and if so do that first to try to fill
1357     // the Count bytes.  Then if that did not fill any bytes or there are any
1358     // bytes left to fill use the the Value and ValueSize to fill the rest.
1359     if (AF.getEmitNops()) {
1360       uint64_t NopByteCount = WriteNopData(Count, MOW);
1361       Count -= NopByteCount;
1362     }
1363
1364     for (uint64_t i = 0; i != Count; ++i) {
1365       switch (AF.getValueSize()) {
1366       default:
1367         assert(0 && "Invalid size!");
1368       case 1: MOW.Write8 (uint8_t (AF.getValue())); break;
1369       case 2: MOW.Write16(uint16_t(AF.getValue())); break;
1370       case 4: MOW.Write32(uint32_t(AF.getValue())); break;
1371       case 8: MOW.Write64(uint64_t(AF.getValue())); break;
1372       }
1373     }
1374     break;
1375   }
1376
1377   case MCFragment::FT_Data: {
1378     MCDataFragment &DF = cast<MCDataFragment>(F);
1379
1380     // Apply the fixups.
1381     //
1382     // FIXME: Move elsewhere.
1383     for (MCDataFragment::const_fixup_iterator it = DF.fixup_begin(),
1384            ie = DF.fixup_end(); it != ie; ++it)
1385       MOW.ApplyFixup(*it, DF);
1386
1387     OS << cast<MCDataFragment>(F).getContents().str();
1388     break;
1389   }
1390
1391   case MCFragment::FT_Fill: {
1392     MCFillFragment &FF = cast<MCFillFragment>(F);
1393     for (uint64_t i = 0, e = FF.getCount(); i != e; ++i) {
1394       switch (FF.getValueSize()) {
1395       default:
1396         assert(0 && "Invalid size!");
1397       case 1: MOW.Write8 (uint8_t (FF.getValue())); break;
1398       case 2: MOW.Write16(uint16_t(FF.getValue())); break;
1399       case 4: MOW.Write32(uint32_t(FF.getValue())); break;
1400       case 8: MOW.Write64(uint64_t(FF.getValue())); break;
1401       }
1402     }
1403     break;
1404   }
1405
1406   case MCFragment::FT_Org: {
1407     MCOrgFragment &OF = cast<MCOrgFragment>(F);
1408
1409     for (uint64_t i = 0, e = OF.getFileSize(); i != e; ++i)
1410       MOW.Write8(uint8_t(OF.getValue()));
1411
1412     break;
1413   }
1414
1415   case MCFragment::FT_ZeroFill: {
1416     assert(0 && "Invalid zero fill fragment in concrete section!");
1417     break;
1418   }
1419   }
1420
1421   assert(OS.tell() - Start == F.getFileSize());
1422 }
1423
1424 /// WriteFileData - Write the \arg SD data to the output file.
1425 static void WriteFileData(raw_ostream &OS, const MCSectionData &SD,
1426                           MachObjectWriter &MOW) {
1427   // Ignore virtual sections.
1428   if (isVirtualSection(SD.getSection())) {
1429     assert(SD.getFileSize() == 0);
1430     return;
1431   }
1432
1433   uint64_t Start = OS.tell();
1434   (void) Start;
1435
1436   for (MCSectionData::const_iterator it = SD.begin(),
1437          ie = SD.end(); it != ie; ++it)
1438     WriteFileData(OS, *it, MOW);
1439
1440   // Add section padding.
1441   assert(SD.getFileSize() >= SD.getSize() && "Invalid section sizes!");
1442   MOW.WriteZeros(SD.getFileSize() - SD.getSize());
1443
1444   assert(OS.tell() - Start == SD.getFileSize());
1445 }
1446
1447 void MCAssembler::Finish() {
1448   DEBUG_WITH_TYPE("mc-dump", {
1449       llvm::errs() << "assembler backend - pre-layout\n--\n";
1450       dump(); });
1451
1452   // Layout until everything fits.
1453   while (LayoutOnce())
1454     continue;
1455
1456   DEBUG_WITH_TYPE("mc-dump", {
1457       llvm::errs() << "assembler backend - post-layout\n--\n";
1458       dump(); });
1459
1460   // Write the object file.
1461   //
1462   // FIXME: Factor out MCObjectWriter.
1463   bool Is64Bit = StringRef(getBackend().getTarget().getName()) == "x86-64";
1464   MachObjectWriter MOW(OS, Is64Bit);
1465   MOW.WriteObject(*this);
1466
1467   OS.flush();
1468 }
1469
1470 bool MCAssembler::FixupNeedsRelaxation(MCAsmFixup &Fixup, MCDataFragment *DF) {
1471   // FIXME: Share layout object.
1472   MCAsmLayout Layout(*this);
1473
1474   // Currently we only need to relax X86::reloc_pcrel_1byte.
1475   if (unsigned(Fixup.Kind) != X86::reloc_pcrel_1byte)
1476     return false;
1477
1478   // If we cannot resolve the fixup value, it requires relaxation.
1479   MCValue Target;
1480   uint64_t Value;
1481   if (!EvaluateFixup(Layout, Fixup, DF, Target, Value))
1482     return true;
1483
1484   // Otherwise, relax if the value is too big for a (signed) i8.
1485   return int64_t(Value) != int64_t(int8_t(Value));
1486 }
1487
1488 bool MCAssembler::LayoutOnce() {
1489   // Layout the concrete sections and fragments.
1490   uint64_t Address = 0;
1491   MCSectionData *Prev = 0;
1492   for (iterator it = begin(), ie = end(); it != ie; ++it) {
1493     MCSectionData &SD = *it;
1494
1495     // Skip virtual sections.
1496     if (isVirtualSection(SD.getSection()))
1497       continue;
1498
1499     // Align this section if necessary by adding padding bytes to the previous
1500     // section.
1501     if (uint64_t Pad = OffsetToAlignment(Address, it->getAlignment())) {
1502       assert(Prev && "Missing prev section!");
1503       Prev->setFileSize(Prev->getFileSize() + Pad);
1504       Address += Pad;
1505     }
1506
1507     // Layout the section fragments and its size.
1508     SD.setAddress(Address);
1509     LayoutSection(SD);
1510     Address += SD.getFileSize();
1511
1512     Prev = &SD;
1513   }
1514
1515   // Layout the virtual sections.
1516   for (iterator it = begin(), ie = end(); it != ie; ++it) {
1517     MCSectionData &SD = *it;
1518
1519     if (!isVirtualSection(SD.getSection()))
1520       continue;
1521
1522     // Align this section if necessary by adding padding bytes to the previous
1523     // section.
1524     if (uint64_t Pad = OffsetToAlignment(Address, it->getAlignment()))
1525       Address += Pad;
1526
1527     SD.setAddress(Address);
1528     LayoutSection(SD);
1529     Address += SD.getSize();
1530   }
1531
1532   // Scan the fixups in order and relax any that don't fit.
1533   for (iterator it = begin(), ie = end(); it != ie; ++it) {
1534     MCSectionData &SD = *it;
1535
1536     for (MCSectionData::iterator it2 = SD.begin(),
1537            ie2 = SD.end(); it2 != ie2; ++it2) {
1538       MCDataFragment *DF = dyn_cast<MCDataFragment>(it2);
1539       if (!DF)
1540         continue;
1541
1542       for (MCDataFragment::fixup_iterator it3 = DF->fixup_begin(),
1543              ie3 = DF->fixup_end(); it3 != ie3; ++it3) {
1544         MCAsmFixup &Fixup = *it3;
1545
1546         // Check whether we need to relax this fixup.
1547         if (!FixupNeedsRelaxation(Fixup, DF))
1548           continue;
1549
1550         // Relax the instruction.
1551         //
1552         // FIXME: This is a huge temporary hack which just looks for x86
1553         // branches; the only thing we need to relax on x86 is
1554         // 'X86::reloc_pcrel_1byte'. Once we have MCInst fragments, this will be
1555         // replaced by a TargetAsmBackend hook (most likely tblgen'd) to relax
1556         // an individual MCInst.
1557         SmallVectorImpl<char> &C = DF->getContents();
1558         uint64_t PrevOffset = Fixup.Offset;
1559         unsigned Amt = 0;
1560
1561           // jcc instructions
1562         if (unsigned(C[Fixup.Offset-1]) >= 0x70 &&
1563             unsigned(C[Fixup.Offset-1]) <= 0x7f) {
1564           C[Fixup.Offset] = C[Fixup.Offset-1] + 0x10;
1565           C[Fixup.Offset-1] = char(0x0f);
1566           ++Fixup.Offset;
1567           Amt = 4;
1568
1569           // jmp rel8
1570         } else if (C[Fixup.Offset-1] == char(0xeb)) {
1571           C[Fixup.Offset-1] = char(0xe9);
1572           Amt = 3;
1573
1574         } else
1575           llvm_unreachable("unknown 1 byte pcrel instruction!");
1576
1577         Fixup.Value = MCBinaryExpr::Create(
1578           MCBinaryExpr::Sub, Fixup.Value,
1579           MCConstantExpr::Create(3, getContext()),
1580           getContext());
1581         C.insert(C.begin() + Fixup.Offset, Amt, char(0));
1582         Fixup.Kind = MCFixupKind(X86::reloc_pcrel_4byte);
1583
1584         // Update the remaining fixups, which have slid.
1585         //
1586         // FIXME: This is bad for performance, but will be eliminated by the
1587         // move to MCInst specific fragments.
1588         ++it3;
1589         for (; it3 != ie3; ++it3)
1590           it3->Offset += Amt;
1591
1592         // Update all the symbols for this fragment, which may have slid.
1593         //
1594         // FIXME: This is really really bad for performance, but will be
1595         // eliminated by the move to MCInst specific fragments.
1596         for (MCAssembler::symbol_iterator it = symbol_begin(),
1597                ie = symbol_end(); it != ie; ++it) {
1598           MCSymbolData &SD = *it;
1599
1600           if (it->getFragment() != DF)
1601             continue;
1602
1603           if (SD.getOffset() > PrevOffset)
1604             SD.setOffset(SD.getOffset() + Amt);
1605         }
1606
1607         // Restart layout.
1608         //
1609         // FIXME: This is O(N^2), but will be eliminated once we have a smart
1610         // MCAsmLayout object.
1611         return true;
1612       }
1613     }
1614   }
1615
1616   return false;
1617 }
1618
1619 // Debugging methods
1620
1621 namespace llvm {
1622
1623 raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const MCAsmFixup &AF) {
1624   OS << "<MCAsmFixup" << " Offset:" << AF.Offset << " Value:" << *AF.Value
1625      << " Kind:" << AF.Kind << ">";
1626   return OS;
1627 }
1628
1629 }
1630
1631 void MCFragment::dump() {
1632   raw_ostream &OS = llvm::errs();
1633
1634   OS << "<MCFragment " << (void*) this << " Offset:" << Offset
1635      << " FileSize:" << FileSize;
1636
1637   OS << ">";
1638 }
1639
1640 void MCAlignFragment::dump() {
1641   raw_ostream &OS = llvm::errs();
1642
1643   OS << "<MCAlignFragment ";
1644   this->MCFragment::dump();
1645   OS << "\n       ";
1646   OS << " Alignment:" << getAlignment()
1647      << " Value:" << getValue() << " ValueSize:" << getValueSize()
1648      << " MaxBytesToEmit:" << getMaxBytesToEmit() << ">";
1649 }
1650
1651 void MCDataFragment::dump() {
1652   raw_ostream &OS = llvm::errs();
1653
1654   OS << "<MCDataFragment ";
1655   this->MCFragment::dump();
1656   OS << "\n       ";
1657   OS << " Contents:[";
1658   for (unsigned i = 0, e = getContents().size(); i != e; ++i) {
1659     if (i) OS << ",";
1660     OS << hexdigit((Contents[i] >> 4) & 0xF) << hexdigit(Contents[i] & 0xF);
1661   }
1662   OS << "] (" << getContents().size() << " bytes)";
1663
1664   if (!getFixups().empty()) {
1665     OS << ",\n       ";
1666     OS << " Fixups:[";
1667     for (fixup_iterator it = fixup_begin(), ie = fixup_end(); it != ie; ++it) {
1668       if (it != fixup_begin()) OS << ",\n                ";
1669       OS << *it;
1670     }
1671     OS << "]";
1672   }
1673
1674   OS << ">";
1675 }
1676
1677 void MCFillFragment::dump() {
1678   raw_ostream &OS = llvm::errs();
1679
1680   OS << "<MCFillFragment ";
1681   this->MCFragment::dump();
1682   OS << "\n       ";
1683   OS << " Value:" << getValue() << " ValueSize:" << getValueSize()
1684      << " Count:" << getCount() << ">";
1685 }
1686
1687 void MCOrgFragment::dump() {
1688   raw_ostream &OS = llvm::errs();
1689
1690   OS << "<MCOrgFragment ";
1691   this->MCFragment::dump();
1692   OS << "\n       ";
1693   OS << " Offset:" << getOffset() << " Value:" << getValue() << ">";
1694 }
1695
1696 void MCZeroFillFragment::dump() {
1697   raw_ostream &OS = llvm::errs();
1698
1699   OS << "<MCZeroFillFragment ";
1700   this->MCFragment::dump();
1701   OS << "\n       ";
1702   OS << " Size:" << getSize() << " Alignment:" << getAlignment() << ">";
1703 }
1704
1705 void MCSectionData::dump() {
1706   raw_ostream &OS = llvm::errs();
1707
1708   OS << "<MCSectionData";
1709   OS << " Alignment:" << getAlignment() << " Address:" << Address
1710      << " Size:" << Size << " FileSize:" << FileSize
1711      << " Fragments:[\n      ";
1712   for (iterator it = begin(), ie = end(); it != ie; ++it) {
1713     if (it != begin()) OS << ",\n      ";
1714     it->dump();
1715   }
1716   OS << "]>";
1717 }
1718
1719 void MCSymbolData::dump() {
1720   raw_ostream &OS = llvm::errs();
1721
1722   OS << "<MCSymbolData Symbol:" << getSymbol()
1723      << " Fragment:" << getFragment() << " Offset:" << getOffset()
1724      << " Flags:" << getFlags() << " Index:" << getIndex();
1725   if (isCommon())
1726     OS << " (common, size:" << getCommonSize()
1727        << " align: " << getCommonAlignment() << ")";
1728   if (isExternal())
1729     OS << " (external)";
1730   if (isPrivateExtern())
1731     OS << " (private extern)";
1732   OS << ">";
1733 }
1734
1735 void MCAssembler::dump() {
1736   raw_ostream &OS = llvm::errs();
1737
1738   OS << "<MCAssembler\n";
1739   OS << "  Sections:[\n    ";
1740   for (iterator it = begin(), ie = end(); it != ie; ++it) {
1741     if (it != begin()) OS << ",\n    ";
1742     it->dump();
1743   }
1744   OS << "],\n";
1745   OS << "  Symbols:[";
1746
1747   for (symbol_iterator it = symbol_begin(), ie = symbol_end(); it != ie; ++it) {
1748     if (it != symbol_begin()) OS << ",\n           ";
1749     it->dump();
1750   }
1751   OS << "]>\n";
1752 }