Update the CMake documentation to the correct variables.
[oota-llvm.git] / docs / GetElementPtr.html
index dacc341bf1c71fab75e3b5a36257c5b1ae2b7eb5..2c32a9ea7cc73a9829aa95b0096065f050e18f8c 100644 (file)
 </head>
 <body>
 
-<div class="doc_title">
+<h1>
   The Often Misunderstood GEP Instruction
-</div>
+</h1>
 
 <ol>
   <li><a href="#intro">Introduction</a></li>
-  <li><a href="#questions">The Questions</a>
+  <li><a href="#addresses">Address Computation</a>
   <ol>
     <li><a href="#extra_index">Why is the extra 0 index required?</a></li>
     <li><a href="#deref">What is dereferenced by GEP?</a></li>
       subsequent ones?</a></li>
     <li><a href="#lead0">Why don't GEP x,0,0,1 and GEP x,1 alias? </a></li>
     <li><a href="#trail0">Why do GEP x,1,0,0 and GEP x,1 alias? </a></li>
+    <li><a href="#vectors">Can GEP index into vector elements?</a>
+    <li><a href="#addrspace">What effect do address spaces have on GEPs?</a>
+    <li><a href="#int">How is GEP different from ptrtoint, arithmetic, and inttoptr?</a></li>
+    <li><a href="#be">I'm writing a backend for a target which needs custom lowering for GEP. How do I do this?</a>
+    <li><a href="#vla">How does VLA addressing work with GEPs?</a>
+  </ol></li>
+  <li><a href="#rules">Rules</a>
+  <ol>
+    <li><a href="#bounds">What happens if an array index is out of bounds?</a>
+    <li><a href="#negative">Can array indices be negative?</a>
+    <li><a href="#compare">Can I compare two values computed with GEPs?</a>
+    <li><a href="#types">Can I do GEP with a different pointer type than the type of the underlying object?</a>
+    <li><a href="#null">Can I cast an object's address to integer and add it to null?</a>
+    <li><a href="#ptrdiff">Can I compute the distance between two objects, and add that value to one address to compute the other address?</a>
+    <li><a href="#tbaa">Can I do type-based alias analysis on LLVM IR?</a>
+    <li><a href="#overflow">What happens if a GEP computation overflows?</a>
+    <li><a href="#check">How can I tell if my front-end is following the rules?</a>
+  </ol></li>
+  <li><a href="#rationale">Rationale</a>
+  <ol>
+    <li><a href="#goals">Why is GEP designed this way?</a></li>
+    <li><a href="#i32">Why do struct member indices always use i32?</a></li>
+    <li><a href="#uglygep">What's an uglygep?</a>
   </ol></li>
   <li><a href="#summary">Summary</a></li>
 </ol>
 
 
 <!-- *********************************************************************** -->
-<div class="doc_section"><a name="intro"><b>Introduction</b></a></div>
+<h2><a name="intro">Introduction</a></h2>
 <!-- *********************************************************************** -->
-<div class="doc_text"> 
+
+<div>
   <p>This document seeks to dispel the mystery and confusion surrounding LLVM's
-  GetElementPtr (GEP) instruction. Questions about the wiley GEP instruction are
-  probably the most frequently occuring questions once a developer gets down to
+  <a href="LangRef.html#i_getelementptr">GetElementPtr</a> (GEP) instruction.
+  Questions about the wily GEP instruction are
+  probably the most frequently occurring questions once a developer gets down to
   coding with LLVM. Here we lay out the sources of confusion and show that the
   GEP instruction is really quite simple.
   </p>
 </div>
 
 <!-- *********************************************************************** -->
-<div class="doc_section"><a name="questions"><b>The Questions</b></a></div>
+<h2><a name="addresses">Address Computation</a></h2>
 <!-- *********************************************************************** -->
-<div class="doc_text">
+<div>
   <p>When people are first confronted with the GEP instruction, they tend to
   relate it to known concepts from other programming paradigms, most notably C
-  array indexing and field selection. However, GEP is a little different and
-  this leads to the following questions, all of which are answered in the
-  following sections.</p>
-  <ol>
-    <li><a href="#firstptr">What is the first index of the GEP instruction?</a>
-    </li>
-    <li><a href="#extra_index">Why is the extra 0 index required?</a></li>
-    <li><a href="#deref">What is dereferenced by GEP?</a></li>
-    <li><a href="#lead0">Why don't GEP x,0,0,1 and GEP x,1 alias? </a></li>
-    <li><a href="#trail0">Why do GEP x,1,0,0 and GEP x,1 alias? </a></li>
-  </ol>
-</div>
+  array indexing and field selection. GEP closely resembles C array indexing
+  and field selection, however it's is a little different and this leads to
+  the following questions.</p>
 
 <!-- *********************************************************************** -->
-<div class="doc_subsection">
-  <a name="firstptr"><b>What is the first index of the GEP instruction?</b></a>
-</div>
-<div class="doc_text">
+<h3>
+  <a name="firstptr">What is the first index of the GEP instruction?</a>
+</h3>
+<div>
   <p>Quick answer: The index stepping through the first operand.</p> 
   <p>The confusion with the first index usually arises from thinking about 
   the GetElementPtr instruction as if it was a C index operator. They aren't the
   same. For example, when we write, in "C":</p>
-  <pre>
-  AType* Foo;
-  ...
-  X = &amp;Foo-&gt;F;</pre>
+
+<div class="doc_code">
+<pre>
+AType *Foo;
+...
+X = &amp;Foo-&gt;F;
+</pre>
+</div>
+
   <p>it is natural to think that there is only one index, the selection of the
   field <tt>F</tt>.  However, in this example, <tt>Foo</tt> is a pointer. That 
-  pointer must be indexed explicitly in LLVM. C, on the other hand, indexs
+  pointer must be indexed explicitly in LLVM. C, on the other hand, indices
   through it transparently.  To arrive at the same address location as the C 
   code, you would provide the GEP instruction with two index operands. The 
   first operand indexes through the pointer; the second operand indexes the 
   field <tt>F</tt> of the structure, just as if you wrote:</p>
-  <pre>
-  X = &amp;Foo[0].F;</pre>
+
+<div class="doc_code">
+<pre>
+X = &amp;Foo[0].F;
+</pre>
+</div>
+
   <p>Sometimes this question gets rephrased as:</p>
   <blockquote><p><i>Why is it okay to index through the first pointer, but 
       subsequent pointers won't be dereferenced?</i></p></blockquote> 
   the GEP instruction as an operand without any need for accessing memory. It 
   must, therefore be indexed and requires an index operand. Consider this 
   example:</p>
-  <pre>
-  struct munger_struct {
-    int f1;
-    int f2;
-  };
-  void munge(struct munger_struct *P)
-  {
-    P[0].f1 = P[1].f1 + P[2].f2;
-  }
-  ...
-  munger_struct Array[3];
-  ...
-  munge(Array);</pre>
+
+<div class="doc_code">
+<pre>
+struct munger_struct {
+  int f1;
+  int f2;
+};
+void munge(struct munger_struct *P) {
+  P[0].f1 = P[1].f1 + P[2].f2;
+}
+...
+munger_struct Array[3];
+...
+munge(Array);
+</pre>
+</div>
+
   <p>In this "C" example, the front end compiler (llvm-gcc) will generate three
   GEP instructions for the three indices through "P" in the assignment
   statement.  The function argument <tt>P</tt> will be the first operand of each
   <tt>struct munger_struct</tt> type,  for either the <tt>f1</tt> or 
   <tt>f2</tt> field. So, in LLVM assembly the <tt>munge</tt> function looks 
   like:</p>
-  <pre>
-  void %munge(%struct.munger_struct* %P) {
-  entry:
-    %tmp = getelementptr %struct.munger_struct* %P, int 1, uint 0
-    %tmp = load int* %tmp
-    %tmp6 = getelementptr %struct.munger_struct* %P, int 2, uint 1
-    %tmp7 = load int* %tmp6
-    %tmp8 = add int %tmp7, %tmp
-    %tmp9 = getelementptr %struct.munger_struct* %P, int 0, uint 0
-    store int %tmp8, int* %tmp9
-    ret void
-  }</pre>
+
+<div class="doc_code">
+<pre>
+void %munge(%struct.munger_struct* %P) {
+entry:
+  %tmp = getelementptr %struct.munger_struct* %P, i32 1, i32 0
+  %tmp = load i32* %tmp
+  %tmp6 = getelementptr %struct.munger_struct* %P, i32 2, i32 1
+  %tmp7 = load i32* %tmp6
+  %tmp8 = add i32 %tmp7, %tmp
+  %tmp9 = getelementptr %struct.munger_struct* %P, i32 0, i32 0
+  store i32 %tmp8, i32* %tmp9
+  ret void
+}
+</pre>
+</div>
+
   <p>In each case the first operand is the pointer through which the GEP
   instruction starts. The same is true whether the first operand is an
   argument, allocated memory, or a global variable. </p>
   <p>To make this clear, let's consider a more obtuse example:</p>
-  <pre>
-  %MyVar = unintialized global int
-  ...
-  %idx1 = getelementptr int* %MyVar, long 0
-  %idx2 = getelementptr int* %MyVar, long 1
-  %idx3 = getelementptr int* %MyVar, long 2</pre>
+
+<div class="doc_code">
+<pre>
+%MyVar = uninitialized global i32
+...
+%idx1 = getelementptr i32* %MyVar, i64 0
+%idx2 = getelementptr i32* %MyVar, i64 1
+%idx3 = getelementptr i32* %MyVar, i64 2
+</pre>
+</div>
+
   <p>These GEP instructions are simply making address computations from the 
   base address of <tt>MyVar</tt>.  They compute, as follows (using C syntax):
   </p>
-  <ul>
-    <li> idx1 = (char*) &amp;MyVar + 0</li>
-    <li> idx2 = (char*) &amp;MyVar + 4</li>
-    <li> idx3 = (char*) &amp;MyVar + 8</li>
-  </ul>
-  <p>Since the type <tt>int</tt> is known to be four bytes long, the indices 
+
+<div class="doc_code">
+<pre>
+idx1 = (char*) &amp;MyVar + 0
+idx2 = (char*) &amp;MyVar + 4
+idx3 = (char*) &amp;MyVar + 8
+</pre>
+</div>
+
+  <p>Since the type <tt>i32</tt> is known to be four bytes long, the indices 
   0, 1 and 2 translate into memory offsets of 0, 4, and 8, respectively. No 
   memory is accessed to make these computations because the address of 
   <tt>%MyVar</tt> is passed directly to the GEP instructions.</p>
   <p>The obtuse part of this example is in the cases of <tt>%idx2</tt> and 
   <tt>%idx3</tt>. They result in the computation of addresses that point to
   memory past the end of the <tt>%MyVar</tt> global, which is only one
-  <tt>int</tt> long, not three <tt>int</tt>s long.  While this is legal in LLVM,
+  <tt>i32</tt> long, not three <tt>i32</tt>s long.  While this is legal in LLVM,
   it is inadvisable because any load or store with the pointer that results 
   from these GEP instructions would produce undefined results.</p>
 </div>
 
 <!-- *********************************************************************** -->
-<div class="doc_subsection">
-  <a name="extra_index"><b>Why is the extra 0 index required?</b></a>
-</div>
+<h3>
+  <a name="extra_index">Why is the extra 0 index required?</a>
+</h3>
 <!-- *********************************************************************** -->
-<div class="doc_text">
+<div>
   <p>Quick answer: there are no superfluous indices.</p>
   <p>This question arises most often when the GEP instruction is applied to a
   global variable which is always a pointer type. For example, consider
-  this:</p><pre>
-  %MyStruct = uninitialized global { float*, int }
-  ...
-  %idx = getelementptr { float*, int }* %MyStruct, long 0, ubyte 1</pre>
-  <p>The GEP above yields an <tt>int*</tt> by indexing the <tt>int</tt> typed 
+  this:</p>
+
+<div class="doc_code">
+<pre>
+%MyStruct = uninitialized global { float*, i32 }
+...
+%idx = getelementptr { float*, i32 }* %MyStruct, i64 0, i32 1
+</pre>
+</div>
+
+  <p>The GEP above yields an <tt>i32*</tt> by indexing the <tt>i32</tt> typed 
   field of the structure <tt>%MyStruct</tt>. When people first look at it, they 
-  wonder why the <tt>long 0</tt> index is needed. However, a closer inspection 
+  wonder why the <tt>i64 0</tt> index is needed. However, a closer inspection 
   of how globals and GEPs work reveals the need. Becoming aware of the following
-  facts will dispell the confusion:</p>
+  facts will dispel the confusion:</p>
   <ol>
-    <li>The type of <tt>%MyStruct</tt> is <i>not</i> <tt>{ float*, int }</tt> 
-    but rather <tt>{ float*, int }*</tt>. That is, <tt>%MyStruct</tt> is a 
+    <li>The type of <tt>%MyStruct</tt> is <i>not</i> <tt>{ float*, i32 }</tt> 
+    but rather <tt>{ float*, i32 }*</tt>. That is, <tt>%MyStruct</tt> is a 
     pointer to a structure containing a pointer to a <tt>float</tt> and an 
-    <tt>int</tt>.</li>
+    <tt>i32</tt>.</li>
     <li>Point #1 is evidenced by noticing the type of the first operand of 
     the GEP instruction (<tt>%MyStruct</tt>) which is 
-    <tt>{ float*, int }*</tt>.</li>
-    <li>The first index, <tt>long 0</tt> is required to step over the global
+    <tt>{ float*, i32 }*</tt>.</li>
+    <li>The first index, <tt>i64 0</tt> is required to step over the global
     variable <tt>%MyStruct</tt>.  Since the first argument to the GEP
     instruction must always be a value of pointer type, the first index 
     steps through that pointer. A value of 0 means 0 elements offset from that
     pointer.</li>
-    <li>The second index, <tt>ubyte 1</tt> selects the second field of the
-    structure (the <tt>int</tt>). </li>
+    <li>The second index, <tt>i32 1</tt> selects the second field of the
+    structure (the <tt>i32</tt>). </li>
   </ol>
 </div>
 
 <!-- *********************************************************************** -->
-<div class="doc_subsection">
-  <a name="deref"><b>What is dereferenced by GEP?</b></a>
-</div>
-<div class="doc_text">
+<h3>
+  <a name="deref">What is dereferenced by GEP?</a>
+</h3>
+<div>
   <p>Quick answer: nothing.</p> 
   <p>The GetElementPtr instruction dereferences nothing. That is, it doesn't
   access memory in any way. That's what the Load and Store instructions are for.
   GEP is only involved in the computation of addresses. For example, consider 
   this:</p>
-  <pre>
-  %MyVar = uninitialized global { [40 x int ]* }
-  ...
-  %idx = getelementptr { [40 x int]* }* %MyVar, long 0, ubyte 0, long 0, long 17</pre>
+
+<div class="doc_code">
+<pre>
+%MyVar = uninitialized global { [40 x i32 ]* }
+...
+%idx = getelementptr { [40 x i32]* }* %MyVar, i64 0, i32 0, i64 0, i64 17
+</pre>
+</div>
+
   <p>In this example, we have a global variable, <tt>%MyVar</tt> that is a
   pointer to a structure containing a pointer to an array of 40 ints. The 
   GEP instruction seems to be accessing the 18th integer of the structure's
   GEP instruction never accesses memory, it is illegal.</p>
   <p>In order to access the 18th integer in the array, you would need to do the
   following:</p>
-  <pre>
-  %idx = getelementptr { [40 x int]* }* %, long 0, ubyte 0
-  %arr = load [40 x int]** %idx
-  %idx = getelementptr [40 x int]* %arr, long 0, long 17</pre>
+
+<div class="doc_code">
+<pre>
+%idx = getelementptr { [40 x i32]* }* %, i64 0, i32 0
+%arr = load [40 x i32]** %idx
+%idx = getelementptr [40 x i32]* %arr, i64 0, i64 17
+</pre>
+</div>
+
   <p>In this case, we have to load the pointer in the structure with a load
   instruction before we can index into the array. If the example was changed 
   to:</p>
-  <pre>
-  %MyVar = uninitialized global { [40 x int ] }
-  ...
-  %idx = getelementptr { [40 x int] }*, long 0, ubyte 0, long 17</pre>
+
+<div class="doc_code">
+<pre>
+%MyVar = uninitialized global { [40 x i32 ] }
+...
+%idx = getelementptr { [40 x i32] }*, i64 0, i32 0, i64 17
+</pre>
+</div>
+
   <p>then everything works fine. In this case, the structure does not contain a
   pointer and the GEP instruction can index through the global variable,
-  into the first field of the structure and access the 18th <tt>int</tt> in the 
+  into the first field of the structure and access the 18th <tt>i32</tt> in the 
   array there.</p>
 </div>
 
 <!-- *********************************************************************** -->
-<div class="doc_subsection">
-  <a name="lead0"><b>Why don't GEP x,0,0,1 and GEP x,1 alias?</b></a>
-</div>
-<div class="doc_text">
+<h3>
+  <a name="lead0">Why don't GEP x,0,0,1 and GEP x,1 alias?</a>
+</h3>
+<div>
   <p>Quick Answer: They compute different address locations.</p>
   <p>If you look at the first indices in these GEP
   instructions you find that they are different (0 and 1), therefore the address
   computation diverges with that index. Consider this example:</p>
-  <pre>
-  %MyVar = global { [10 x int ] }
-  %idx1 = getlementptr { [10 x int ] }* %MyVar, long 0, ubyte 0, long 1
-  %idx2 = getlementptr { [10 x int ] }* %MyVar, long 1</pre>
+
+<div class="doc_code">
+<pre>
+%MyVar = global { [10 x i32 ] }
+%idx1 = getelementptr { [10 x i32 ] }* %MyVar, i64 0, i32 0, i64 1
+%idx2 = getelementptr { [10 x i32 ] }* %MyVar, i64 1
+</pre>
+</div>
+
   <p>In this example, <tt>idx1</tt> computes the address of the second integer
-  in the array that is in the structure in %MyVar, that is <tt>MyVar+4</tt>. The 
-  type of <tt>idx1</tt> is <tt>int*</tt>. However, <tt>idx2</tt> computes the 
-  address of <i>the next</i> structure after <tt>%MyVar</tt>. The type of 
-  <tt>idx2</tt> is <tt>{ [10 x int] }*</tt> and its value is equivalent 
-  to <tt>MyVar + 40</tt> because it indexes past the ten 4-byte integers 
-  in <tt>MyVar</tt>. Obviously, in such a situation, the pointers don't 
-  alias.</p>
+  in the array that is in the structure in <tt>%MyVar</tt>, that is
+  <tt>MyVar+4</tt>. The type of <tt>idx1</tt> is <tt>i32*</tt>. However,
+  <tt>idx2</tt> computes the address of <i>the next</i> structure after
+  <tt>%MyVar</tt>. The type of <tt>idx2</tt> is <tt>{ [10 x i32] }*</tt> and its
+  value is equivalent to <tt>MyVar + 40</tt> because it indexes past the ten
+  4-byte integers in <tt>MyVar</tt>. Obviously, in such a situation, the
+  pointers don't alias.</p>
+
 </div>
 
 <!-- *********************************************************************** -->
-<div class="doc_subsection">
-  <a name="trail0"><b>Why do GEP x,1,0,0 and GEP x,1 alias?</b></a>
-</div>
-<div class="doc_text">
+<h3>
+  <a name="trail0">Why do GEP x,1,0,0 and GEP x,1 alias?</a>
+</h3>
+<div>
   <p>Quick Answer: They compute the same address location.</p>
   <p>These two GEP instructions will compute the same address because indexing
   through the 0th element does not change the address. However, it does change
   the type. Consider this example:</p>
-  <pre>
-  %MyVar = global { [10 x int ] }
-  %idx1 = getlementptr { [10 x int ] }* %MyVar, long 1, ubyte 0, long 0
-  %idx2 = getlementptr { [10 x int ] }* %MyVar, long 1</pre>
+
+<div class="doc_code">
+<pre>
+%MyVar = global { [10 x i32 ] }
+%idx1 = getelementptr { [10 x i32 ] }* %MyVar, i64 1, i32 0, i64 0
+%idx2 = getelementptr { [10 x i32 ] }* %MyVar, i64 1
+</pre>
+</div>
+
   <p>In this example, the value of <tt>%idx1</tt> is <tt>%MyVar+40</tt> and
-  its type is <tt>int*</tt>. The value of <tt>%idx2</tt> is also 
-  <tt>MyVar+40</tt> but its type is <tt>{ [10 x int] }*</tt>.</p>
+  its type is <tt>i32*</tt>. The value of <tt>%idx2</tt> is also 
+  <tt>MyVar+40</tt> but its type is <tt>{ [10 x i32] }*</tt>.</p>
+</div>
+
+<!-- *********************************************************************** -->
+
+<h3>
+  <a name="vectors">Can GEP index into vector elements?</a>
+</h3>
+<div>
+  <p>This hasn't always been forcefully disallowed, though it's not recommended.
+     It leads to awkward special cases in the optimizers, and fundamental
+     inconsistency in the IR. In the future, it will probably be outright
+     disallowed.</p>
+
+</div>
+
+<!-- *********************************************************************** -->
+
+<h3>
+  <a name="addrspace">What effect do address spaces have on GEPs?</a>
+</h3>
+<div>
+   <p>None, except that the address space qualifier on the first operand pointer
+      type always matches the address space qualifier on the result type.</p>
+
+</div>
+
+<!-- *********************************************************************** -->
+
+<h3>
+  <a name="int">
+    How is GEP different from ptrtoint, arithmetic, and inttoptr?
+  </a>
+</h3>
+<div>
+  <p>It's very similar; there are only subtle differences.</p>
+
+  <p>With ptrtoint, you have to pick an integer type. One approach is to pick i64;
+     this is safe on everything LLVM supports (LLVM internally assumes pointers
+     are never wider than 64 bits in many places), and the optimizer will actually
+     narrow the i64 arithmetic down to the actual pointer size on targets which
+     don't support 64-bit arithmetic in most cases. However, there are some cases
+     where it doesn't do this. With GEP you can avoid this problem.
+
+  <p>Also, GEP carries additional pointer aliasing rules. It's invalid to take a
+     GEP from one object, address into a different separately allocated
+     object, and dereference it. IR producers (front-ends) must follow this rule,
+     and consumers (optimizers, specifically alias analysis) benefit from being
+     able to rely on it. See the <a href="#rules">Rules</a> section for more
+     information.</p>
+
+  <p>And, GEP is more concise in common cases.</p>
+
+  <p>However, for the underlying integer computation implied, there
+     is no difference.</p>
+
+</div>
+
+<!-- *********************************************************************** -->
+
+<h3>
+  <a name="be">
+    I'm writing a backend for a target which needs custom lowering for GEP.
+    How do I do this?
+  </a>
+</h3>
+<div>
+  <p>You don't. The integer computation implied by a GEP is target-independent.
+     Typically what you'll need to do is make your backend pattern-match
+     expressions trees involving ADD, MUL, etc., which are what GEP is lowered
+     into. This has the advantage of letting your code work correctly in more
+     cases.</p>
+
+  <p>GEP does use target-dependent parameters for the size and layout of data
+     types, which targets can customize.</p>
+
+  <p>If you require support for addressing units which are not 8 bits, you'll
+     need to fix a lot of code in the backend, with GEP lowering being only a
+     small piece of the overall picture.</p>
+
+</div>
+
+<!-- *********************************************************************** -->
+
+<h3>
+  <a name="vla">How does VLA addressing work with GEPs?</a>
+</h3>
+<div>
+  <p>GEPs don't natively support VLAs. LLVM's type system is entirely static,
+     and GEP address computations are guided by an LLVM type.</p>
+
+  <p>VLA indices can be implemented as linearized indices. For example, an
+     expression like X[a][b][c], must be effectively lowered into a form
+     like X[a*m+b*n+c], so that it appears to the GEP as a single-dimensional
+     array reference.</p>
+
+  <p>This means if you want to write an analysis which understands array
+     indices and you want to support VLAs, your code will have to be
+     prepared to reverse-engineer the linearization. One way to solve this
+     problem is to use the ScalarEvolution library, which always presents
+     VLA and non-VLA indexing in the same manner.</p>
+</div>
+
+</div>
+
+<!-- *********************************************************************** -->
+<h2><a name="rules">Rules</a></h2>
+<!-- *********************************************************************** -->
+<div>
+<!-- *********************************************************************** -->
+
+<h3>
+  <a name="bounds">What happens if an array index is out of bounds?</a>
+</h3>
+<div>
+  <p>There are two senses in which an array index can be out of bounds.</p>
+
+  <p>First, there's the array type which comes from the (static) type of
+     the first operand to the GEP. Indices greater than the number of elements
+     in the corresponding static array type are valid. There is no problem with
+     out of bounds indices in this sense. Indexing into an array only depends
+     on the size of the array element, not the number of elements.</p>
+     
+  <p>A common example of how this is used is arrays where the size is not known.
+     It's common to use array types with zero length to represent these. The
+     fact that the static type says there are zero elements is irrelevant; it's
+     perfectly valid to compute arbitrary element indices, as the computation
+     only depends on the size of the array element, not the number of
+     elements. Note that zero-sized arrays are not a special case here.</p>
+
+  <p>This sense is unconnected with <tt>inbounds</tt> keyword. The
+     <tt>inbounds</tt> keyword is designed to describe low-level pointer
+     arithmetic overflow conditions, rather than high-level array
+     indexing rules.
+
+  <p>Analysis passes which wish to understand array indexing should not
+     assume that the static array type bounds are respected.</p>
+
+  <p>The second sense of being out of bounds is computing an address that's
+     beyond the actual underlying allocated object.</p>
+
+  <p>With the <tt>inbounds</tt> keyword, the result value of the GEP is
+     undefined if the address is outside the actual underlying allocated
+     object and not the address one-past-the-end.</p>
+
+  <p>Without the <tt>inbounds</tt> keyword, there are no restrictions
+     on computing out-of-bounds addresses. Obviously, performing a load or
+     a store requires an address of allocated and sufficiently aligned
+     memory. But the GEP itself is only concerned with computing addresses.</p>
+
+</div>
+
+<!-- *********************************************************************** -->
+<h3>
+  <a name="negative">Can array indices be negative?</a>
+</h3>
+<div>
+  <p>Yes. This is basically a special case of array indices being out
+     of bounds.</p>
+
+</div>
+
+<!-- *********************************************************************** -->
+<h3>
+  <a name="compare">Can I compare two values computed with GEPs?</a>
+</h3>
+<div>
+  <p>Yes. If both addresses are within the same allocated object, or 
+     one-past-the-end, you'll get the comparison result you expect. If either
+     is outside of it, integer arithmetic wrapping may occur, so the
+     comparison may not be meaningful.</p>
+
+</div>
+
+<!-- *********************************************************************** -->
+<h3>
+  <a name="types">
+    Can I do GEP with a different pointer type than the type of
+    the underlying object?
+  </a>
+</h3>
+<div>
+  <p>Yes. There are no restrictions on bitcasting a pointer value to an arbitrary
+     pointer type. The types in a GEP serve only to define the parameters for the
+     underlying integer computation. They need not correspond with the actual
+     type of the underlying object.</p>
+
+  <p>Furthermore, loads and stores don't have to use the same types as the type
+     of the underlying object. Types in this context serve only to specify
+     memory size and alignment. Beyond that there are merely a hint to the
+     optimizer indicating how the value will likely be used.</p>
+
+</div>
+
+<!-- *********************************************************************** -->
+<h3>
+  <a name="null">
+    Can I cast an object's address to integer and add it to null?
+  </a>
+</h3>
+<div>
+  <p>You can compute an address that way, but if you use GEP to do the add,
+     you can't use that pointer to actually access the object, unless the
+     object is managed outside of LLVM.</p>
+
+  <p>The underlying integer computation is sufficiently defined; null has a
+     defined value -- zero -- and you can add whatever value you want to it.</p>
+
+  <p>However, it's invalid to access (load from or store to) an LLVM-aware
+     object with such a pointer. This includes GlobalVariables, Allocas, and
+     objects pointed to by noalias pointers.</p>
+
+  <p>If you really need this functionality, you can do the arithmetic with
+     explicit integer instructions, and use inttoptr to convert the result to
+     an address. Most of GEP's special aliasing rules do not apply to pointers
+     computed from ptrtoint, arithmetic, and inttoptr sequences.</p>
+
+</div>
+
+<!-- *********************************************************************** -->
+<h3>
+  <a name="ptrdiff">
+    Can I compute the distance between two objects, and add
+    that value to one address to compute the other address?
+  </a>
+</h3>
+<div>
+  <p>As with arithmetic on null, You can use GEP to compute an address that
+     way, but you can't use that pointer to actually access the object if you
+     do, unless the object is managed outside of LLVM.</p>
+
+  <p>Also as above, ptrtoint and inttoptr provide an alternative way to do this
+     which do not have this restriction.</p>
+
+</div>
+
+<!-- *********************************************************************** -->
+<h3>
+  <a name="tbaa">Can I do type-based alias analysis on LLVM IR?</a>
+</h3>
+<div>
+  <p>You can't do type-based alias analysis using LLVM's built-in type system,
+     because LLVM has no restrictions on mixing types in addressing, loads or
+     stores.</p>
+
+  <p>It would be possible to add special annotations to the IR, probably using
+     metadata, to describe a different type system (such as the C type system),
+     and do type-based aliasing on top of that. This is a much bigger
+     undertaking though.</p>
+
+</div>
+
+<!-- *********************************************************************** -->
+
+<h3>
+  <a name="overflow">What happens if a GEP computation overflows?</a>
+</h3>
+<div>
+   <p>If the GEP lacks the <tt>inbounds</tt> keyword, the value is the result
+      from evaluating the implied two's complement integer computation. However,
+      since there's no guarantee of where an object will be allocated in the
+      address space, such values have limited meaning.</p>
+
+  <p>If the GEP has the <tt>inbounds</tt> keyword, the result value is
+     undefined (a "<a href="LangRef.html#trapvalues">trap value</a>") if the GEP
+     overflows (i.e. wraps around the end of the address space).</p>
+  
+  <p>As such, there are some ramifications of this for inbounds GEPs: scales
+     implied by array/vector/pointer indices are always known to be "nsw" since
+     they are signed values that are scaled by the element size.  These values
+     are also allowed to be negative (e.g. "gep i32 *%P, i32 -1") but the
+     pointer itself is logically treated as an unsigned value.  This means that
+     GEPs have an asymmetric relation between the pointer base (which is treated
+     as unsigned) and the offset applied to it (which is treated as signed). The
+     result of the additions within the offset calculation cannot have signed
+     overflow, but when applied to the base pointer, there can be signed
+     overflow.
+  </p>
+  
+
+</div>
+
+<!-- *********************************************************************** -->
+
+<h3>
+  <a name="check">
+    How can I tell if my front-end is following the rules?
+  </a>
+</h3>
+<div>
+   <p>There is currently no checker for the getelementptr rules. Currently,
+      the only way to do this is to manually check each place in your front-end
+      where GetElementPtr operators are created.</p>
+
+   <p>It's not possible to write a checker which could find all rule
+      violations statically. It would be possible to write a checker which
+      works by instrumenting the code with dynamic checks though. Alternatively,
+      it would be possible to write a static checker which catches a subset of
+      possible problems. However, no such checker exists today.</p>
+
+</div>
+
+</div>
+
+<!-- *********************************************************************** -->
+<h2><a name="rationale">Rationale</a></h2>
+<!-- *********************************************************************** -->
+<div>
+<!-- *********************************************************************** -->
+
+<h3>
+  <a name="goals">Why is GEP designed this way?</a>
+</h3>
+<div>
+   <p>The design of GEP has the following goals, in rough unofficial
+      order of priority:</p>
+   <ul>
+     <li>Support C, C-like languages, and languages which can be
+         conceptually lowered into C (this covers a lot).</li>
+     <li>Support optimizations such as those that are common in
+         C compilers. In particular, GEP is a cornerstone of LLVM's
+         <a href="LangRef.html#pointeraliasing">pointer aliasing model</a>.</li>
+     <li>Provide a consistent method for computing addresses so that
+         address computations don't need to be a part of load and
+         store instructions in the IR.</li>
+     <li>Support non-C-like languages, to the extent that it doesn't
+         interfere with other goals.</li>
+     <li>Minimize target-specific information in the IR.</li>
+   </ul>
+</div>
+
+<!-- *********************************************************************** -->
+<h3>
+  <a name="i32">Why do struct member indices always use i32?</a>
+</h3>
+<div>
+  <p>The specific type i32 is probably just a historical artifact, however it's
+     wide enough for all practical purposes, so there's been no need to change it.
+     It doesn't necessarily imply i32 address arithmetic; it's just an identifier
+     which identifies a field in a struct. Requiring that all struct indices be
+     the same reduces the range of possibilities for cases where two GEPs are
+     effectively the same but have distinct operand types.</p>
+
+</div>
+
+<!-- *********************************************************************** -->
+
+<h3>
+  <a name="uglygep">What's an uglygep?</a>
+</h3>
+<div>
+  <p>Some LLVM optimizers operate on GEPs by internally lowering them into
+     more primitive integer expressions, which allows them to be combined
+     with other integer expressions and/or split into multiple separate
+     integer expressions. If they've made non-trivial changes, translating
+     back into LLVM IR can involve reverse-engineering the structure of
+     the addressing in order to fit it into the static type of the original
+     first operand. It isn't always possibly to fully reconstruct this
+     structure; sometimes the underlying addressing doesn't correspond with
+     the static type at all. In such cases the optimizer instead will emit
+     a GEP with the base pointer casted to a simple address-unit pointer,
+     using the name "uglygep". This isn't pretty, but it's just as
+     valid, and it's sufficient to preserve the pointer aliasing guarantees
+     that GEP provides.</p>
+
+</div>
+
 </div>
 
 <!-- *********************************************************************** -->
-<div class="doc_section"><a name="summary"><b>Summary</b></a></div>
+<h2><a name="summary">Summary</a></h2>
 <!-- *********************************************************************** -->
 
-<div class="doc_text">
+<div>
   <p>In summary, here's some things to always remember about the GetElementPtr
   instruction:</p>
   <ol>
 <hr>
 <address>
   <a href="http://jigsaw.w3.org/css-validator/check/referer"><img
-  src="http://jigsaw.w3.org/css-validator/images/vcss" alt="Valid CSS!"></a>
+  src="http://jigsaw.w3.org/css-validator/images/vcss-blue" alt="Valid CSS"></a>
   <a href="http://validator.w3.org/check/referer"><img
-  src="http://www.w3.org/Icons/valid-html401" alt="Valid HTML 4.01!" /></a>
-  <a href="http://llvm.org">The LLVM Compiler Infrastructure</a><br/>
+  src="http://www.w3.org/Icons/valid-html401-blue" alt="Valid HTML 4.01"></a>
+  <a href="http://llvm.org/">The LLVM Compiler Infrastructure</a><br/>
   Last modified: $Date$
 </address>
 </body>