tools/gccld/gccld.cpp

   1 //===- gccld.cpp - LLVM 'ld' compatible linker ----------------------------===//
   2 //
   3 // This utility is intended to be compatible with GCC, and follows standard
   4 // system 'ld' conventions.  As such, the default output file is ./a.out.
   5 // Additionally, this program outputs a shell script that is used to invoke LLI
   6 // to execute the program.  In this manner, the generated executable (a.out for
   7 // example), is directly executable, whereas the bytecode file actually lives in
   8 // the a.out.bc file generated by this program.  Also, Force is on by default.
   9 //
  10 // Note that if someone (or a script) deletes the executable program generated,
  11 // the .bc file will be left around.  Considering that this is a temporary hack,
  12 // I'm not to worried about this.
  13 //
  14 //===----------------------------------------------------------------------===//
  15
  16 #include "llvm/Transforms/Utils/Linker.h"
  17 #include "llvm/Module.h"
  18 #include "llvm/PassManager.h"
  19 #include "llvm/Bytecode/Reader.h"
  20 #include "llvm/Bytecode/WriteBytecodePass.h"
  21 #include "llvm/Transforms/IPO.h"
  22 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
  23 #include "Support/CommandLine.h"
  24 #include "Support/Signals.h"
  25 #include <fstream>
  26 #include <memory>
  27 #include <set>
  28 #include <algorithm>
  29 #include <sys/types.h>     // For FileExists
  30 #include <sys/stat.h>
  31
  32 namespace {
  33   cl::list<std::string>
  34   InputFilenames(cl::Positional, cl::desc("<input bytecode files>"),
  35                  cl::OneOrMore);
  36
  37   cl::opt<std::string>
  38   OutputFilename("o", cl::desc("Override output filename"), cl::init("a.out"),
  39                  cl::value_desc("filename"));
  40
  41   cl::opt<bool>
  42   Verbose("v", cl::desc("Print information about actions taken"));
  43
  44   cl::list<std::string>
  45   LibPaths("L", cl::desc("Specify a library search path"), cl::Prefix,
  46            cl::value_desc("directory"));
  47
  48   cl::list<std::string>
  49   Libraries("l", cl::desc("Specify libraries to link to"), cl::Prefix,
  50             cl::value_desc("library prefix"));
  51
  52   cl::opt<bool>
  53   Strip("s", cl::desc("Strip symbol info from executable"));
  54
  55   cl::opt<bool>
  56   NoInternalize("disable-internalize",
  57                 cl::desc("Do not mark all symbols as internal"));
  58
  59   cl::opt<bool>
  60   LinkAsLibrary("link-as-library", cl::desc("Link the .bc files together as a"
  61                                             " library, not an executable"));
  62
  63   // Compatibility options that are ignored, but support by LD
  64   cl::opt<std::string>
  65   CO3("soname", cl::Hidden, cl::desc("Compatibility option: ignored"));
  66   cl::opt<std::string>
  67   CO4("version-script", cl::Hidden, cl::desc("Compatibility option: ignored"));
  68   cl::opt<bool>
  69   CO5("eh-frame-hdr", cl::Hidden, cl::desc("Compatibility option: ignored"));
  70 }
  71
  72 // FileExists - Return true if the specified string is an openable file...
  73 static inline bool FileExists(const std::string &FN) {
  74   struct stat StatBuf;
  75   return stat(FN.c_str(), &StatBuf) != -1;
  76 }
  77
  78
  79 // LoadObject - Read the specified "object file", which should not search the
  80 // library path to find it.
  81 static inline std::auto_ptr<Module> LoadObject(const std::string &FN,
  82                                                std::string &OutErrorMessage) {
  83   if (Verbose) std::cerr << "Loading '" << FN << "'\n";
  84   if (!FileExists(FN)) {
  85     OutErrorMessage = "could not find input file '" + FN + "'!";
  86     return std::auto_ptr<Module>();
  87   }
  88
  89   std::string ErrorMessage;
  90   Module *Result = ParseBytecodeFile(FN, &ErrorMessage);
  91   if (Result) return std::auto_ptr<Module>(Result);
  92
  93   OutErrorMessage = "Bytecode file '" + FN + "' corrupt!";
  94   if (ErrorMessage.size()) OutErrorMessage += ": " + ErrorMessage;
  95   return std::auto_ptr<Module>();
  96 }
  97
  98
  99 static Module *LoadSingleLibraryObject(const std::string &Filename) {
 100   std::string ErrorMessage;
 101   std::auto_ptr<Module> M = LoadObject(Filename, ErrorMessage);
 102   if (M.get() == 0 && Verbose) {
 103     std::cerr << "Error loading '" + Filename + "'";
 104     if (!ErrorMessage.empty()) std::cerr << ": " << ErrorMessage;
 105     std::cerr << "\n";
 106   }
 107
 108   return M.release();
 109 }
 110
 111
 112 // LoadLibraryFromDirectory - This looks for a .a, .so, or .bc file in a
 113 // particular directory.  It returns true if no library is found, otherwise it
 114 // puts the loaded modules into the Objects list, and sets isArchive to true if
 115 // a .a file was loaded.
 116 //
 117 static inline bool LoadLibraryFromDirectory(const std::string &LibName,
 118                                             const std::string &Directory,
 119                                             std::vector<Module*> &Objects,
 120                                             bool &isArchive) {
 121   if (FileExists(Directory + "lib" + LibName + ".a")) {
 122     std::string ErrorMessage;
 123     if (Verbose) std::cerr << "  Loading '" << Directory << "lib"
 124                            << LibName << ".a'\n";
 125     if (!ReadArchiveFile(Directory + "lib" + LibName + ".a", Objects,
 126                          &ErrorMessage)) {   // Read the archive file
 127       isArchive = true;
 128       return false;           // Success!
 129     }
 130
 131     if (Verbose) {
 132       std::cerr << "  Error loading archive '" + Directory +"lib"+LibName+".a'";
 133       if (!ErrorMessage.empty()) std::cerr << ": " << ErrorMessage;
 134       std::cerr << "\n";
 135     }
 136   }
 137
 138   if (FileExists(Directory + "lib" + LibName + ".so"))
 139     if (Module *M = LoadSingleLibraryObject(Directory + "lib" + LibName+".so")){
 140       isArchive = false;
 141       Objects.push_back(M);
 142       return false;
 143     }
 144
 145   if (FileExists(Directory + "lib" + LibName + ".bc"))
 146     if (Module *M = LoadSingleLibraryObject(Directory + "lib" + LibName+".bc")){
 147       isArchive = false;
 148       Objects.push_back(M);
 149       return false;
 150     }
 151   return true;
 152 }
 153
 154 // LoadLibrary - This searches for a .a, .so, or .bc file which provides the
 155 // LLVM bytecode for the library.  It returns true if no library is found,
 156 // otherwise it puts the loaded modules into the Objects list, and sets
 157 // isArchive to true if a .a file was loaded.
 158 //
 159 static inline bool LoadLibrary(const std::string &LibName,
 160                                std::vector<Module*> &Objects, bool &isArchive,
 161                                std::string &ErrorMessage) {
 162   std::string Directory;
 163   unsigned NextLibPathIdx = 0;
 164
 165   while (1) {
 166     // Try loading from the current directory...
 167     if (Verbose) std::cerr << "  Looking in directory '" << Directory << "'\n";
 168     if (!LoadLibraryFromDirectory(LibName, Directory, Objects, isArchive))
 169       return false;
 170
 171     if (NextLibPathIdx == LibPaths.size()) break;
 172     Directory = LibPaths[NextLibPathIdx++]+"/";
 173   }
 174
 175   ErrorMessage = "error linking library '-l" + LibName+ "': library not found!";
 176   return true;
 177 }
 178
 179 static void GetAllDefinedSymbols(Module *M,
 180                                  std::set<std::string> &DefinedSymbols) {
 181   for (Module::iterator I = M->begin(), E = M->end(); I != E; ++I)
 182     if (I->hasName() && !I->isExternal() && !I->hasInternalLinkage())
 183       DefinedSymbols.insert(I->getName());
 184   for (Module::giterator I = M->gbegin(), E = M->gend(); I != E; ++I)
 185     if (I->hasName() && !I->isExternal() && !I->hasInternalLinkage())
 186       DefinedSymbols.insert(I->getName());
 187 }
 188
 189 // GetAllUndefinedSymbols - This calculates the set of undefined symbols that
 190 // still exist in an LLVM module.  This is a bit tricky because there may be two
 191 // symbols with the same name, but different LLVM types that will be resolved to
 192 // each other, but aren't currently (thus we need to treat it as resolved).
 193 //
 194 static void GetAllUndefinedSymbols(Module *M,
 195                                    std::set<std::string> &UndefinedSymbols) {
 196   std::set<std::string> DefinedSymbols;
 197   UndefinedSymbols.clear();   // Start out empty
 198
 199   for (Module::iterator I = M->begin(), E = M->end(); I != E; ++I)
 200     if (I->hasName()) {
 201       if (I->isExternal())
 202         UndefinedSymbols.insert(I->getName());
 203       else if (!I->hasInternalLinkage())
 204         DefinedSymbols.insert(I->getName());
 205     }
 206   for (Module::giterator I = M->gbegin(), E = M->gend(); I != E; ++I)
 207     if (I->hasName()) {
 208       if (I->isExternal())
 209         UndefinedSymbols.insert(I->getName());
 210       else if (!I->hasInternalLinkage())
 211         DefinedSymbols.insert(I->getName());
 212     }
 213
 214   // Prune out any defined symbols from the undefined symbols set...
 215   for (std::set<std::string>::iterator I = UndefinedSymbols.begin();
 216        I != UndefinedSymbols.end(); )
 217     if (DefinedSymbols.count(*I))
 218       UndefinedSymbols.erase(I++);  // This symbol really is defined!
 219     else
 220       ++I; // Keep this symbol in the undefined symbols list
 221 }
 222
 223
 224 static bool LinkLibrary(Module *M, const std::string &LibName,
 225                         std::string &ErrorMessage) {
 226   std::vector<Module*> Objects;
 227   bool isArchive;
 228   if (LoadLibrary(LibName, Objects, isArchive, ErrorMessage)) return true;
 229
 230   // Figure out which symbols are defined by all of the modules in the .a file
 231   std::vector<std::set<std::string> > DefinedSymbols;
 232   DefinedSymbols.resize(Objects.size());
 233   for (unsigned i = 0; i != Objects.size(); ++i)
 234     GetAllDefinedSymbols(Objects[i], DefinedSymbols[i]);
 235
 236   std::set<std::string> UndefinedSymbols;
 237   GetAllUndefinedSymbols(M, UndefinedSymbols);
 238
 239   bool Linked = true;
 240   while (Linked) {     // While we are linking in object files, loop.
 241     Linked = false;
 242
 243     for (unsigned i = 0; i != Objects.size(); ++i) {
 244       // Consider whether we need to link in this module...  we only need to
 245       // link it in if it defines some symbol which is so far undefined.
 246       //
 247       const std::set<std::string> &DefSymbols = DefinedSymbols[i];
 248
 249       bool ObjectRequired = false;
 250       for (std::set<std::string>::iterator I = UndefinedSymbols.begin(),
 251              E = UndefinedSymbols.end(); I != E; ++I)
 252         if (DefSymbols.count(*I)) {
 253           if (Verbose)
 254             std::cerr << "  Found object providing symbol '" << *I << "'...\n";
 255           ObjectRequired = true;
 256           break;
 257         }
 258
 259       // We DO need to link this object into the program...
 260       if (ObjectRequired) {
 261         if (LinkModules(M, Objects[i], &ErrorMessage))
 262           return true;   // Couldn't link in the right object file...
 263
 264         // Since we have linked in this object, delete it from the list of
 265         // objects to consider in this archive file.
 266         std::swap(Objects[i], Objects.back());
 267         std::swap(DefinedSymbols[i], DefinedSymbols.back());
 268         Objects.pop_back();
 269         DefinedSymbols.pop_back();
 270         --i;   // Do not skip an entry
 271
 272         // The undefined symbols set should have shrunk.
 273         GetAllUndefinedSymbols(M, UndefinedSymbols);
 274         Linked = true;  // We have linked something in!
 275       }
 276     }
 277   }
 278
 279   return false;
 280 }
 281
 282 static int PrintAndReturn(const char *progname, const std::string &Message,
 283                           const std::string &Extra = "") {
 284   std::cerr << progname << Extra << ": " << Message << "\n";
 285   return 1;
 286 }
 287
 288
 289 int main(int argc, char **argv) {
 290   cl::ParseCommandLineOptions(argc, argv, " llvm linker for GCC\n");
 291
 292   std::string ErrorMessage;
 293   std::auto_ptr<Module> Composite(LoadObject(InputFilenames[0], ErrorMessage));
 294   if (Composite.get() == 0)
 295     return PrintAndReturn(argv[0], ErrorMessage);
 296
 297   for (unsigned i = 1; i < InputFilenames.size(); ++i) {
 298     std::auto_ptr<Module> M(LoadObject(InputFilenames[i], ErrorMessage));
 299     if (M.get() == 0)
 300       return PrintAndReturn(argv[0], ErrorMessage);
 301
 302     if (Verbose) std::cerr << "Linking in '" << InputFilenames[i] << "'\n";
 303
 304     if (LinkModules(Composite.get(), M.get(), &ErrorMessage))
 305       return PrintAndReturn(argv[0], ErrorMessage,
 306                             ": error linking in '" + InputFilenames[i] + "'");
 307   }
 308
 309   // Remove any consecutive duplicates of the same library...
 310   Libraries.erase(std::unique(Libraries.begin(), Libraries.end()),
 311                   Libraries.end());
 312
 313   // Link in all of the libraries next...
 314   for (unsigned i = 0; i != Libraries.size(); ++i) {
 315     if (Verbose) std::cerr << "Linking in library: -l" << Libraries[i] << "\n";
 316     if (LinkLibrary(Composite.get(), Libraries[i], ErrorMessage))
 317       return PrintAndReturn(argv[0], ErrorMessage);
 318   }
 319
 320   // In addition to just linking the input from GCC, we also want to spiff it up
 321   // a little bit.  Do this now.
 322   //
 323   PassManager Passes;
 324
 325   // Linking modules together can lead to duplicated global constants, only keep
 326   // one copy of each constant...
 327   //
 328   Passes.add(createConstantMergePass());
 329
 330   // If the -s command line option was specified, strip the symbols out of the
 331   // resulting program to make it smaller.  -s is a GCC option that we are
 332   // supporting.
 333   //
 334   if (Strip)
 335     Passes.add(createSymbolStrippingPass());
 336
 337   // Often if the programmer does not specify proper prototypes for the
 338   // functions they are calling, they end up calling a vararg version of the
 339   // function that does not get a body filled in (the real function has typed
 340   // arguments).  This pass merges the two functions.
 341   //
 342   Passes.add(createFunctionResolvingPass());
 343
 344   if (!NoInternalize) {
 345     // Now that composite has been compiled, scan through the module, looking
 346     // for a main function.  If main is defined, mark all other functions
 347     // internal.
 348     //
 349     Passes.add(createInternalizePass());
 350   }
 351
 352   // Now that we have optimized the program, discard unreachable functions...
 353   //
 354   Passes.add(createGlobalDCEPass());
 355
 356   // Add the pass that writes bytecode to the output file...
 357   std::string RealBytecodeOutput = OutputFilename;
 358   if (!LinkAsLibrary) RealBytecodeOutput += ".bc";
 359   std::ofstream Out(RealBytecodeOutput.c_str());
 360   if (!Out.good())
 361     return PrintAndReturn(argv[0], "error opening '" + RealBytecodeOutput +
 362                                    "' for writing!");
 363   Passes.add(new WriteBytecodePass(&Out));        // Write bytecode to file...
 364
 365   // Make sure that the Out file gets unlink'd from the disk if we get a SIGINT
 366   RemoveFileOnSignal(RealBytecodeOutput);
 367
 368   // Run our queue of passes all at once now, efficiently.
 369   Passes.run(*Composite.get());
 370   Out.close();
 371
 372   if (!LinkAsLibrary) {
 373     // Output the script to start the program...
 374     std::ofstream Out2(OutputFilename.c_str());
 375     if (!Out2.good())
 376       return PrintAndReturn(argv[0], "error opening '" + OutputFilename +
 377                                      "' for writing!");
 378     Out2 << "#!/bin/sh\nlli -q -abort-on-exception $0.bc $*\n";
 379     Out2.close();
 380
 381     // Make the script executable...
 382     chmod(OutputFilename.c_str(), 0755);
 383   }
 384
 385   return 0;
 386 }