llvm-mc: Add MCContext to MCAssembler.
[oota-llvm.git] / lib / MC / MCAssembler.cpp
index 7a1e935af48b22638fa6ccf1c620909cfbdf306a..fe3d2d13a3bea44ff846752c54a455ee3509817c 100644 (file)
@@ -7,15 +7,40 @@
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
+#define DEBUG_TYPE "assembler"
 #include "llvm/MC/MCAssembler.h"
 #include "llvm/MC/MCSectionMachO.h"
-#include "llvm/Support/DataTypes.h"
-#include "llvm/Support/raw_ostream.h"
 #include "llvm/Target/TargetMachOWriterInfo.h"
-
+#include "llvm/ADT/DenseMap.h"
+#include "llvm/ADT/SmallString.h"
+#include "llvm/ADT/Statistic.h"
+#include "llvm/ADT/StringMap.h"
+#include "llvm/ADT/Twine.h"
+#include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
+#include "llvm/Support/raw_ostream.h"
+#include <vector>
 using namespace llvm;
 
-namespace {
+class MachObjectWriter;
+
+STATISTIC(EmittedFragments, "Number of emitted assembler fragments");
+
+// FIXME FIXME FIXME: There are number of places in this file where we convert
+// what is a 64-bit assembler value used for computation into a value in the
+// object file, which may truncate it. We should detect that truncation where
+// invalid and report errors back.
+
+static void WriteFileData(raw_ostream &OS, const MCSectionData &SD,
+                          MachObjectWriter &MOW);
+
+/// isVirtualSection - Check if this is a section which does not actually exist
+/// in the object file.
+static bool isVirtualSection(const MCSection &Section) {
+  // FIXME: Lame.
+  const MCSectionMachO &SMO = static_cast<const MCSectionMachO&>(Section);
+  unsigned Type = SMO.getTypeAndAttributes() & MCSectionMachO::SECTION_TYPE;
+  return (Type == MCSectionMachO::S_ZEROFILL);
+}
 
 class MachObjectWriter {
   // See <mach-o/loader.h>.
@@ -28,13 +53,74 @@ class MachObjectWriter {
   static const unsigned Header64Size = 32;
   static const unsigned SegmentLoadCommand32Size = 56;
   static const unsigned Section32Size = 68;
+  static const unsigned SymtabLoadCommandSize = 24;
+  static const unsigned DysymtabLoadCommandSize = 80;
+  static const unsigned Nlist32Size = 12;
+  static const unsigned RelocationInfoSize = 8;
 
   enum HeaderFileType {
     HFT_Object = 0x1
   };
 
+  enum HeaderFlags {
+    HF_SubsectionsViaSymbols = 0x2000
+  };
+
   enum LoadCommandType {
-    LCT_Segment = 0x1
+    LCT_Segment = 0x1,
+    LCT_Symtab = 0x2,
+    LCT_Dysymtab = 0xb
+  };
+
+  // See <mach-o/nlist.h>.
+  enum SymbolTypeType {
+    STT_Undefined = 0x00,
+    STT_Absolute  = 0x02,
+    STT_Section   = 0x0e
+  };
+
+  enum SymbolTypeFlags {
+    // If any of these bits are set, then the entry is a stab entry number (see
+    // <mach-o/stab.h>. Otherwise the other masks apply.
+    STF_StabsEntryMask = 0xe0,
+
+    STF_TypeMask       = 0x0e,
+    STF_External       = 0x01,
+    STF_PrivateExtern  = 0x10
+  };
+
+  /// IndirectSymbolFlags - Flags for encoding special values in the indirect
+  /// symbol entry.
+  enum IndirectSymbolFlags {
+    ISF_Local    = 0x80000000,
+    ISF_Absolute = 0x40000000
+  };
+
+  /// RelocationFlags - Special flags for addresses.
+  enum RelocationFlags {
+    RF_Scattered = 0x80000000
+  };
+
+  enum RelocationInfoType {
+    RIT_Vanilla             = 0,
+    RIT_Pair                = 1,
+    RIT_Difference          = 2,
+    RIT_PreboundLazyPointer = 3,
+    RIT_LocalDifference     = 4
+  };
+
+  /// MachSymbolData - Helper struct for containing some precomputed information
+  /// on symbols.
+  struct MachSymbolData {
+    MCSymbolData *SymbolData;
+    uint64_t StringIndex;
+    uint8_t SectionIndex;
+
+    // Support lexicographic sorting.
+    bool operator<(const MachSymbolData &RHS) const {
+      const std::string &Name = SymbolData->getSymbol().getName();
+      return Name < RHS.SymbolData->getSymbol().getName();
+    }
   };
 
   raw_ostream &OS;
@@ -48,17 +134,37 @@ public:
   /// @name Helper Methods
   /// @{
 
+  void Write8(uint8_t Value) {
+    OS << char(Value);
+  }
+
+  void Write16(uint16_t Value) {
+    if (IsLSB) {
+      Write8(uint8_t(Value >> 0));
+      Write8(uint8_t(Value >> 8));
+    } else {
+      Write8(uint8_t(Value >> 8));
+      Write8(uint8_t(Value >> 0));
+    }
+  }
+
   void Write32(uint32_t Value) {
     if (IsLSB) {
-      OS << char(Value >> 0);
-      OS << char(Value >> 8);
-      OS << char(Value >> 16);
-      OS << char(Value >> 24);
+      Write16(uint16_t(Value >> 0));
+      Write16(uint16_t(Value >> 16));
     } else {
-      OS << char(Value >> 24);
-      OS << char(Value >> 16);
-      OS << char(Value >> 8);
-      OS << char(Value >> 0);
+      Write16(uint16_t(Value >> 16));
+      Write16(uint16_t(Value >> 0));
+    }
+  }
+
+  void Write64(uint64_t Value) {
+    if (IsLSB) {
+      Write32(uint32_t(Value >> 0));
+      Write32(uint32_t(Value >> 32));
+    } else {
+      Write32(uint32_t(Value >> 32));
+      Write32(uint32_t(Value >> 0));
     }
   }
 
@@ -79,12 +185,13 @@ public:
 
   /// @}
   
-  static unsigned getPrologSize32(unsigned NumSections) {
-    return Header32Size + SegmentLoadCommand32Size + 
-      NumSections * Section32Size;
-  }
+  void WriteHeader32(unsigned NumLoadCommands, unsigned LoadCommandsSize,
+                     bool SubsectionsViaSymbols) {
+    uint32_t Flags = 0;
+
+    if (SubsectionsViaSymbols)
+      Flags |= HF_SubsectionsViaSymbols;
 
-  void WriteHeader32(unsigned NumSections) {
     // struct mach_header (28 bytes)
 
     uint64_t Start = OS.tell();
@@ -94,28 +201,25 @@ public:
 
     // FIXME: Support cputype.
     Write32(TargetMachOWriterInfo::HDR_CPU_TYPE_I386);
-
     // FIXME: Support cpusubtype.
     Write32(TargetMachOWriterInfo::HDR_CPU_SUBTYPE_I386_ALL);
-
     Write32(HFT_Object);
-
-    // Object files have a single load command, the segment.
-    Write32(1);
-    Write32(SegmentLoadCommand32Size + NumSections * Section32Size);
-    Write32(0); // Flags
+    Write32(NumLoadCommands);    // Object files have a single load command, the
+                                 // segment.
+    Write32(LoadCommandsSize);
+    Write32(Flags);
 
     assert(OS.tell() - Start == Header32Size);
   }
 
-  void WriteLoadCommandHeader(uint32_t Cmd, uint32_t CmdSize) {
-    assert((CmdSize & 0x3) == 0 && "Invalid size!");
-
-    Write32(Cmd);
-    Write32(CmdSize);
-  }
-
-  void WriteSegmentLoadCommand32(unsigned NumSections) {
+  /// WriteSegmentLoadCommand32 - Write a 32-bit segment load command.
+  ///
+  /// \arg NumSections - The number of sections in this segment.
+  /// \arg SectionDataSize - The total size of the sections.
+  void WriteSegmentLoadCommand32(unsigned NumSections,
+                                 uint64_t VMSize,
+                                 uint64_t SectionDataStartOffset,
+                                 uint64_t SectionDataSize) {
     // struct segment_command (56 bytes)
 
     uint64_t Start = OS.tell();
@@ -126,10 +230,9 @@ public:
 
     WriteString("", 16);
     Write32(0); // vmaddr
-    Write32(0); // vmsize
-    Write32(Header32Size + SegmentLoadCommand32Size + 
-            NumSections * Section32Size); // file offset
-    Write32(0); // file size
+    Write32(VMSize); // vmsize
+    Write32(SectionDataStartOffset); // file offset
+    Write32(SectionDataSize); // file size
     Write32(0x7); // maxprot
     Write32(0x7); // initprot
     Write32(NumSections);
@@ -138,7 +241,14 @@ public:
     assert(OS.tell() - Start == SegmentLoadCommand32Size);
   }
 
-  void WriteSection32(const MCSectionData &SD) {
+  void WriteSection32(const MCSectionData &SD, uint64_t FileOffset,
+                      uint64_t RelocationsStart, unsigned NumRelocations) {
+    // The offset is unused for virtual sections.
+    if (isVirtualSection(SD.getSection())) {
+      assert(SD.getFileSize() == 0 && "Invalid file size!");
+      FileOffset = 0;
+    }
+
     // struct section (68 bytes)
 
     uint64_t Start = OS.tell();
@@ -149,80 +259,932 @@ public:
       static_cast<const MCSectionMachO&>(SD.getSection());
     WriteString(Section.getSectionName(), 16);
     WriteString(Section.getSegmentName(), 16);
-    Write32(0); // address
-    Write32(SD.getFileSize()); // size
-    Write32(SD.getFileOffset());
+    Write32(SD.getAddress()); // address
+    Write32(SD.getSize()); // size
+    Write32(FileOffset);
 
     assert(isPowerOf2_32(SD.getAlignment()) && "Invalid alignment!");
     Write32(Log2_32(SD.getAlignment()));
-    Write32(0); // file offset of relocation entries
-    Write32(0); // number of relocation entrions
+    Write32(NumRelocations ? RelocationsStart : 0);
+    Write32(NumRelocations);
     Write32(Section.getTypeAndAttributes());
     Write32(0); // reserved1
     Write32(Section.getStubSize()); // reserved2
 
     assert(OS.tell() - Start == Section32Size);
   }
-};
 
-}
+  void WriteSymtabLoadCommand(uint32_t SymbolOffset, uint32_t NumSymbols,
+                              uint32_t StringTableOffset,
+                              uint32_t StringTableSize) {
+    // struct symtab_command (24 bytes)
+
+    uint64_t Start = OS.tell();
+    (void) Start;
+
+    Write32(LCT_Symtab);
+    Write32(SymtabLoadCommandSize);
+    Write32(SymbolOffset);
+    Write32(NumSymbols);
+    Write32(StringTableOffset);
+    Write32(StringTableSize);
+
+    assert(OS.tell() - Start == SymtabLoadCommandSize);
+  }
+
+  void WriteDysymtabLoadCommand(uint32_t FirstLocalSymbol,
+                                uint32_t NumLocalSymbols,
+                                uint32_t FirstExternalSymbol,
+                                uint32_t NumExternalSymbols,
+                                uint32_t FirstUndefinedSymbol,
+                                uint32_t NumUndefinedSymbols,
+                                uint32_t IndirectSymbolOffset,
+                                uint32_t NumIndirectSymbols) {
+    // struct dysymtab_command (80 bytes)
+
+    uint64_t Start = OS.tell();
+    (void) Start;
+
+    Write32(LCT_Dysymtab);
+    Write32(DysymtabLoadCommandSize);
+    Write32(FirstLocalSymbol);
+    Write32(NumLocalSymbols);
+    Write32(FirstExternalSymbol);
+    Write32(NumExternalSymbols);
+    Write32(FirstUndefinedSymbol);
+    Write32(NumUndefinedSymbols);
+    Write32(0); // tocoff
+    Write32(0); // ntoc
+    Write32(0); // modtaboff
+    Write32(0); // nmodtab
+    Write32(0); // extrefsymoff
+    Write32(0); // nextrefsyms
+    Write32(IndirectSymbolOffset);
+    Write32(NumIndirectSymbols);
+    Write32(0); // extreloff
+    Write32(0); // nextrel
+    Write32(0); // locreloff
+    Write32(0); // nlocrel
+
+    assert(OS.tell() - Start == DysymtabLoadCommandSize);
+  }
+
+  void WriteNlist32(MachSymbolData &MSD) {
+    MCSymbolData &Data = *MSD.SymbolData;
+    MCSymbol &Symbol = Data.getSymbol();
+    uint8_t Type = 0;
+    uint16_t Flags = Data.getFlags();
+    uint32_t Address = 0;
+
+    // Set the N_TYPE bits. See <mach-o/nlist.h>.
+    //
+    // FIXME: Are the prebound or indirect fields possible here?
+    if (Symbol.isUndefined())
+      Type = STT_Undefined;
+    else if (Symbol.isAbsolute())
+      Type = STT_Absolute;
+    else
+      Type = STT_Section;
+
+    // FIXME: Set STAB bits.
+
+    if (Data.isPrivateExtern())
+      Type |= STF_PrivateExtern;
+
+    // Set external bit.
+    if (Data.isExternal() || Symbol.isUndefined())
+      Type |= STF_External;
+
+    // Compute the symbol address.
+    if (Symbol.isDefined()) {
+      if (Symbol.isAbsolute()) {
+        llvm_unreachable("FIXME: Not yet implemented!");
+      } else {
+        Address = Data.getFragment()->getAddress() + Data.getOffset();
+      }
+    } else if (Data.isCommon()) {
+      // Common symbols are encoded with the size in the address
+      // field, and their alignment in the flags.
+      Address = Data.getCommonSize();
+
+      // Common alignment is packed into the 'desc' bits.
+      if (unsigned Align = Data.getCommonAlignment()) {
+        unsigned Log2Size = Log2_32(Align);
+        assert((1U << Log2Size) == Align && "Invalid 'common' alignment!");
+        if (Log2Size > 15)
+          llvm_report_error("invalid 'common' alignment '" +
+                            Twine(Align) + "'");
+        // FIXME: Keep this mask with the SymbolFlags enumeration.
+        Flags = (Flags & 0xF0FF) | (Log2Size << 8);
+      }
+    }
+
+    // struct nlist (12 bytes)
+
+    Write32(MSD.StringIndex);
+    Write8(Type);
+    Write8(MSD.SectionIndex);
+    
+    // The Mach-O streamer uses the lowest 16-bits of the flags for the 'desc'
+    // value.
+    Write16(Flags);
+    Write32(Address);
+  }
+
+  struct MachRelocationEntry {
+    uint32_t Word0;
+    uint32_t Word1;
+  };
+  void ComputeScatteredRelocationInfo(MCAssembler &Asm,
+                                      MCSectionData::Fixup &Fixup,
+                             DenseMap<const MCSymbol*,MCSymbolData*> &SymbolMap,
+                                     std::vector<MachRelocationEntry> &Relocs) {
+    uint32_t Address = Fixup.Fragment->getOffset() + Fixup.Offset;
+    unsigned IsPCRel = 0;
+    unsigned Type = RIT_Vanilla;
+
+    // See <reloc.h>.
+
+    const MCSymbol *A = Fixup.Value.getSymA();
+    MCSymbolData *SD = SymbolMap.lookup(A);
+    uint32_t Value = SD->getFragment()->getAddress() + SD->getOffset();
+    uint32_t Value2 = 0;
+
+    if (const MCSymbol *B = Fixup.Value.getSymB()) {
+      Type = RIT_LocalDifference;
+
+      MCSymbolData *SD = SymbolMap.lookup(B);
+      Value2 = SD->getFragment()->getAddress() + SD->getOffset();
+    }
+
+    unsigned Log2Size = Log2_32(Fixup.Size);
+    assert((1U << Log2Size) == Fixup.Size && "Invalid fixup size!");
+
+    // The value which goes in the fixup is current value of the expression.
+    Fixup.FixedValue = Value - Value2 + Fixup.Value.getConstant();
+
+    MachRelocationEntry MRE;
+    MRE.Word0 = ((Address   <<  0) |
+                 (Type      << 24) |
+                 (Log2Size  << 28) |
+                 (IsPCRel   << 30) |
+                 RF_Scattered);
+    MRE.Word1 = Value;
+    Relocs.push_back(MRE);
+
+    if (Type == RIT_LocalDifference) {
+      Type = RIT_Pair;
+
+      MachRelocationEntry MRE;
+      MRE.Word0 = ((0         <<  0) |
+                   (Type      << 24) |
+                   (Log2Size  << 28) |
+                   (0   << 30) |
+                   RF_Scattered);
+      MRE.Word1 = Value2;
+      Relocs.push_back(MRE);
+    }
+  }
+
+  void ComputeRelocationInfo(MCAssembler &Asm,
+                             MCSectionData::Fixup &Fixup,
+                             DenseMap<const MCSymbol*,MCSymbolData*> &SymbolMap,
+                             std::vector<MachRelocationEntry> &Relocs) {
+    // If this is a local symbol plus an offset or a difference, then we need a
+    // scattered relocation entry.
+    if (Fixup.Value.getSymB()) // a - b
+      return ComputeScatteredRelocationInfo(Asm, Fixup, SymbolMap, Relocs);
+    if (Fixup.Value.getSymA() && Fixup.Value.getConstant())
+      if (!Fixup.Value.getSymA()->isUndefined())
+        return ComputeScatteredRelocationInfo(Asm, Fixup, SymbolMap, Relocs);
+        
+    // See <reloc.h>.
+    uint32_t Address = Fixup.Fragment->getOffset() + Fixup.Offset;
+    uint32_t Value = 0;
+    unsigned Index = 0;
+    unsigned IsPCRel = 0;
+    unsigned IsExtern = 0;
+    unsigned Type = 0;
+
+    if (Fixup.Value.isAbsolute()) { // constant
+      // SymbolNum of 0 indicates the absolute section.
+      Type = RIT_Vanilla;
+      Value = 0;
+      llvm_unreachable("FIXME: Not yet implemented!");
+    } else {
+      const MCSymbol *Symbol = Fixup.Value.getSymA();
+      MCSymbolData *SD = SymbolMap.lookup(Symbol);
+      
+      if (Symbol->isUndefined()) {
+        IsExtern = 1;
+        Index = SD->getIndex();
+        Value = 0;
+      } else {
+        // The index is the section ordinal.
+        //
+        // FIXME: O(N)
+        Index = 1;
+        for (MCAssembler::iterator it = Asm.begin(),
+               ie = Asm.end(); it != ie; ++it, ++Index)
+          if (&*it == SD->getFragment()->getParent())
+            break;
+        Value = SD->getFragment()->getAddress() + SD->getOffset();
+      }
+
+      Type = RIT_Vanilla;
+    }
+
+    // The value which goes in the fixup is current value of the expression.
+    Fixup.FixedValue = Value + Fixup.Value.getConstant();
+
+    unsigned Log2Size = Log2_32(Fixup.Size);
+    assert((1U << Log2Size) == Fixup.Size && "Invalid fixup size!");
+
+    // struct relocation_info (8 bytes)
+    MachRelocationEntry MRE;
+    MRE.Word0 = Address;
+    MRE.Word1 = ((Index     <<  0) |
+                 (IsPCRel   << 24) |
+                 (Log2Size  << 25) |
+                 (IsExtern  << 27) |
+                 (Type      << 28));
+    Relocs.push_back(MRE);
+  }
+  
+  void BindIndirectSymbols(MCAssembler &Asm,
+                           DenseMap<const MCSymbol*,MCSymbolData*> &SymbolMap) {
+    // This is the point where 'as' creates actual symbols for indirect symbols
+    // (in the following two passes). It would be easier for us to do this
+    // sooner when we see the attribute, but that makes getting the order in the
+    // symbol table much more complicated than it is worth.
+    //
+    // FIXME: Revisit this when the dust settles.
+
+    // Bind non lazy symbol pointers first.
+    for (MCAssembler::indirect_symbol_iterator it = Asm.indirect_symbol_begin(),
+           ie = Asm.indirect_symbol_end(); it != ie; ++it) {
+      // FIXME: cast<> support!
+      const MCSectionMachO &Section =
+        static_cast<const MCSectionMachO&>(it->SectionData->getSection());
+
+      unsigned Type =
+        Section.getTypeAndAttributes() & MCSectionMachO::SECTION_TYPE;
+      if (Type != MCSectionMachO::S_NON_LAZY_SYMBOL_POINTERS)
+        continue;
+
+      MCSymbolData *&Entry = SymbolMap[it->Symbol];
+      if (!Entry)
+        Entry = new MCSymbolData(*it->Symbol, 0, 0, &Asm);
+    }
+
+    // Then lazy symbol pointers and symbol stubs.
+    for (MCAssembler::indirect_symbol_iterator it = Asm.indirect_symbol_begin(),
+           ie = Asm.indirect_symbol_end(); it != ie; ++it) {
+      // FIXME: cast<> support!
+      const MCSectionMachO &Section =
+        static_cast<const MCSectionMachO&>(it->SectionData->getSection());
+
+      unsigned Type =
+        Section.getTypeAndAttributes() & MCSectionMachO::SECTION_TYPE;
+      if (Type != MCSectionMachO::S_LAZY_SYMBOL_POINTERS &&
+          Type != MCSectionMachO::S_SYMBOL_STUBS)
+        continue;
+
+      MCSymbolData *&Entry = SymbolMap[it->Symbol];
+      if (!Entry) {
+        Entry = new MCSymbolData(*it->Symbol, 0, 0, &Asm);
+
+        // Set the symbol type to undefined lazy, but only on construction.
+        //
+        // FIXME: Do not hardcode.
+        Entry->setFlags(Entry->getFlags() | 0x0001);
+      }
+    }
+  }
+
+  /// ComputeSymbolTable - Compute the symbol table data
+  ///
+  /// \param StringTable [out] - The string table data.
+  /// \param StringIndexMap [out] - Map from symbol names to offsets in the
+  /// string table.
+  void ComputeSymbolTable(MCAssembler &Asm, SmallString<256> &StringTable,
+                          std::vector<MachSymbolData> &LocalSymbolData,
+                          std::vector<MachSymbolData> &ExternalSymbolData,
+                          std::vector<MachSymbolData> &UndefinedSymbolData) {
+    // Build section lookup table.
+    DenseMap<const MCSection*, uint8_t> SectionIndexMap;
+    unsigned Index = 1;
+    for (MCAssembler::iterator it = Asm.begin(),
+           ie = Asm.end(); it != ie; ++it, ++Index)
+      SectionIndexMap[&it->getSection()] = Index;
+    assert(Index <= 256 && "Too many sections!");
+
+    // Index 0 is always the empty string.
+    StringMap<uint64_t> StringIndexMap;
+    StringTable += '\x00';
+
+    // Build the symbol arrays and the string table, but only for non-local
+    // symbols.
+    //
+    // The particular order that we collect the symbols and create the string
+    // table, then sort the symbols is chosen to match 'as'. Even though it
+    // doesn't matter for correctness, this is important for letting us diff .o
+    // files.
+    for (MCAssembler::symbol_iterator it = Asm.symbol_begin(),
+           ie = Asm.symbol_end(); it != ie; ++it) {
+      MCSymbol &Symbol = it->getSymbol();
+
+      // Ignore assembler temporaries.
+      if (it->getSymbol().isTemporary())
+        continue;
+
+      if (!it->isExternal() && !Symbol.isUndefined())
+        continue;
+
+      uint64_t &Entry = StringIndexMap[Symbol.getName()];
+      if (!Entry) {
+        Entry = StringTable.size();
+        StringTable += Symbol.getName();
+        StringTable += '\x00';
+      }
+
+      MachSymbolData MSD;
+      MSD.SymbolData = it;
+      MSD.StringIndex = Entry;
+
+      if (Symbol.isUndefined()) {
+        MSD.SectionIndex = 0;
+        UndefinedSymbolData.push_back(MSD);
+      } else if (Symbol.isAbsolute()) {
+        MSD.SectionIndex = 0;
+        ExternalSymbolData.push_back(MSD);
+      } else {
+        MSD.SectionIndex = SectionIndexMap.lookup(&Symbol.getSection());
+        assert(MSD.SectionIndex && "Invalid section index!");
+        ExternalSymbolData.push_back(MSD);
+      }
+    }
+
+    // Now add the data for local symbols.
+    for (MCAssembler::symbol_iterator it = Asm.symbol_begin(),
+           ie = Asm.symbol_end(); it != ie; ++it) {
+      MCSymbol &Symbol = it->getSymbol();
+
+      // Ignore assembler temporaries.
+      if (it->getSymbol().isTemporary())
+        continue;
+
+      if (it->isExternal() || Symbol.isUndefined())
+        continue;
+
+      uint64_t &Entry = StringIndexMap[Symbol.getName()];
+      if (!Entry) {
+        Entry = StringTable.size();
+        StringTable += Symbol.getName();
+        StringTable += '\x00';
+      }
+
+      MachSymbolData MSD;
+      MSD.SymbolData = it;
+      MSD.StringIndex = Entry;
+
+      if (Symbol.isAbsolute()) {
+        MSD.SectionIndex = 0;
+        LocalSymbolData.push_back(MSD);
+      } else {
+        MSD.SectionIndex = SectionIndexMap.lookup(&Symbol.getSection());
+        assert(MSD.SectionIndex && "Invalid section index!");
+        LocalSymbolData.push_back(MSD);
+      }
+    }
+
+    // External and undefined symbols are required to be in lexicographic order.
+    std::sort(ExternalSymbolData.begin(), ExternalSymbolData.end());
+    std::sort(UndefinedSymbolData.begin(), UndefinedSymbolData.end());
+
+    // Set the symbol indices.
+    Index = 0;
+    for (unsigned i = 0, e = LocalSymbolData.size(); i != e; ++i)
+      LocalSymbolData[i].SymbolData->setIndex(Index++);
+    for (unsigned i = 0, e = ExternalSymbolData.size(); i != e; ++i)
+      ExternalSymbolData[i].SymbolData->setIndex(Index++);
+    for (unsigned i = 0, e = UndefinedSymbolData.size(); i != e; ++i)
+      UndefinedSymbolData[i].SymbolData->setIndex(Index++);
+
+    // The string table is padded to a multiple of 4.
+    //
+    // FIXME: Check to see if this varies per arch.
+    while (StringTable.size() % 4)
+      StringTable += '\x00';
+  }
+
+  void WriteObject(MCAssembler &Asm) {
+    unsigned NumSections = Asm.size();
+
+    // Compute the symbol -> symbol data map.
+    //
+    // FIXME: This should not be here.
+    DenseMap<const MCSymbol*, MCSymbolData *> SymbolMap;
+    for (MCAssembler::symbol_iterator it = Asm.symbol_begin(),
+           ie = Asm.symbol_end(); it != ie; ++it)
+      SymbolMap[&it->getSymbol()] = it;
+
+    // Create symbol data for any indirect symbols.
+    BindIndirectSymbols(Asm, SymbolMap);
+
+    // Compute symbol table information.
+    SmallString<256> StringTable;
+    std::vector<MachSymbolData> LocalSymbolData;
+    std::vector<MachSymbolData> ExternalSymbolData;
+    std::vector<MachSymbolData> UndefinedSymbolData;
+    unsigned NumSymbols = Asm.symbol_size();
+
+    // No symbol table command is written if there are no symbols.
+    if (NumSymbols)
+      ComputeSymbolTable(Asm, StringTable, LocalSymbolData, ExternalSymbolData,
+                         UndefinedSymbolData);
+  
+    // The section data starts after the header, the segment load command (and
+    // section headers) and the symbol table.
+    unsigned NumLoadCommands = 1;
+    uint64_t LoadCommandsSize =
+      SegmentLoadCommand32Size + NumSections * Section32Size;
+
+    // Add the symbol table load command sizes, if used.
+    if (NumSymbols) {
+      NumLoadCommands += 2;
+      LoadCommandsSize += SymtabLoadCommandSize + DysymtabLoadCommandSize;
+    }
+
+    // Compute the total size of the section data, as well as its file size and
+    // vm size.
+    uint64_t SectionDataStart = Header32Size + LoadCommandsSize;
+    uint64_t SectionDataSize = 0;
+    uint64_t SectionDataFileSize = 0;
+    uint64_t VMSize = 0;
+    for (MCAssembler::iterator it = Asm.begin(),
+           ie = Asm.end(); it != ie; ++it) {
+      MCSectionData &SD = *it;
+
+      VMSize = std::max(VMSize, SD.getAddress() + SD.getSize());
+
+      if (isVirtualSection(SD.getSection()))
+        continue;
+
+      SectionDataSize = std::max(SectionDataSize,
+                                 SD.getAddress() + SD.getSize());
+      SectionDataFileSize = std::max(SectionDataFileSize, 
+                                     SD.getAddress() + SD.getFileSize());
+    }
+
+    // The section data is passed to 4 bytes.
+    //
+    // FIXME: Is this machine dependent?
+    unsigned SectionDataPadding = OffsetToAlignment(SectionDataFileSize, 4);
+    SectionDataFileSize += SectionDataPadding;
+
+    // Write the prolog, starting with the header and load command...
+    WriteHeader32(NumLoadCommands, LoadCommandsSize,
+                  Asm.getSubsectionsViaSymbols());
+    WriteSegmentLoadCommand32(NumSections, VMSize,
+                              SectionDataStart, SectionDataSize);
+  
+    // ... and then the section headers.
+    // 
+    // We also compute the section relocations while we do this. Note that
+    // compute relocation info will also update the fixup to have the correct
+    // value; this will be overwrite the appropriate data in the fragment when
+    // it is written.
+    std::vector<MachRelocationEntry> RelocInfos;
+    uint64_t RelocTableEnd = SectionDataStart + SectionDataFileSize;
+    for (MCAssembler::iterator it = Asm.begin(), ie = Asm.end(); it != ie;
+         ++it) {
+      MCSectionData &SD = *it;
+
+      // The assembler writes relocations in the reverse order they were seen.
+      //
+      // FIXME: It is probably more complicated than this.
+      unsigned NumRelocsStart = RelocInfos.size();
+      for (unsigned i = 0, e = SD.fixup_size(); i != e; ++i)
+        ComputeRelocationInfo(Asm, SD.getFixups()[e - i - 1], SymbolMap,
+                              RelocInfos);
+
+      unsigned NumRelocs = RelocInfos.size() - NumRelocsStart;
+      uint64_t SectionStart = SectionDataStart + SD.getAddress();
+      WriteSection32(SD, SectionStart, RelocTableEnd, NumRelocs);
+      RelocTableEnd += NumRelocs * RelocationInfoSize;
+    }
+    
+    // Write the symbol table load command, if used.
+    if (NumSymbols) {
+      unsigned FirstLocalSymbol = 0;
+      unsigned NumLocalSymbols = LocalSymbolData.size();
+      unsigned FirstExternalSymbol = FirstLocalSymbol + NumLocalSymbols;
+      unsigned NumExternalSymbols = ExternalSymbolData.size();
+      unsigned FirstUndefinedSymbol = FirstExternalSymbol + NumExternalSymbols;
+      unsigned NumUndefinedSymbols = UndefinedSymbolData.size();
+      unsigned NumIndirectSymbols = Asm.indirect_symbol_size();
+      unsigned NumSymTabSymbols =
+        NumLocalSymbols + NumExternalSymbols + NumUndefinedSymbols;
+      uint64_t IndirectSymbolSize = NumIndirectSymbols * 4;
+      uint64_t IndirectSymbolOffset = 0;
+
+      // If used, the indirect symbols are written after the section data.
+      if (NumIndirectSymbols)
+        IndirectSymbolOffset = RelocTableEnd;
+
+      // The symbol table is written after the indirect symbol data.
+      uint64_t SymbolTableOffset = RelocTableEnd + IndirectSymbolSize;
+
+      // The string table is written after symbol table.
+      uint64_t StringTableOffset =
+        SymbolTableOffset + NumSymTabSymbols * Nlist32Size;
+      WriteSymtabLoadCommand(SymbolTableOffset, NumSymTabSymbols,
+                             StringTableOffset, StringTable.size());
+
+      WriteDysymtabLoadCommand(FirstLocalSymbol, NumLocalSymbols,
+                               FirstExternalSymbol, NumExternalSymbols,
+                               FirstUndefinedSymbol, NumUndefinedSymbols,
+                               IndirectSymbolOffset, NumIndirectSymbols);
+    }
+
+    // Write the actual section data.
+    for (MCAssembler::iterator it = Asm.begin(), ie = Asm.end(); it != ie; ++it)
+      WriteFileData(OS, *it, *this);
+
+    // Write the extra padding.
+    WriteZeros(SectionDataPadding);
+
+    // Write the relocation entries.
+    for (unsigned i = 0, e = RelocInfos.size(); i != e; ++i) {
+      Write32(RelocInfos[i].Word0);
+      Write32(RelocInfos[i].Word1);
+    }
+
+    // Write the symbol table data, if used.
+    if (NumSymbols) {
+      // Write the indirect symbol entries.
+      for (MCAssembler::indirect_symbol_iterator
+             it = Asm.indirect_symbol_begin(),
+             ie = Asm.indirect_symbol_end(); it != ie; ++it) {
+        // Indirect symbols in the non lazy symbol pointer section have some
+        // special handling.
+        const MCSectionMachO &Section =
+          static_cast<const MCSectionMachO&>(it->SectionData->getSection());
+        unsigned Type =
+          Section.getTypeAndAttributes() & MCSectionMachO::SECTION_TYPE;
+        if (Type == MCSectionMachO::S_NON_LAZY_SYMBOL_POINTERS) {
+          // If this symbol is defined and internal, mark it as such.
+          if (it->Symbol->isDefined() &&
+              !SymbolMap.lookup(it->Symbol)->isExternal()) {
+            uint32_t Flags = ISF_Local;
+            if (it->Symbol->isAbsolute())
+              Flags |= ISF_Absolute;
+            Write32(Flags);
+            continue;
+          }
+        }
+
+        Write32(SymbolMap[it->Symbol]->getIndex());
+      }
+
+      // FIXME: Check that offsets match computed ones.
+
+      // Write the symbol table entries.
+      for (unsigned i = 0, e = LocalSymbolData.size(); i != e; ++i)
+        WriteNlist32(LocalSymbolData[i]);
+      for (unsigned i = 0, e = ExternalSymbolData.size(); i != e; ++i)
+        WriteNlist32(ExternalSymbolData[i]);
+      for (unsigned i = 0, e = UndefinedSymbolData.size(); i != e; ++i)
+        WriteNlist32(UndefinedSymbolData[i]);
+
+      // Write the string table.
+      OS << StringTable.str();
+    }
+  }
+};
 
 /* *** */
 
-MCFragment::MCFragment(MCSectionData *SD)
+MCFragment::MCFragment() : Kind(FragmentType(~0)) {
+}
+
+MCFragment::MCFragment(FragmentType _Kind, MCSectionData *_Parent)
+  : Kind(_Kind),
+    Parent(_Parent),
+    FileSize(~UINT64_C(0))
 {
-  if (SD)
-    SD->getFragmentList().push_back(this);
+  if (Parent)
+    Parent->getFragmentList().push_back(this);
+}
+
+MCFragment::~MCFragment() {
+}
+
+uint64_t MCFragment::getAddress() const {
+  assert(getParent() && "Missing Section!");
+  return getParent()->getAddress() + Offset;
 }
 
 /* *** */
 
-MCSectionData::MCSectionData() : Section(*(MCSection*)0) {}
+MCSectionData::MCSectionData() : Section(0) {}
 
 MCSectionData::MCSectionData(const MCSection &_Section, MCAssembler *A)
-  : Section(_Section),
+  : Section(&_Section),
     Alignment(1),
-    FileOffset(0),
-    FileSize(0)
+    Address(~UINT64_C(0)),
+    Size(~UINT64_C(0)),
+    FileSize(~UINT64_C(0)),
+    LastFixupLookup(~0)
 {
   if (A)
     A->getSectionList().push_back(this);
 }
 
-void MCSectionData::WriteFileData(raw_ostream &OS) const {
-  
+const MCSectionData::Fixup *
+MCSectionData::LookupFixup(const MCFragment *Fragment, uint64_t Offset) const {
+  // Use a one level cache to turn the common case of accessing the fixups in
+  // order into O(1) instead of O(N).
+  unsigned i = LastFixupLookup, Count = Fixups.size(), End = Fixups.size();
+  if (i >= End)
+    i = 0;
+  while (Count--) {
+    const Fixup &F = Fixups[i];
+    if (F.Fragment == Fragment && F.Offset == Offset) {
+      LastFixupLookup = i;
+      return &F;
+    }
+
+    ++i;
+    if (i == End)
+      i = 0;
+  }
+
+  return 0;
+}
+                                                       
+/* *** */
+
+MCSymbolData::MCSymbolData() : Symbol(*(MCSymbol*)0) {}
+
+MCSymbolData::MCSymbolData(MCSymbol &_Symbol, MCFragment *_Fragment,
+                           uint64_t _Offset, MCAssembler *A)
+  : Symbol(_Symbol), Fragment(_Fragment), Offset(_Offset),
+    IsExternal(false), IsPrivateExtern(false),
+    CommonSize(0), CommonAlign(0), Flags(0), Index(0)
+{
+  if (A)
+    A->getSymbolList().push_back(this);
 }
 
 /* *** */
 
-MCAssembler::MCAssembler(raw_ostream &_OS) : OS(_OS) {}
+MCAssembler::MCAssembler(MCContext &_Context, raw_ostream &_OS)
+  : Context(_Context), OS(_OS), SubsectionsViaSymbols(false)
+{
+}
 
 MCAssembler::~MCAssembler() {
 }
 
+void MCAssembler::LayoutSection(MCSectionData &SD) {
+  uint64_t Address = SD.getAddress();
+
+  for (MCSectionData::iterator it = SD.begin(), ie = SD.end(); it != ie; ++it) {
+    MCFragment &F = *it;
+
+    F.setOffset(Address - SD.getAddress());
+
+    // Evaluate fragment size.
+    switch (F.getKind()) {
+    case MCFragment::FT_Align: {
+      MCAlignFragment &AF = cast<MCAlignFragment>(F);
+      
+      uint64_t Size = OffsetToAlignment(Address, AF.getAlignment());
+      if (Size > AF.getMaxBytesToEmit())
+        AF.setFileSize(0);
+      else
+        AF.setFileSize(Size);
+      break;
+    }
+
+    case MCFragment::FT_Data:
+      F.setFileSize(F.getMaxFileSize());
+      break;
+
+    case MCFragment::FT_Fill: {
+      MCFillFragment &FF = cast<MCFillFragment>(F);
+
+      F.setFileSize(F.getMaxFileSize());
+
+      // If the fill value is constant, thats it.
+      if (FF.getValue().isAbsolute())
+        break;
+
+      // Otherwise, add fixups for the values.
+      for (uint64_t i = 0, e = FF.getCount(); i != e; ++i) {
+        MCSectionData::Fixup Fix(F, i * FF.getValueSize(),
+                                 FF.getValue(),FF.getValueSize());
+        SD.getFixups().push_back(Fix);
+      }
+      break;
+    }
+
+    case MCFragment::FT_Org: {
+      MCOrgFragment &OF = cast<MCOrgFragment>(F);
+
+      if (!OF.getOffset().isAbsolute())
+        llvm_unreachable("FIXME: Not yet implemented!");
+      uint64_t OrgOffset = OF.getOffset().getConstant();
+      uint64_t Offset = Address - SD.getAddress();
+
+      // FIXME: We need a way to communicate this error.
+      if (OrgOffset < Offset)
+        llvm_report_error("invalid .org offset '" + Twine(OrgOffset) + 
+                          "' (at offset '" + Twine(Offset) + "'");
+        
+      F.setFileSize(OrgOffset - Offset);
+      break;
+    }      
+
+    case MCFragment::FT_ZeroFill: {
+      MCZeroFillFragment &ZFF = cast<MCZeroFillFragment>(F);
+
+      // Align the fragment offset; it is safe to adjust the offset freely since
+      // this is only in virtual sections.
+      uint64_t Aligned = RoundUpToAlignment(Address, ZFF.getAlignment());
+      F.setOffset(Aligned - SD.getAddress());
+
+      // FIXME: This is misnamed.
+      F.setFileSize(ZFF.getSize());
+      break;
+    }
+    }
+
+    Address += F.getFileSize();
+  }
+
+  // Set the section sizes.
+  SD.setSize(Address - SD.getAddress());
+  if (isVirtualSection(SD.getSection()))
+    SD.setFileSize(0);
+  else
+    SD.setFileSize(Address - SD.getAddress());
+}
+
+/// WriteFileData - Write the \arg F data to the output file.
+static void WriteFileData(raw_ostream &OS, const MCFragment &F,
+                          MachObjectWriter &MOW) {
+  uint64_t Start = OS.tell();
+  (void) Start;
+    
+  ++EmittedFragments;
+
+  // FIXME: Embed in fragments instead?
+  switch (F.getKind()) {
+  case MCFragment::FT_Align: {
+    MCAlignFragment &AF = cast<MCAlignFragment>(F);
+    uint64_t Count = AF.getFileSize() / AF.getValueSize();
+
+    // FIXME: This error shouldn't actually occur (the front end should emit
+    // multiple .align directives to enforce the semantics it wants), but is
+    // severe enough that we want to report it. How to handle this?
+    if (Count * AF.getValueSize() != AF.getFileSize())
+      llvm_report_error("undefined .align directive, value size '" + 
+                        Twine(AF.getValueSize()) + 
+                        "' is not a divisor of padding size '" +
+                        Twine(AF.getFileSize()) + "'");
+
+    for (uint64_t i = 0; i != Count; ++i) {
+      switch (AF.getValueSize()) {
+      default:
+        assert(0 && "Invalid size!");
+      case 1: MOW.Write8 (uint8_t (AF.getValue())); break;
+      case 2: MOW.Write16(uint16_t(AF.getValue())); break;
+      case 4: MOW.Write32(uint32_t(AF.getValue())); break;
+      case 8: MOW.Write64(uint64_t(AF.getValue())); break;
+      }
+    }
+    break;
+  }
+
+  case MCFragment::FT_Data:
+    OS << cast<MCDataFragment>(F).getContents().str();
+    break;
+
+  case MCFragment::FT_Fill: {
+    MCFillFragment &FF = cast<MCFillFragment>(F);
+
+    int64_t Value = 0;
+    if (FF.getValue().isAbsolute())
+      Value = FF.getValue().getConstant();
+    for (uint64_t i = 0, e = FF.getCount(); i != e; ++i) {
+      if (!FF.getValue().isAbsolute()) {
+        // Find the fixup.
+        //
+        // FIXME: Find a better way to write in the fixes.
+        const MCSectionData::Fixup *Fixup =
+          F.getParent()->LookupFixup(&F, i * FF.getValueSize());
+        assert(Fixup && "Missing fixup for fill value!");
+        Value = Fixup->FixedValue;
+      }
+
+      switch (FF.getValueSize()) {
+      default:
+        assert(0 && "Invalid size!");
+      case 1: MOW.Write8 (uint8_t (Value)); break;
+      case 2: MOW.Write16(uint16_t(Value)); break;
+      case 4: MOW.Write32(uint32_t(Value)); break;
+      case 8: MOW.Write64(uint64_t(Value)); break;
+      }
+    }
+    break;
+  }
+    
+  case MCFragment::FT_Org: {
+    MCOrgFragment &OF = cast<MCOrgFragment>(F);
+
+    for (uint64_t i = 0, e = OF.getFileSize(); i != e; ++i)
+      MOW.Write8(uint8_t(OF.getValue()));
+
+    break;
+  }
+
+  case MCFragment::FT_ZeroFill: {
+    assert(0 && "Invalid zero fill fragment in concrete section!");
+    break;
+  }
+  }
+
+  assert(OS.tell() - Start == F.getFileSize());
+}
+
+/// WriteFileData - Write the \arg SD data to the output file.
+static void WriteFileData(raw_ostream &OS, const MCSectionData &SD,
+                          MachObjectWriter &MOW) {
+  // Ignore virtual sections.
+  if (isVirtualSection(SD.getSection())) {
+    assert(SD.getFileSize() == 0);
+    return;
+  }
+
+  uint64_t Start = OS.tell();
+  (void) Start;
+      
+  for (MCSectionData::const_iterator it = SD.begin(),
+         ie = SD.end(); it != ie; ++it)
+    WriteFileData(OS, *it, MOW);
+
+  // Add section padding.
+  assert(SD.getFileSize() >= SD.getSize() && "Invalid section sizes!");
+  MOW.WriteZeros(SD.getFileSize() - SD.getSize());
+
+  assert(OS.tell() - Start == SD.getFileSize());
+}
+
 void MCAssembler::Finish() {
-  unsigned NumSections = Sections.size();
-  
-  // Compute the file offsets so we can write in a single pass.
-  uint64_t Offset = MachObjectWriter::getPrologSize32(NumSections);
+  // Layout the concrete sections and fragments.
+  uint64_t Address = 0;
+  MCSectionData *Prev = 0;
   for (iterator it = begin(), ie = end(); it != ie; ++it) {
-    it->setFileOffset(Offset);
-    Offset += it->getFileSize();
+    MCSectionData &SD = *it;
+
+    // Skip virtual sections.
+    if (isVirtualSection(SD.getSection()))
+      continue;
+
+    // Align this section if necessary by adding padding bytes to the previous
+    // section.
+    if (uint64_t Pad = OffsetToAlignment(Address, it->getAlignment())) {
+      assert(Prev && "Missing prev section!");
+      Prev->setFileSize(Prev->getFileSize() + Pad);
+      Address += Pad;
+    }
+
+    // Layout the section fragments and its size.
+    SD.setAddress(Address);
+    LayoutSection(SD);
+    Address += SD.getFileSize();
+
+    Prev = &SD;
   }
 
-  MachObjectWriter MOW(OS);
+  // Layout the virtual sections.
+  for (iterator it = begin(), ie = end(); it != ie; ++it) {
+    MCSectionData &SD = *it;
 
-  // Write the prolog, starting with the header and load command...
-  MOW.WriteHeader32(NumSections);
-  MOW.WriteSegmentLoadCommand32(NumSections);
-  
-  // ... and then the section headers.
-  for (iterator it = begin(), ie = end(); it != ie; ++it)
-    MOW.WriteSection32(*it);
+    if (!isVirtualSection(SD.getSection()))
+      continue;
+
+    SD.setAddress(Address);
+    LayoutSection(SD);
+    Address += SD.getSize();
+  }
+
+  // Write the object file.
+  MachObjectWriter MOW(OS);
+  MOW.WriteObject(*this);
 
-  // Finally, write the section data.
-  for (iterator it = begin(), ie = end(); it != ie; ++it)
-    it->WriteFileData(OS);
-  
   OS.flush();
 }