5f4c4b1eeab1e47d5740014dab3393293a5bff93
[oota-llvm.git] / docs / LangRef.rst
1 ==============================
2 LLVM Language Reference Manual
3 ==============================
4
5 .. contents::
6    :local:
7    :depth: 4
8
9 Abstract
10 ========
11
12 This document is a reference manual for the LLVM assembly language. LLVM
13 is a Static Single Assignment (SSA) based representation that provides
14 type safety, low-level operations, flexibility, and the capability of
15 representing 'all' high-level languages cleanly. It is the common code
16 representation used throughout all phases of the LLVM compilation
17 strategy.
18
19 Introduction
20 ============
21
22 The LLVM code representation is designed to be used in three different
23 forms: as an in-memory compiler IR, as an on-disk bitcode representation
24 (suitable for fast loading by a Just-In-Time compiler), and as a human
25 readable assembly language representation. This allows LLVM to provide a
26 powerful intermediate representation for efficient compiler
27 transformations and analysis, while providing a natural means to debug
28 and visualize the transformations. The three different forms of LLVM are
29 all equivalent. This document describes the human readable
30 representation and notation.
31
32 The LLVM representation aims to be light-weight and low-level while
33 being expressive, typed, and extensible at the same time. It aims to be
34 a "universal IR" of sorts, by being at a low enough level that
35 high-level ideas may be cleanly mapped to it (similar to how
36 microprocessors are "universal IR's", allowing many source languages to
37 be mapped to them). By providing type information, LLVM can be used as
38 the target of optimizations: for example, through pointer analysis, it
39 can be proven that a C automatic variable is never accessed outside of
40 the current function, allowing it to be promoted to a simple SSA value
41 instead of a memory location.
42
43 .. _wellformed:
44
45 Well-Formedness
46 ---------------
47
48 It is important to note that this document describes 'well formed' LLVM
49 assembly language. There is a difference between what the parser accepts
50 and what is considered 'well formed'. For example, the following
51 instruction is syntactically okay, but not well formed:
52
53 .. code-block:: llvm
54
55     %x = add i32 1, %x
56
57 because the definition of ``%x`` does not dominate all of its uses. The
58 LLVM infrastructure provides a verification pass that may be used to
59 verify that an LLVM module is well formed. This pass is automatically
60 run by the parser after parsing input assembly and by the optimizer
61 before it outputs bitcode. The violations pointed out by the verifier
62 pass indicate bugs in transformation passes or input to the parser.
63
64 .. _identifiers:
65
66 Identifiers
67 ===========
68
69 LLVM identifiers come in two basic types: global and local. Global
70 identifiers (functions, global variables) begin with the ``'@'``
71 character. Local identifiers (register names, types) begin with the
72 ``'%'`` character. Additionally, there are three different formats for
73 identifiers, for different purposes:
74
75 #. Named values are represented as a string of characters with their
76    prefix. For example, ``%foo``, ``@DivisionByZero``,
77    ``%a.really.long.identifier``. The actual regular expression used is
78    '``[%@][-a-zA-Z$._][-a-zA-Z$._0-9]*``'. Identifiers that require other
79    characters in their names can be surrounded with quotes. Special
80    characters may be escaped using ``"\xx"`` where ``xx`` is the ASCII
81    code for the character in hexadecimal. In this way, any character can
82    be used in a name value, even quotes themselves. The ``"\01"`` prefix
83    can be used on global variables to suppress mangling.
84 #. Unnamed values are represented as an unsigned numeric value with
85    their prefix. For example, ``%12``, ``@2``, ``%44``.
86 #. Constants, which are described in the section Constants_ below.
87
88 LLVM requires that values start with a prefix for two reasons: Compilers
89 don't need to worry about name clashes with reserved words, and the set
90 of reserved words may be expanded in the future without penalty.
91 Additionally, unnamed identifiers allow a compiler to quickly come up
92 with a temporary variable without having to avoid symbol table
93 conflicts.
94
95 Reserved words in LLVM are very similar to reserved words in other
96 languages. There are keywords for different opcodes ('``add``',
97 '``bitcast``', '``ret``', etc...), for primitive type names ('``void``',
98 '``i32``', etc...), and others. These reserved words cannot conflict
99 with variable names, because none of them start with a prefix character
100 (``'%'`` or ``'@'``).
101
102 Here is an example of LLVM code to multiply the integer variable
103 '``%X``' by 8:
104
105 The easy way:
106
107 .. code-block:: llvm
108
109     %result = mul i32 %X, 8
110
111 After strength reduction:
112
113 .. code-block:: llvm
114
115     %result = shl i32 %X, 3
116
117 And the hard way:
118
119 .. code-block:: llvm
120
121     %0 = add i32 %X, %X           ; yields i32:%0
122     %1 = add i32 %0, %0           ; yields i32:%1
123     %result = add i32 %1, %1
124
125 This last way of multiplying ``%X`` by 8 illustrates several important
126 lexical features of LLVM:
127
128 #. Comments are delimited with a '``;``' and go until the end of line.
129 #. Unnamed temporaries are created when the result of a computation is
130    not assigned to a named value.
131 #. Unnamed temporaries are numbered sequentially (using a per-function
132    incrementing counter, starting with 0). Note that basic blocks and unnamed
133    function parameters are included in this numbering. For example, if the
134    entry basic block is not given a label name and all function parameters are
135    named, then it will get number 0.
136
137 It also shows a convention that we follow in this document. When
138 demonstrating instructions, we will follow an instruction with a comment
139 that defines the type and name of value produced.
140
141 High Level Structure
142 ====================
143
144 Module Structure
145 ----------------
146
147 LLVM programs are composed of ``Module``'s, each of which is a
148 translation unit of the input programs. Each module consists of
149 functions, global variables, and symbol table entries. Modules may be
150 combined together with the LLVM linker, which merges function (and
151 global variable) definitions, resolves forward declarations, and merges
152 symbol table entries. Here is an example of the "hello world" module:
153
154 .. code-block:: llvm
155
156     ; Declare the string constant as a global constant.
157     @.str = private unnamed_addr constant [13 x i8] c"hello world\0A\00"
158
159     ; External declaration of the puts function
160     declare i32 @puts(i8* nocapture) nounwind
161
162     ; Definition of main function
163     define i32 @main() {   ; i32()*
164       ; Convert [13 x i8]* to i8  *...
165       %cast210 = getelementptr [13 x i8], [13 x i8]* @.str, i64 0, i64 0
166
167       ; Call puts function to write out the string to stdout.
168       call i32 @puts(i8* %cast210)
169       ret i32 0
170     }
171
172     ; Named metadata
173     !0 = !{i32 42, null, !"string"}
174     !foo = !{!0}
175
176 This example is made up of a :ref:`global variable <globalvars>` named
177 "``.str``", an external declaration of the "``puts``" function, a
178 :ref:`function definition <functionstructure>` for "``main``" and
179 :ref:`named metadata <namedmetadatastructure>` "``foo``".
180
181 In general, a module is made up of a list of global values (where both
182 functions and global variables are global values). Global values are
183 represented by a pointer to a memory location (in this case, a pointer
184 to an array of char, and a pointer to a function), and have one of the
185 following :ref:`linkage types <linkage>`.
186
187 .. _linkage:
188
189 Linkage Types
190 -------------
191
192 All Global Variables and Functions have one of the following types of
193 linkage:
194
195 ``private``
196     Global values with "``private``" linkage are only directly
197     accessible by objects in the current module. In particular, linking
198     code into a module with an private global value may cause the
199     private to be renamed as necessary to avoid collisions. Because the
200     symbol is private to the module, all references can be updated. This
201     doesn't show up in any symbol table in the object file.
202 ``internal``
203     Similar to private, but the value shows as a local symbol
204     (``STB_LOCAL`` in the case of ELF) in the object file. This
205     corresponds to the notion of the '``static``' keyword in C.
206 ``available_externally``
207     Globals with "``available_externally``" linkage are never emitted
208     into the object file corresponding to the LLVM module. They exist to
209     allow inlining and other optimizations to take place given knowledge
210     of the definition of the global, which is known to be somewhere
211     outside the module. Globals with ``available_externally`` linkage
212     are allowed to be discarded at will, and are otherwise the same as
213     ``linkonce_odr``. This linkage type is only allowed on definitions,
214     not declarations.
215 ``linkonce``
216     Globals with "``linkonce``" linkage are merged with other globals of
217     the same name when linkage occurs. This can be used to implement
218     some forms of inline functions, templates, or other code which must
219     be generated in each translation unit that uses it, but where the
220     body may be overridden with a more definitive definition later.
221     Unreferenced ``linkonce`` globals are allowed to be discarded. Note
222     that ``linkonce`` linkage does not actually allow the optimizer to
223     inline the body of this function into callers because it doesn't
224     know if this definition of the function is the definitive definition
225     within the program or whether it will be overridden by a stronger
226     definition. To enable inlining and other optimizations, use
227     "``linkonce_odr``" linkage.
228 ``weak``
229     "``weak``" linkage has the same merging semantics as ``linkonce``
230     linkage, except that unreferenced globals with ``weak`` linkage may
231     not be discarded. This is used for globals that are declared "weak"
232     in C source code.
233 ``common``
234     "``common``" linkage is most similar to "``weak``" linkage, but they
235     are used for tentative definitions in C, such as "``int X;``" at
236     global scope. Symbols with "``common``" linkage are merged in the
237     same way as ``weak symbols``, and they may not be deleted if
238     unreferenced. ``common`` symbols may not have an explicit section,
239     must have a zero initializer, and may not be marked
240     ':ref:`constant <globalvars>`'. Functions and aliases may not have
241     common linkage.
242
243 .. _linkage_appending:
244
245 ``appending``
246     "``appending``" linkage may only be applied to global variables of
247     pointer to array type. When two global variables with appending
248     linkage are linked together, the two global arrays are appended
249     together. This is the LLVM, typesafe, equivalent of having the
250     system linker append together "sections" with identical names when
251     .o files are linked.
252 ``extern_weak``
253     The semantics of this linkage follow the ELF object file model: the
254     symbol is weak until linked, if not linked, the symbol becomes null
255     instead of being an undefined reference.
256 ``linkonce_odr``, ``weak_odr``
257     Some languages allow differing globals to be merged, such as two
258     functions with different semantics. Other languages, such as
259     ``C++``, ensure that only equivalent globals are ever merged (the
260     "one definition rule" --- "ODR"). Such languages can use the
261     ``linkonce_odr`` and ``weak_odr`` linkage types to indicate that the
262     global will only be merged with equivalent globals. These linkage
263     types are otherwise the same as their non-``odr`` versions.
264 ``external``
265     If none of the above identifiers are used, the global is externally
266     visible, meaning that it participates in linkage and can be used to
267     resolve external symbol references.
268
269 It is illegal for a function *declaration* to have any linkage type
270 other than ``external`` or ``extern_weak``.
271
272 .. _callingconv:
273
274 Calling Conventions
275 -------------------
276
277 LLVM :ref:`functions <functionstructure>`, :ref:`calls <i_call>` and
278 :ref:`invokes <i_invoke>` can all have an optional calling convention
279 specified for the call. The calling convention of any pair of dynamic
280 caller/callee must match, or the behavior of the program is undefined.
281 The following calling conventions are supported by LLVM, and more may be
282 added in the future:
283
284 "``ccc``" - The C calling convention
285     This calling convention (the default if no other calling convention
286     is specified) matches the target C calling conventions. This calling
287     convention supports varargs function calls and tolerates some
288     mismatch in the declared prototype and implemented declaration of
289     the function (as does normal C).
290 "``fastcc``" - The fast calling convention
291     This calling convention attempts to make calls as fast as possible
292     (e.g. by passing things in registers). This calling convention
293     allows the target to use whatever tricks it wants to produce fast
294     code for the target, without having to conform to an externally
295     specified ABI (Application Binary Interface). `Tail calls can only
296     be optimized when this, the GHC or the HiPE convention is
297     used. <CodeGenerator.html#id80>`_ This calling convention does not
298     support varargs and requires the prototype of all callees to exactly
299     match the prototype of the function definition.
300 "``coldcc``" - The cold calling convention
301     This calling convention attempts to make code in the caller as
302     efficient as possible under the assumption that the call is not
303     commonly executed. As such, these calls often preserve all registers
304     so that the call does not break any live ranges in the caller side.
305     This calling convention does not support varargs and requires the
306     prototype of all callees to exactly match the prototype of the
307     function definition. Furthermore the inliner doesn't consider such function
308     calls for inlining.
309 "``cc 10``" - GHC convention
310     This calling convention has been implemented specifically for use by
311     the `Glasgow Haskell Compiler (GHC) <http://www.haskell.org/ghc>`_.
312     It passes everything in registers, going to extremes to achieve this
313     by disabling callee save registers. This calling convention should
314     not be used lightly but only for specific situations such as an
315     alternative to the *register pinning* performance technique often
316     used when implementing functional programming languages. At the
317     moment only X86 supports this convention and it has the following
318     limitations:
319
320     -  On *X86-32* only supports up to 4 bit type parameters. No
321        floating point types are supported.
322     -  On *X86-64* only supports up to 10 bit type parameters and 6
323        floating point parameters.
324
325     This calling convention supports `tail call
326     optimization <CodeGenerator.html#id80>`_ but requires both the
327     caller and callee are using it.
328 "``cc 11``" - The HiPE calling convention
329     This calling convention has been implemented specifically for use by
330     the `High-Performance Erlang
331     (HiPE) <http://www.it.uu.se/research/group/hipe/>`_ compiler, *the*
332     native code compiler of the `Ericsson's Open Source Erlang/OTP
333     system <http://www.erlang.org/download.shtml>`_. It uses more
334     registers for argument passing than the ordinary C calling
335     convention and defines no callee-saved registers. The calling
336     convention properly supports `tail call
337     optimization <CodeGenerator.html#id80>`_ but requires that both the
338     caller and the callee use it. It uses a *register pinning*
339     mechanism, similar to GHC's convention, for keeping frequently
340     accessed runtime components pinned to specific hardware registers.
341     At the moment only X86 supports this convention (both 32 and 64
342     bit).
343 "``webkit_jscc``" - WebKit's JavaScript calling convention
344     This calling convention has been implemented for `WebKit FTL JIT
345     <https://trac.webkit.org/wiki/FTLJIT>`_. It passes arguments on the
346     stack right to left (as cdecl does), and returns a value in the
347     platform's customary return register.
348 "``anyregcc``" - Dynamic calling convention for code patching
349     This is a special convention that supports patching an arbitrary code
350     sequence in place of a call site. This convention forces the call
351     arguments into registers but allows them to be dynamically
352     allocated. This can currently only be used with calls to
353     llvm.experimental.patchpoint because only this intrinsic records
354     the location of its arguments in a side table. See :doc:`StackMaps`.
355 "``preserve_mostcc``" - The `PreserveMost` calling convention
356     This calling convention attempts to make the code in the caller as
357     unintrusive as possible. This convention behaves identically to the `C`
358     calling convention on how arguments and return values are passed, but it
359     uses a different set of caller/callee-saved registers. This alleviates the
360     burden of saving and recovering a large register set before and after the
361     call in the caller. If the arguments are passed in callee-saved registers,
362     then they will be preserved by the callee across the call. This doesn't
363     apply for values returned in callee-saved registers.
364
365     - On X86-64 the callee preserves all general purpose registers, except for
366       R11. R11 can be used as a scratch register. Floating-point registers
367       (XMMs/YMMs) are not preserved and need to be saved by the caller.
368
369     The idea behind this convention is to support calls to runtime functions
370     that have a hot path and a cold path. The hot path is usually a small piece
371     of code that doesn't use many registers. The cold path might need to call out to
372     another function and therefore only needs to preserve the caller-saved
373     registers, which haven't already been saved by the caller. The
374     `PreserveMost` calling convention is very similar to the `cold` calling
375     convention in terms of caller/callee-saved registers, but they are used for
376     different types of function calls. `coldcc` is for function calls that are
377     rarely executed, whereas `preserve_mostcc` function calls are intended to be
378     on the hot path and definitely executed a lot. Furthermore `preserve_mostcc`
379     doesn't prevent the inliner from inlining the function call.
380
381     This calling convention will be used by a future version of the ObjectiveC
382     runtime and should therefore still be considered experimental at this time.
383     Although this convention was created to optimize certain runtime calls to
384     the ObjectiveC runtime, it is not limited to this runtime and might be used
385     by other runtimes in the future too. The current implementation only
386     supports X86-64, but the intention is to support more architectures in the
387     future.
388 "``preserve_allcc``" - The `PreserveAll` calling convention
389     This calling convention attempts to make the code in the caller even less
390     intrusive than the `PreserveMost` calling convention. This calling
391     convention also behaves identical to the `C` calling convention on how
392     arguments and return values are passed, but it uses a different set of
393     caller/callee-saved registers. This removes the burden of saving and
394     recovering a large register set before and after the call in the caller. If
395     the arguments are passed in callee-saved registers, then they will be
396     preserved by the callee across the call. This doesn't apply for values
397     returned in callee-saved registers.
398
399     - On X86-64 the callee preserves all general purpose registers, except for
400       R11. R11 can be used as a scratch register. Furthermore it also preserves
401       all floating-point registers (XMMs/YMMs).
402
403     The idea behind this convention is to support calls to runtime functions
404     that don't need to call out to any other functions.
405
406     This calling convention, like the `PreserveMost` calling convention, will be
407     used by a future version of the ObjectiveC runtime and should be considered
408     experimental at this time.
409 "``cxx_fast_tlscc``" - The `CXX_FAST_TLS` calling convention for access functions
410     Clang generates an access function to access C++-style TLS. The access
411     function generally has an entry block, an exit block and an initialization
412     block that is run at the first time. The entry and exit blocks can access
413     a few TLS IR variables, each access will be lowered to a platform-specific
414     sequence.
415
416     This calling convention aims to minimize overhead in the caller by
417     preserving as many registers as possible (all the registers that are
418     perserved on the fast path, composed of the entry and exit blocks).
419
420     This calling convention behaves identical to the `C` calling convention on
421     how arguments and return values are passed, but it uses a different set of
422     caller/callee-saved registers.
423
424     Given that each platform has its own lowering sequence, hence its own set
425     of preserved registers, we can't use the existing `PreserveMost`.
426
427     - On X86-64 the callee preserves all general purpose registers, except for
428       RDI and RAX.
429 "``cc <n>``" - Numbered convention
430     Any calling convention may be specified by number, allowing
431     target-specific calling conventions to be used. Target specific
432     calling conventions start at 64.
433
434 More calling conventions can be added/defined on an as-needed basis, to
435 support Pascal conventions or any other well-known target-independent
436 convention.
437
438 .. _visibilitystyles:
439
440 Visibility Styles
441 -----------------
442
443 All Global Variables and Functions have one of the following visibility
444 styles:
445
446 "``default``" - Default style
447     On targets that use the ELF object file format, default visibility
448     means that the declaration is visible to other modules and, in
449     shared libraries, means that the declared entity may be overridden.
450     On Darwin, default visibility means that the declaration is visible
451     to other modules. Default visibility corresponds to "external
452     linkage" in the language.
453 "``hidden``" - Hidden style
454     Two declarations of an object with hidden visibility refer to the
455     same object if they are in the same shared object. Usually, hidden
456     visibility indicates that the symbol will not be placed into the
457     dynamic symbol table, so no other module (executable or shared
458     library) can reference it directly.
459 "``protected``" - Protected style
460     On ELF, protected visibility indicates that the symbol will be
461     placed in the dynamic symbol table, but that references within the
462     defining module will bind to the local symbol. That is, the symbol
463     cannot be overridden by another module.
464
465 A symbol with ``internal`` or ``private`` linkage must have ``default``
466 visibility.
467
468 .. _dllstorageclass:
469
470 DLL Storage Classes
471 -------------------
472
473 All Global Variables, Functions and Aliases can have one of the following
474 DLL storage class:
475
476 ``dllimport``
477     "``dllimport``" causes the compiler to reference a function or variable via
478     a global pointer to a pointer that is set up by the DLL exporting the
479     symbol. On Microsoft Windows targets, the pointer name is formed by
480     combining ``__imp_`` and the function or variable name.
481 ``dllexport``
482     "``dllexport``" causes the compiler to provide a global pointer to a pointer
483     in a DLL, so that it can be referenced with the ``dllimport`` attribute. On
484     Microsoft Windows targets, the pointer name is formed by combining
485     ``__imp_`` and the function or variable name. Since this storage class
486     exists for defining a dll interface, the compiler, assembler and linker know
487     it is externally referenced and must refrain from deleting the symbol.
488
489 .. _tls_model:
490
491 Thread Local Storage Models
492 ---------------------------
493
494 A variable may be defined as ``thread_local``, which means that it will
495 not be shared by threads (each thread will have a separated copy of the
496 variable). Not all targets support thread-local variables. Optionally, a
497 TLS model may be specified:
498
499 ``localdynamic``
500     For variables that are only used within the current shared library.
501 ``initialexec``
502     For variables in modules that will not be loaded dynamically.
503 ``localexec``
504     For variables defined in the executable and only used within it.
505
506 If no explicit model is given, the "general dynamic" model is used.
507
508 The models correspond to the ELF TLS models; see `ELF Handling For
509 Thread-Local Storage <http://people.redhat.com/drepper/tls.pdf>`_ for
510 more information on under which circumstances the different models may
511 be used. The target may choose a different TLS model if the specified
512 model is not supported, or if a better choice of model can be made.
513
514 A model can also be specified in an alias, but then it only governs how
515 the alias is accessed. It will not have any effect in the aliasee.
516
517 For platforms without linker support of ELF TLS model, the -femulated-tls
518 flag can be used to generate GCC compatible emulated TLS code.
519
520 .. _namedtypes:
521
522 Structure Types
523 ---------------
524
525 LLVM IR allows you to specify both "identified" and "literal" :ref:`structure
526 types <t_struct>`. Literal types are uniqued structurally, but identified types
527 are never uniqued. An :ref:`opaque structural type <t_opaque>` can also be used
528 to forward declare a type that is not yet available.
529
530 An example of an identified structure specification is:
531
532 .. code-block:: llvm
533
534     %mytype = type { %mytype*, i32 }
535
536 Prior to the LLVM 3.0 release, identified types were structurally uniqued. Only
537 literal types are uniqued in recent versions of LLVM.
538
539 .. _globalvars:
540
541 Global Variables
542 ----------------
543
544 Global variables define regions of memory allocated at compilation time
545 instead of run-time.
546
547 Global variable definitions must be initialized.
548
549 Global variables in other translation units can also be declared, in which
550 case they don't have an initializer.
551
552 Either global variable definitions or declarations may have an explicit section
553 to be placed in and may have an optional explicit alignment specified.
554
555 A variable may be defined as a global ``constant``, which indicates that
556 the contents of the variable will **never** be modified (enabling better
557 optimization, allowing the global data to be placed in the read-only
558 section of an executable, etc). Note that variables that need runtime
559 initialization cannot be marked ``constant`` as there is a store to the
560 variable.
561
562 LLVM explicitly allows *declarations* of global variables to be marked
563 constant, even if the final definition of the global is not. This
564 capability can be used to enable slightly better optimization of the
565 program, but requires the language definition to guarantee that
566 optimizations based on the 'constantness' are valid for the translation
567 units that do not include the definition.
568
569 As SSA values, global variables define pointer values that are in scope
570 (i.e. they dominate) all basic blocks in the program. Global variables
571 always define a pointer to their "content" type because they describe a
572 region of memory, and all memory objects in LLVM are accessed through
573 pointers.
574
575 Global variables can be marked with ``unnamed_addr`` which indicates
576 that the address is not significant, only the content. Constants marked
577 like this can be merged with other constants if they have the same
578 initializer. Note that a constant with significant address *can* be
579 merged with a ``unnamed_addr`` constant, the result being a constant
580 whose address is significant.
581
582 A global variable may be declared to reside in a target-specific
583 numbered address space. For targets that support them, address spaces
584 may affect how optimizations are performed and/or what target
585 instructions are used to access the variable. The default address space
586 is zero. The address space qualifier must precede any other attributes.
587
588 LLVM allows an explicit section to be specified for globals. If the
589 target supports it, it will emit globals to the section specified.
590 Additionally, the global can placed in a comdat if the target has the necessary
591 support.
592
593 By default, global initializers are optimized by assuming that global
594 variables defined within the module are not modified from their
595 initial values before the start of the global initializer. This is
596 true even for variables potentially accessible from outside the
597 module, including those with external linkage or appearing in
598 ``@llvm.used`` or dllexported variables. This assumption may be suppressed
599 by marking the variable with ``externally_initialized``.
600
601 An explicit alignment may be specified for a global, which must be a
602 power of 2. If not present, or if the alignment is set to zero, the
603 alignment of the global is set by the target to whatever it feels
604 convenient. If an explicit alignment is specified, the global is forced
605 to have exactly that alignment. Targets and optimizers are not allowed
606 to over-align the global if the global has an assigned section. In this
607 case, the extra alignment could be observable: for example, code could
608 assume that the globals are densely packed in their section and try to
609 iterate over them as an array, alignment padding would break this
610 iteration. The maximum alignment is ``1 << 29``.
611
612 Globals can also have a :ref:`DLL storage class <dllstorageclass>`.
613
614 Variables and aliases can have a
615 :ref:`Thread Local Storage Model <tls_model>`.
616
617 Syntax::
618
619     [@<GlobalVarName> =] [Linkage] [Visibility] [DLLStorageClass] [ThreadLocal]
620                          [unnamed_addr] [AddrSpace] [ExternallyInitialized]
621                          <global | constant> <Type> [<InitializerConstant>]
622                          [, section "name"] [, comdat [($name)]]
623                          [, align <Alignment>]
624
625 For example, the following defines a global in a numbered address space
626 with an initializer, section, and alignment:
627
628 .. code-block:: llvm
629
630     @G = addrspace(5) constant float 1.0, section "foo", align 4
631
632 The following example just declares a global variable
633
634 .. code-block:: llvm
635
636    @G = external global i32
637
638 The following example defines a thread-local global with the
639 ``initialexec`` TLS model:
640
641 .. code-block:: llvm
642
643     @G = thread_local(initialexec) global i32 0, align 4
644
645 .. _functionstructure:
646
647 Functions
648 ---------
649
650 LLVM function definitions consist of the "``define``" keyword, an
651 optional :ref:`linkage type <linkage>`, an optional :ref:`visibility
652 style <visibility>`, an optional :ref:`DLL storage class <dllstorageclass>`,
653 an optional :ref:`calling convention <callingconv>`,
654 an optional ``unnamed_addr`` attribute, a return type, an optional
655 :ref:`parameter attribute <paramattrs>` for the return type, a function
656 name, a (possibly empty) argument list (each with optional :ref:`parameter
657 attributes <paramattrs>`), optional :ref:`function attributes <fnattrs>`,
658 an optional section, an optional alignment,
659 an optional :ref:`comdat <langref_comdats>`,
660 an optional :ref:`garbage collector name <gc>`, an optional :ref:`prefix <prefixdata>`,
661 an optional :ref:`prologue <prologuedata>`,
662 an optional :ref:`personality <personalityfn>`,
663 an optional list of attached :ref:`metadata <metadata>`,
664 an opening curly brace, a list of basic blocks, and a closing curly brace.
665
666 LLVM function declarations consist of the "``declare``" keyword, an
667 optional :ref:`linkage type <linkage>`, an optional :ref:`visibility
668 style <visibility>`, an optional :ref:`DLL storage class <dllstorageclass>`,
669 an optional :ref:`calling convention <callingconv>`,
670 an optional ``unnamed_addr`` attribute, a return type, an optional
671 :ref:`parameter attribute <paramattrs>` for the return type, a function
672 name, a possibly empty list of arguments, an optional alignment, an optional
673 :ref:`garbage collector name <gc>`, an optional :ref:`prefix <prefixdata>`,
674 and an optional :ref:`prologue <prologuedata>`.
675
676 A function definition contains a list of basic blocks, forming the CFG (Control
677 Flow Graph) for the function. Each basic block may optionally start with a label
678 (giving the basic block a symbol table entry), contains a list of instructions,
679 and ends with a :ref:`terminator <terminators>` instruction (such as a branch or
680 function return). If an explicit label is not provided, a block is assigned an
681 implicit numbered label, using the next value from the same counter as used for
682 unnamed temporaries (:ref:`see above<identifiers>`). For example, if a function
683 entry block does not have an explicit label, it will be assigned label "%0",
684 then the first unnamed temporary in that block will be "%1", etc.
685
686 The first basic block in a function is special in two ways: it is
687 immediately executed on entrance to the function, and it is not allowed
688 to have predecessor basic blocks (i.e. there can not be any branches to
689 the entry block of a function). Because the block can have no
690 predecessors, it also cannot have any :ref:`PHI nodes <i_phi>`.
691
692 LLVM allows an explicit section to be specified for functions. If the
693 target supports it, it will emit functions to the section specified.
694 Additionally, the function can be placed in a COMDAT.
695
696 An explicit alignment may be specified for a function. If not present,
697 or if the alignment is set to zero, the alignment of the function is set
698 by the target to whatever it feels convenient. If an explicit alignment
699 is specified, the function is forced to have at least that much
700 alignment. All alignments must be a power of 2.
701
702 If the ``unnamed_addr`` attribute is given, the address is known to not
703 be significant and two identical functions can be merged.
704
705 Syntax::
706
707     define [linkage] [visibility] [DLLStorageClass]
708            [cconv] [ret attrs]
709            <ResultType> @<FunctionName> ([argument list])
710            [unnamed_addr] [fn Attrs] [section "name"] [comdat [($name)]]
711            [align N] [gc] [prefix Constant] [prologue Constant]
712            [personality Constant] (!name !N)* { ... }
713
714 The argument list is a comma separated sequence of arguments where each
715 argument is of the following form:
716
717 Syntax::
718
719    <type> [parameter Attrs] [name]
720
721
722 .. _langref_aliases:
723
724 Aliases
725 -------
726
727 Aliases, unlike function or variables, don't create any new data. They
728 are just a new symbol and metadata for an existing position.
729
730 Aliases have a name and an aliasee that is either a global value or a
731 constant expression.
732
733 Aliases may have an optional :ref:`linkage type <linkage>`, an optional
734 :ref:`visibility style <visibility>`, an optional :ref:`DLL storage class
735 <dllstorageclass>` and an optional :ref:`tls model <tls_model>`.
736
737 Syntax::
738
739     @<Name> = [Linkage] [Visibility] [DLLStorageClass] [ThreadLocal] [unnamed_addr] alias <AliaseeTy>, <AliaseeTy>* @<Aliasee>
740
741 The linkage must be one of ``private``, ``internal``, ``linkonce``, ``weak``,
742 ``linkonce_odr``, ``weak_odr``, ``external``. Note that some system linkers
743 might not correctly handle dropping a weak symbol that is aliased.
744
745 Aliases that are not ``unnamed_addr`` are guaranteed to have the same address as
746 the aliasee expression. ``unnamed_addr`` ones are only guaranteed to point
747 to the same content.
748
749 Since aliases are only a second name, some restrictions apply, of which
750 some can only be checked when producing an object file:
751
752 * The expression defining the aliasee must be computable at assembly
753   time. Since it is just a name, no relocations can be used.
754
755 * No alias in the expression can be weak as the possibility of the
756   intermediate alias being overridden cannot be represented in an
757   object file.
758
759 * No global value in the expression can be a declaration, since that
760   would require a relocation, which is not possible.
761
762 .. _langref_comdats:
763
764 Comdats
765 -------
766
767 Comdat IR provides access to COFF and ELF object file COMDAT functionality.
768
769 Comdats have a name which represents the COMDAT key. All global objects that
770 specify this key will only end up in the final object file if the linker chooses
771 that key over some other key. Aliases are placed in the same COMDAT that their
772 aliasee computes to, if any.
773
774 Comdats have a selection kind to provide input on how the linker should
775 choose between keys in two different object files.
776
777 Syntax::
778
779     $<Name> = comdat SelectionKind
780
781 The selection kind must be one of the following:
782
783 ``any``
784     The linker may choose any COMDAT key, the choice is arbitrary.
785 ``exactmatch``
786     The linker may choose any COMDAT key but the sections must contain the
787     same data.
788 ``largest``
789     The linker will choose the section containing the largest COMDAT key.
790 ``noduplicates``
791     The linker requires that only section with this COMDAT key exist.
792 ``samesize``
793     The linker may choose any COMDAT key but the sections must contain the
794     same amount of data.
795
796 Note that the Mach-O platform doesn't support COMDATs and ELF only supports
797 ``any`` as a selection kind.
798
799 Here is an example of a COMDAT group where a function will only be selected if
800 the COMDAT key's section is the largest:
801
802 .. code-block:: llvm
803
804    $foo = comdat largest
805    @foo = global i32 2, comdat($foo)
806
807    define void @bar() comdat($foo) {
808      ret void
809    }
810
811 As a syntactic sugar the ``$name`` can be omitted if the name is the same as
812 the global name:
813
814 .. code-block:: llvm
815
816   $foo = comdat any
817   @foo = global i32 2, comdat
818
819
820 In a COFF object file, this will create a COMDAT section with selection kind
821 ``IMAGE_COMDAT_SELECT_LARGEST`` containing the contents of the ``@foo`` symbol
822 and another COMDAT section with selection kind
823 ``IMAGE_COMDAT_SELECT_ASSOCIATIVE`` which is associated with the first COMDAT
824 section and contains the contents of the ``@bar`` symbol.
825
826 There are some restrictions on the properties of the global object.
827 It, or an alias to it, must have the same name as the COMDAT group when
828 targeting COFF.
829 The contents and size of this object may be used during link-time to determine
830 which COMDAT groups get selected depending on the selection kind.
831 Because the name of the object must match the name of the COMDAT group, the
832 linkage of the global object must not be local; local symbols can get renamed
833 if a collision occurs in the symbol table.
834
835 The combined use of COMDATS and section attributes may yield surprising results.
836 For example:
837
838 .. code-block:: llvm
839
840    $foo = comdat any
841    $bar = comdat any
842    @g1 = global i32 42, section "sec", comdat($foo)
843    @g2 = global i32 42, section "sec", comdat($bar)
844
845 From the object file perspective, this requires the creation of two sections
846 with the same name. This is necessary because both globals belong to different
847 COMDAT groups and COMDATs, at the object file level, are represented by
848 sections.
849
850 Note that certain IR constructs like global variables and functions may
851 create COMDATs in the object file in addition to any which are specified using
852 COMDAT IR. This arises when the code generator is configured to emit globals
853 in individual sections (e.g. when `-data-sections` or `-function-sections`
854 is supplied to `llc`).
855
856 .. _namedmetadatastructure:
857
858 Named Metadata
859 --------------
860
861 Named metadata is a collection of metadata. :ref:`Metadata
862 nodes <metadata>` (but not metadata strings) are the only valid
863 operands for a named metadata.
864
865 #. Named metadata are represented as a string of characters with the
866    metadata prefix. The rules for metadata names are the same as for
867    identifiers, but quoted names are not allowed. ``"\xx"`` type escapes
868    are still valid, which allows any character to be part of a name.
869
870 Syntax::
871
872     ; Some unnamed metadata nodes, which are referenced by the named metadata.
873     !0 = !{!"zero"}
874     !1 = !{!"one"}
875     !2 = !{!"two"}
876     ; A named metadata.
877     !name = !{!0, !1, !2}
878
879 .. _paramattrs:
880
881 Parameter Attributes
882 --------------------
883
884 The return type and each parameter of a function type may have a set of
885 *parameter attributes* associated with them. Parameter attributes are
886 used to communicate additional information about the result or
887 parameters of a function. Parameter attributes are considered to be part
888 of the function, not of the function type, so functions with different
889 parameter attributes can have the same function type.
890
891 Parameter attributes are simple keywords that follow the type specified.
892 If multiple parameter attributes are needed, they are space separated.
893 For example:
894
895 .. code-block:: llvm
896
897     declare i32 @printf(i8* noalias nocapture, ...)
898     declare i32 @atoi(i8 zeroext)
899     declare signext i8 @returns_signed_char()
900
901 Note that any attributes for the function result (``nounwind``,
902 ``readonly``) come immediately after the argument list.
903
904 Currently, only the following parameter attributes are defined:
905
906 ``zeroext``
907     This indicates to the code generator that the parameter or return
908     value should be zero-extended to the extent required by the target's
909     ABI (which is usually 32-bits, but is 8-bits for a i1 on x86-64) by
910     the caller (for a parameter) or the callee (for a return value).
911 ``signext``
912     This indicates to the code generator that the parameter or return
913     value should be sign-extended to the extent required by the target's
914     ABI (which is usually 32-bits) by the caller (for a parameter) or
915     the callee (for a return value).
916 ``inreg``
917     This indicates that this parameter or return value should be treated
918     in a special target-dependent fashion while emitting code for
919     a function call or return (usually, by putting it in a register as
920     opposed to memory, though some targets use it to distinguish between
921     two different kinds of registers). Use of this attribute is
922     target-specific.
923 ``byval``
924     This indicates that the pointer parameter should really be passed by
925     value to the function. The attribute implies that a hidden copy of
926     the pointee is made between the caller and the callee, so the callee
927     is unable to modify the value in the caller. This attribute is only
928     valid on LLVM pointer arguments. It is generally used to pass
929     structs and arrays by value, but is also valid on pointers to
930     scalars. The copy is considered to belong to the caller not the
931     callee (for example, ``readonly`` functions should not write to
932     ``byval`` parameters). This is not a valid attribute for return
933     values.
934
935     The byval attribute also supports specifying an alignment with the
936     align attribute. It indicates the alignment of the stack slot to
937     form and the known alignment of the pointer specified to the call
938     site. If the alignment is not specified, then the code generator
939     makes a target-specific assumption.
940
941 .. _attr_inalloca:
942
943 ``inalloca``
944
945     The ``inalloca`` argument attribute allows the caller to take the
946     address of outgoing stack arguments. An ``inalloca`` argument must
947     be a pointer to stack memory produced by an ``alloca`` instruction.
948     The alloca, or argument allocation, must also be tagged with the
949     inalloca keyword. Only the last argument may have the ``inalloca``
950     attribute, and that argument is guaranteed to be passed in memory.
951
952     An argument allocation may be used by a call at most once because
953     the call may deallocate it. The ``inalloca`` attribute cannot be
954     used in conjunction with other attributes that affect argument
955     storage, like ``inreg``, ``nest``, ``sret``, or ``byval``. The
956     ``inalloca`` attribute also disables LLVM's implicit lowering of
957     large aggregate return values, which means that frontend authors
958     must lower them with ``sret`` pointers.
959
960     When the call site is reached, the argument allocation must have
961     been the most recent stack allocation that is still live, or the
962     results are undefined. It is possible to allocate additional stack
963     space after an argument allocation and before its call site, but it
964     must be cleared off with :ref:`llvm.stackrestore
965     <int_stackrestore>`.
966
967     See :doc:`InAlloca` for more information on how to use this
968     attribute.
969
970 ``sret``
971     This indicates that the pointer parameter specifies the address of a
972     structure that is the return value of the function in the source
973     program. This pointer must be guaranteed by the caller to be valid:
974     loads and stores to the structure may be assumed by the callee
975     not to trap and to be properly aligned. This may only be applied to
976     the first parameter. This is not a valid attribute for return
977     values.
978
979 ``align <n>``
980     This indicates that the pointer value may be assumed by the optimizer to
981     have the specified alignment.
982
983     Note that this attribute has additional semantics when combined with the
984     ``byval`` attribute.
985
986 .. _noalias:
987
988 ``noalias``
989     This indicates that objects accessed via pointer values
990     :ref:`based <pointeraliasing>` on the argument or return value are not also
991     accessed, during the execution of the function, via pointer values not
992     *based* on the argument or return value. The attribute on a return value
993     also has additional semantics described below. The caller shares the
994     responsibility with the callee for ensuring that these requirements are met.
995     For further details, please see the discussion of the NoAlias response in
996     :ref:`alias analysis <Must, May, or No>`.
997
998     Note that this definition of ``noalias`` is intentionally similar
999     to the definition of ``restrict`` in C99 for function arguments.
1000
1001     For function return values, C99's ``restrict`` is not meaningful,
1002     while LLVM's ``noalias`` is. Furthermore, the semantics of the ``noalias``
1003     attribute on return values are stronger than the semantics of the attribute
1004     when used on function arguments. On function return values, the ``noalias``
1005     attribute indicates that the function acts like a system memory allocation
1006     function, returning a pointer to allocated storage disjoint from the
1007     storage for any other object accessible to the caller.
1008
1009 ``nocapture``
1010     This indicates that the callee does not make any copies of the
1011     pointer that outlive the callee itself. This is not a valid
1012     attribute for return values.
1013
1014 .. _nest:
1015
1016 ``nest``
1017     This indicates that the pointer parameter can be excised using the
1018     :ref:`trampoline intrinsics <int_trampoline>`. This is not a valid
1019     attribute for return values and can only be applied to one parameter.
1020
1021 ``returned``
1022     This indicates that the function always returns the argument as its return
1023     value. This is an optimization hint to the code generator when generating
1024     the caller, allowing tail call optimization and omission of register saves
1025     and restores in some cases; it is not checked or enforced when generating
1026     the callee. The parameter and the function return type must be valid
1027     operands for the :ref:`bitcast instruction <i_bitcast>`. This is not a
1028     valid attribute for return values and can only be applied to one parameter.
1029
1030 ``nonnull``
1031     This indicates that the parameter or return pointer is not null. This
1032     attribute may only be applied to pointer typed parameters. This is not
1033     checked or enforced by LLVM, the caller must ensure that the pointer
1034     passed in is non-null, or the callee must ensure that the returned pointer
1035     is non-null.
1036
1037 ``dereferenceable(<n>)``
1038     This indicates that the parameter or return pointer is dereferenceable. This
1039     attribute may only be applied to pointer typed parameters. A pointer that
1040     is dereferenceable can be loaded from speculatively without a risk of
1041     trapping. The number of bytes known to be dereferenceable must be provided
1042     in parentheses. It is legal for the number of bytes to be less than the
1043     size of the pointee type. The ``nonnull`` attribute does not imply
1044     dereferenceability (consider a pointer to one element past the end of an
1045     array), however ``dereferenceable(<n>)`` does imply ``nonnull`` in
1046     ``addrspace(0)`` (which is the default address space).
1047
1048 ``dereferenceable_or_null(<n>)``
1049     This indicates that the parameter or return value isn't both
1050     non-null and non-dereferenceable (up to ``<n>`` bytes) at the same
1051     time. All non-null pointers tagged with
1052     ``dereferenceable_or_null(<n>)`` are ``dereferenceable(<n>)``.
1053     For address space 0 ``dereferenceable_or_null(<n>)`` implies that
1054     a pointer is exactly one of ``dereferenceable(<n>)`` or ``null``,
1055     and in other address spaces ``dereferenceable_or_null(<n>)``
1056     implies that a pointer is at least one of ``dereferenceable(<n>)``
1057     or ``null`` (i.e. it may be both ``null`` and
1058     ``dereferenceable(<n>)``). This attribute may only be applied to
1059     pointer typed parameters.
1060
1061 .. _gc:
1062
1063 Garbage Collector Strategy Names
1064 --------------------------------
1065
1066 Each function may specify a garbage collector strategy name, which is simply a
1067 string:
1068
1069 .. code-block:: llvm
1070
1071     define void @f() gc "name" { ... }
1072
1073 The supported values of *name* includes those :ref:`built in to LLVM
1074 <builtin-gc-strategies>` and any provided by loaded plugins. Specifying a GC
1075 strategy will cause the compiler to alter its output in order to support the
1076 named garbage collection algorithm. Note that LLVM itself does not contain a
1077 garbage collector, this functionality is restricted to generating machine code
1078 which can interoperate with a collector provided externally.
1079
1080 .. _prefixdata:
1081
1082 Prefix Data
1083 -----------
1084
1085 Prefix data is data associated with a function which the code
1086 generator will emit immediately before the function's entrypoint.
1087 The purpose of this feature is to allow frontends to associate
1088 language-specific runtime metadata with specific functions and make it
1089 available through the function pointer while still allowing the
1090 function pointer to be called.
1091
1092 To access the data for a given function, a program may bitcast the
1093 function pointer to a pointer to the constant's type and dereference
1094 index -1. This implies that the IR symbol points just past the end of
1095 the prefix data. For instance, take the example of a function annotated
1096 with a single ``i32``,
1097
1098 .. code-block:: llvm
1099
1100     define void @f() prefix i32 123 { ... }
1101
1102 The prefix data can be referenced as,
1103
1104 .. code-block:: llvm
1105
1106     %0 = bitcast void* () @f to i32*
1107     %a = getelementptr inbounds i32, i32* %0, i32 -1
1108     %b = load i32, i32* %a
1109
1110 Prefix data is laid out as if it were an initializer for a global variable
1111 of the prefix data's type. The function will be placed such that the
1112 beginning of the prefix data is aligned. This means that if the size
1113 of the prefix data is not a multiple of the alignment size, the
1114 function's entrypoint will not be aligned. If alignment of the
1115 function's entrypoint is desired, padding must be added to the prefix
1116 data.
1117
1118 A function may have prefix data but no body. This has similar semantics
1119 to the ``available_externally`` linkage in that the data may be used by the
1120 optimizers but will not be emitted in the object file.
1121
1122 .. _prologuedata:
1123
1124 Prologue Data
1125 -------------
1126
1127 The ``prologue`` attribute allows arbitrary code (encoded as bytes) to
1128 be inserted prior to the function body. This can be used for enabling
1129 function hot-patching and instrumentation.
1130
1131 To maintain the semantics of ordinary function calls, the prologue data must
1132 have a particular format. Specifically, it must begin with a sequence of
1133 bytes which decode to a sequence of machine instructions, valid for the
1134 module's target, which transfer control to the point immediately succeeding
1135 the prologue data, without performing any other visible action. This allows
1136 the inliner and other passes to reason about the semantics of the function
1137 definition without needing to reason about the prologue data. Obviously this
1138 makes the format of the prologue data highly target dependent.
1139
1140 A trivial example of valid prologue data for the x86 architecture is ``i8 144``,
1141 which encodes the ``nop`` instruction:
1142
1143 .. code-block:: llvm
1144
1145     define void @f() prologue i8 144 { ... }
1146
1147 Generally prologue data can be formed by encoding a relative branch instruction
1148 which skips the metadata, as in this example of valid prologue data for the
1149 x86_64 architecture, where the first two bytes encode ``jmp .+10``:
1150
1151 .. code-block:: llvm
1152
1153     %0 = type <{ i8, i8, i8* }>
1154
1155     define void @f() prologue %0 <{ i8 235, i8 8, i8* @md}> { ... }
1156
1157 A function may have prologue data but no body. This has similar semantics
1158 to the ``available_externally`` linkage in that the data may be used by the
1159 optimizers but will not be emitted in the object file.
1160
1161 .. _personalityfn:
1162
1163 Personality Function
1164 --------------------
1165
1166 The ``personality`` attribute permits functions to specify what function
1167 to use for exception handling.
1168
1169 .. _attrgrp:
1170
1171 Attribute Groups
1172 ----------------
1173
1174 Attribute groups are groups of attributes that are referenced by objects within
1175 the IR. They are important for keeping ``.ll`` files readable, because a lot of
1176 functions will use the same set of attributes. In the degenerative case of a
1177 ``.ll`` file that corresponds to a single ``.c`` file, the single attribute
1178 group will capture the important command line flags used to build that file.
1179
1180 An attribute group is a module-level object. To use an attribute group, an
1181 object references the attribute group's ID (e.g. ``#37``). An object may refer
1182 to more than one attribute group. In that situation, the attributes from the
1183 different groups are merged.
1184
1185 Here is an example of attribute groups for a function that should always be
1186 inlined, has a stack alignment of 4, and which shouldn't use SSE instructions:
1187
1188 .. code-block:: llvm
1189
1190    ; Target-independent attributes:
1191    attributes #0 = { alwaysinline alignstack=4 }
1192
1193    ; Target-dependent attributes:
1194    attributes #1 = { "no-sse" }
1195
1196    ; Function @f has attributes: alwaysinline, alignstack=4, and "no-sse".
1197    define void @f() #0 #1 { ... }
1198
1199 .. _fnattrs:
1200
1201 Function Attributes
1202 -------------------
1203
1204 Function attributes are set to communicate additional information about
1205 a function. Function attributes are considered to be part of the
1206 function, not of the function type, so functions with different function
1207 attributes can have the same function type.
1208
1209 Function attributes are simple keywords that follow the type specified.
1210 If multiple attributes are needed, they are space separated. For
1211 example:
1212
1213 .. code-block:: llvm
1214
1215     define void @f() noinline { ... }
1216     define void @f() alwaysinline { ... }
1217     define void @f() alwaysinline optsize { ... }
1218     define void @f() optsize { ... }
1219
1220 ``alignstack(<n>)``
1221     This attribute indicates that, when emitting the prologue and
1222     epilogue, the backend should forcibly align the stack pointer.
1223     Specify the desired alignment, which must be a power of two, in
1224     parentheses.
1225 ``alwaysinline``
1226     This attribute indicates that the inliner should attempt to inline
1227     this function into callers whenever possible, ignoring any active
1228     inlining size threshold for this caller.
1229 ``builtin``
1230     This indicates that the callee function at a call site should be
1231     recognized as a built-in function, even though the function's declaration
1232     uses the ``nobuiltin`` attribute. This is only valid at call sites for
1233     direct calls to functions that are declared with the ``nobuiltin``
1234     attribute.
1235 ``cold``
1236     This attribute indicates that this function is rarely called. When
1237     computing edge weights, basic blocks post-dominated by a cold
1238     function call are also considered to be cold; and, thus, given low
1239     weight.
1240 ``convergent``
1241     This attribute indicates that the callee is dependent on a convergent
1242     thread execution pattern under certain parallel execution models.
1243     Transformations that are execution model agnostic may not make the execution
1244     of a convergent operation control dependent on any additional values.
1245 ``inlinehint``
1246     This attribute indicates that the source code contained a hint that
1247     inlining this function is desirable (such as the "inline" keyword in
1248     C/C++). It is just a hint; it imposes no requirements on the
1249     inliner.
1250 ``jumptable``
1251     This attribute indicates that the function should be added to a
1252     jump-instruction table at code-generation time, and that all address-taken
1253     references to this function should be replaced with a reference to the
1254     appropriate jump-instruction-table function pointer. Note that this creates
1255     a new pointer for the original function, which means that code that depends
1256     on function-pointer identity can break. So, any function annotated with
1257     ``jumptable`` must also be ``unnamed_addr``.
1258 ``minsize``
1259     This attribute suggests that optimization passes and code generator
1260     passes make choices that keep the code size of this function as small
1261     as possible and perform optimizations that may sacrifice runtime
1262     performance in order to minimize the size of the generated code.
1263 ``naked``
1264     This attribute disables prologue / epilogue emission for the
1265     function. This can have very system-specific consequences.
1266 ``nobuiltin``
1267     This indicates that the callee function at a call site is not recognized as
1268     a built-in function. LLVM will retain the original call and not replace it
1269     with equivalent code based on the semantics of the built-in function, unless
1270     the call site uses the ``builtin`` attribute. This is valid at call sites
1271     and on function declarations and definitions.
1272 ``noduplicate``
1273     This attribute indicates that calls to the function cannot be
1274     duplicated. A call to a ``noduplicate`` function may be moved
1275     within its parent function, but may not be duplicated within
1276     its parent function.
1277
1278     A function containing a ``noduplicate`` call may still
1279     be an inlining candidate, provided that the call is not
1280     duplicated by inlining. That implies that the function has
1281     internal linkage and only has one call site, so the original
1282     call is dead after inlining.
1283 ``noimplicitfloat``
1284     This attributes disables implicit floating point instructions.
1285 ``noinline``
1286     This attribute indicates that the inliner should never inline this
1287     function in any situation. This attribute may not be used together
1288     with the ``alwaysinline`` attribute.
1289 ``nonlazybind``
1290     This attribute suppresses lazy symbol binding for the function. This
1291     may make calls to the function faster, at the cost of extra program
1292     startup time if the function is not called during program startup.
1293 ``noredzone``
1294     This attribute indicates that the code generator should not use a
1295     red zone, even if the target-specific ABI normally permits it.
1296 ``noreturn``
1297     This function attribute indicates that the function never returns
1298     normally. This produces undefined behavior at runtime if the
1299     function ever does dynamically return.
1300 ``norecurse``
1301     This function attribute indicates that the function does not call itself
1302     either directly or indirectly down any possible call path. This produces
1303     undefined behavior at runtime if the function ever does recurse.
1304 ``nounwind``
1305     This function attribute indicates that the function never raises an
1306     exception. If the function does raise an exception, its runtime
1307     behavior is undefined. However, functions marked nounwind may still
1308     trap or generate asynchronous exceptions. Exception handling schemes
1309     that are recognized by LLVM to handle asynchronous exceptions, such
1310     as SEH, will still provide their implementation defined semantics.
1311 ``optnone``
1312     This function attribute indicates that most optimization passes will skip
1313     this function, with the exception of interprocedural optimization passes.
1314     Code generation defaults to the "fast" instruction selector.
1315     This attribute cannot be used together with the ``alwaysinline``
1316     attribute; this attribute is also incompatible
1317     with the ``minsize`` attribute and the ``optsize`` attribute.
1318
1319     This attribute requires the ``noinline`` attribute to be specified on
1320     the function as well, so the function is never inlined into any caller.
1321     Only functions with the ``alwaysinline`` attribute are valid
1322     candidates for inlining into the body of this function.
1323 ``optsize``
1324     This attribute suggests that optimization passes and code generator
1325     passes make choices that keep the code size of this function low,
1326     and otherwise do optimizations specifically to reduce code size as
1327     long as they do not significantly impact runtime performance.
1328 ``readnone``
1329     On a function, this attribute indicates that the function computes its
1330     result (or decides to unwind an exception) based strictly on its arguments,
1331     without dereferencing any pointer arguments or otherwise accessing
1332     any mutable state (e.g. memory, control registers, etc) visible to
1333     caller functions. It does not write through any pointer arguments
1334     (including ``byval`` arguments) and never changes any state visible
1335     to callers. This means that it cannot unwind exceptions by calling
1336     the ``C++`` exception throwing methods.
1337
1338     On an argument, this attribute indicates that the function does not
1339     dereference that pointer argument, even though it may read or write the
1340     memory that the pointer points to if accessed through other pointers.
1341 ``readonly``
1342     On a function, this attribute indicates that the function does not write
1343     through any pointer arguments (including ``byval`` arguments) or otherwise
1344     modify any state (e.g. memory, control registers, etc) visible to
1345     caller functions. It may dereference pointer arguments and read
1346     state that may be set in the caller. A readonly function always
1347     returns the same value (or unwinds an exception identically) when
1348     called with the same set of arguments and global state. It cannot
1349     unwind an exception by calling the ``C++`` exception throwing
1350     methods.
1351
1352     On an argument, this attribute indicates that the function does not write
1353     through this pointer argument, even though it may write to the memory that
1354     the pointer points to.
1355 ``argmemonly``
1356     This attribute indicates that the only memory accesses inside function are
1357     loads and stores from objects pointed to by its pointer-typed arguments,
1358     with arbitrary offsets. Or in other words, all memory operations in the
1359     function can refer to memory only using pointers based on its function
1360     arguments.
1361     Note that ``argmemonly`` can be used together with ``readonly`` attribute
1362     in order to specify that function reads only from its arguments.
1363 ``returns_twice``
1364     This attribute indicates that this function can return twice. The C
1365     ``setjmp`` is an example of such a function. The compiler disables
1366     some optimizations (like tail calls) in the caller of these
1367     functions.
1368 ``safestack``
1369     This attribute indicates that
1370     `SafeStack <http://clang.llvm.org/docs/SafeStack.html>`_
1371     protection is enabled for this function.
1372
1373     If a function that has a ``safestack`` attribute is inlined into a
1374     function that doesn't have a ``safestack`` attribute or which has an
1375     ``ssp``, ``sspstrong`` or ``sspreq`` attribute, then the resulting
1376     function will have a ``safestack`` attribute.
1377 ``sanitize_address``
1378     This attribute indicates that AddressSanitizer checks
1379     (dynamic address safety analysis) are enabled for this function.
1380 ``sanitize_memory``
1381     This attribute indicates that MemorySanitizer checks (dynamic detection
1382     of accesses to uninitialized memory) are enabled for this function.
1383 ``sanitize_thread``
1384     This attribute indicates that ThreadSanitizer checks
1385     (dynamic thread safety analysis) are enabled for this function.
1386 ``ssp``
1387     This attribute indicates that the function should emit a stack
1388     smashing protector. It is in the form of a "canary" --- a random value
1389     placed on the stack before the local variables that's checked upon
1390     return from the function to see if it has been overwritten. A
1391     heuristic is used to determine if a function needs stack protectors
1392     or not. The heuristic used will enable protectors for functions with:
1393
1394     - Character arrays larger than ``ssp-buffer-size`` (default 8).
1395     - Aggregates containing character arrays larger than ``ssp-buffer-size``.
1396     - Calls to alloca() with variable sizes or constant sizes greater than
1397       ``ssp-buffer-size``.
1398
1399     Variables that are identified as requiring a protector will be arranged
1400     on the stack such that they are adjacent to the stack protector guard.
1401
1402     If a function that has an ``ssp`` attribute is inlined into a
1403     function that doesn't have an ``ssp`` attribute, then the resulting
1404     function will have an ``ssp`` attribute.
1405 ``sspreq``
1406     This attribute indicates that the function should *always* emit a
1407     stack smashing protector. This overrides the ``ssp`` function
1408     attribute.
1409
1410     Variables that are identified as requiring a protector will be arranged
1411     on the stack such that they are adjacent to the stack protector guard.
1412     The specific layout rules are:
1413
1414     #. Large arrays and structures containing large arrays
1415        (``>= ssp-buffer-size``) are closest to the stack protector.
1416     #. Small arrays and structures containing small arrays
1417        (``< ssp-buffer-size``) are 2nd closest to the protector.
1418     #. Variables that have had their address taken are 3rd closest to the
1419        protector.
1420
1421     If a function that has an ``sspreq`` attribute is inlined into a
1422     function that doesn't have an ``sspreq`` attribute or which has an
1423     ``ssp`` or ``sspstrong`` attribute, then the resulting function will have
1424     an ``sspreq`` attribute.
1425 ``sspstrong``
1426     This attribute indicates that the function should emit a stack smashing
1427     protector. This attribute causes a strong heuristic to be used when
1428     determining if a function needs stack protectors. The strong heuristic
1429     will enable protectors for functions with:
1430
1431     - Arrays of any size and type
1432     - Aggregates containing an array of any size and type.
1433     - Calls to alloca().
1434     - Local variables that have had their address taken.
1435
1436     Variables that are identified as requiring a protector will be arranged
1437     on the stack such that they are adjacent to the stack protector guard.
1438     The specific layout rules are:
1439
1440     #. Large arrays and structures containing large arrays
1441        (``>= ssp-buffer-size``) are closest to the stack protector.
1442     #. Small arrays and structures containing small arrays
1443        (``< ssp-buffer-size``) are 2nd closest to the protector.
1444     #. Variables that have had their address taken are 3rd closest to the
1445        protector.
1446
1447     This overrides the ``ssp`` function attribute.
1448
1449     If a function that has an ``sspstrong`` attribute is inlined into a
1450     function that doesn't have an ``sspstrong`` attribute, then the
1451     resulting function will have an ``sspstrong`` attribute.
1452 ``"thunk"``
1453     This attribute indicates that the function will delegate to some other
1454     function with a tail call. The prototype of a thunk should not be used for
1455     optimization purposes. The caller is expected to cast the thunk prototype to
1456     match the thunk target prototype.
1457 ``uwtable``
1458     This attribute indicates that the ABI being targeted requires that
1459     an unwind table entry be produced for this function even if we can
1460     show that no exceptions passes by it. This is normally the case for
1461     the ELF x86-64 abi, but it can be disabled for some compilation
1462     units.
1463
1464
1465 .. _opbundles:
1466
1467 Operand Bundles
1468 ---------------
1469
1470 Note: operand bundles are a work in progress, and they should be
1471 considered experimental at this time.
1472
1473 Operand bundles are tagged sets of SSA values that can be associated
1474 with certain LLVM instructions (currently only ``call`` s and
1475 ``invoke`` s).  In a way they are like metadata, but dropping them is
1476 incorrect and will change program semantics.
1477
1478 Syntax::
1479
1480     operand bundle set ::= '[' operand bundle (, operand bundle )* ']'
1481     operand bundle ::= tag '(' [ bundle operand ] (, bundle operand )* ')'
1482     bundle operand ::= SSA value
1483     tag ::= string constant
1484
1485 Operand bundles are **not** part of a function's signature, and a
1486 given function may be called from multiple places with different kinds
1487 of operand bundles.  This reflects the fact that the operand bundles
1488 are conceptually a part of the ``call`` (or ``invoke``), not the
1489 callee being dispatched to.
1490
1491 Operand bundles are a generic mechanism intended to support
1492 runtime-introspection-like functionality for managed languages.  While
1493 the exact semantics of an operand bundle depend on the bundle tag,
1494 there are certain limitations to how much the presence of an operand
1495 bundle can influence the semantics of a program.  These restrictions
1496 are described as the semantics of an "unknown" operand bundle.  As
1497 long as the behavior of an operand bundle is describable within these
1498 restrictions, LLVM does not need to have special knowledge of the
1499 operand bundle to not miscompile programs containing it.
1500
1501 - The bundle operands for an unknown operand bundle escape in unknown
1502   ways before control is transferred to the callee or invokee.
1503 - Calls and invokes with operand bundles have unknown read / write
1504   effect on the heap on entry and exit (even if the call target is
1505   ``readnone`` or ``readonly``), unless they're overriden with
1506   callsite specific attributes.
1507 - An operand bundle at a call site cannot change the implementation
1508   of the called function.  Inter-procedural optimizations work as
1509   usual as long as they take into account the first two properties.
1510
1511 More specific types of operand bundles are described below.
1512
1513 Deoptimization Operand Bundles
1514 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1515
1516 Deoptimization operand bundles are characterized by the ``"deopt"``
1517 operand bundle tag.  These operand bundles represent an alternate
1518 "safe" continuation for the call site they're attached to, and can be
1519 used by a suitable runtime to deoptimize the compiled frame at the
1520 specified call site.  There can be at most one ``"deopt"`` operand
1521 bundle attached to a call site.  Exact details of deoptimization is
1522 out of scope for the language reference, but it usually involves
1523 rewriting a compiled frame into a set of interpreted frames.
1524
1525 From the compiler's perspective, deoptimization operand bundles make
1526 the call sites they're attached to at least ``readonly``.  They read
1527 through all of their pointer typed operands (even if they're not
1528 otherwise escaped) and the entire visible heap.  Deoptimization
1529 operand bundles do not capture their operands except during
1530 deoptimization, in which case control will not be returned to the
1531 compiled frame.
1532
1533 The inliner knows how to inline through calls that have deoptimization
1534 operand bundles.  Just like inlining through a normal call site
1535 involves composing the normal and exceptional continuations, inlining
1536 through a call site with a deoptimization operand bundle needs to
1537 appropriately compose the "safe" deoptimization continuation.  The
1538 inliner does this by prepending the parent's deoptimization
1539 continuation to every deoptimization continuation in the inlined body.
1540 E.g. inlining ``@f`` into ``@g`` in the following example
1541
1542 .. code-block:: llvm
1543
1544     define void @f() {
1545       call void @x()  ;; no deopt state
1546       call void @y() [ "deopt"(i32 10) ]
1547       call void @y() [ "deopt"(i32 10), "unknown"(i8* null) ]
1548       ret void
1549     }
1550
1551     define void @g() {
1552       call void @f() [ "deopt"(i32 20) ]
1553       ret void
1554     }
1555
1556 will result in
1557
1558 .. code-block:: llvm
1559
1560     define void @g() {
1561       call void @x()  ;; still no deopt state
1562       call void @y() [ "deopt"(i32 20, i32 10) ]
1563       call void @y() [ "deopt"(i32 20, i32 10), "unknown"(i8* null) ]
1564       ret void
1565     }
1566
1567 It is the frontend's responsibility to structure or encode the
1568 deoptimization state in a way that syntactically prepending the
1569 caller's deoptimization state to the callee's deoptimization state is
1570 semantically equivalent to composing the caller's deoptimization
1571 continuation after the callee's deoptimization continuation.
1572
1573 .. _moduleasm:
1574
1575 Module-Level Inline Assembly
1576 ----------------------------
1577
1578 Modules may contain "module-level inline asm" blocks, which corresponds
1579 to the GCC "file scope inline asm" blocks. These blocks are internally
1580 concatenated by LLVM and treated as a single unit, but may be separated
1581 in the ``.ll`` file if desired. The syntax is very simple:
1582
1583 .. code-block:: llvm
1584
1585     module asm "inline asm code goes here"
1586     module asm "more can go here"
1587
1588 The strings can contain any character by escaping non-printable
1589 characters. The escape sequence used is simply "\\xx" where "xx" is the
1590 two digit hex code for the number.
1591
1592 Note that the assembly string *must* be parseable by LLVM's integrated assembler
1593 (unless it is disabled), even when emitting a ``.s`` file.
1594
1595 .. _langref_datalayout:
1596
1597 Data Layout
1598 -----------
1599
1600 A module may specify a target specific data layout string that specifies
1601 how data is to be laid out in memory. The syntax for the data layout is
1602 simply:
1603
1604 .. code-block:: llvm
1605
1606     target datalayout = "layout specification"
1607
1608 The *layout specification* consists of a list of specifications
1609 separated by the minus sign character ('-'). Each specification starts
1610 with a letter and may include other information after the letter to
1611 define some aspect of the data layout. The specifications accepted are
1612 as follows:
1613
1614 ``E``
1615     Specifies that the target lays out data in big-endian form. That is,
1616     the bits with the most significance have the lowest address
1617     location.
1618 ``e``
1619     Specifies that the target lays out data in little-endian form. That
1620     is, the bits with the least significance have the lowest address
1621     location.
1622 ``S<size>``
1623     Specifies the natural alignment of the stack in bits. Alignment
1624     promotion of stack variables is limited to the natural stack
1625     alignment to avoid dynamic stack realignment. The stack alignment
1626     must be a multiple of 8-bits. If omitted, the natural stack
1627     alignment defaults to "unspecified", which does not prevent any
1628     alignment promotions.
1629 ``p[n]:<size>:<abi>:<pref>``
1630     This specifies the *size* of a pointer and its ``<abi>`` and
1631     ``<pref>``\erred alignments for address space ``n``. All sizes are in
1632     bits. The address space, ``n``, is optional, and if not specified,
1633     denotes the default address space 0. The value of ``n`` must be
1634     in the range [1,2^23).
1635 ``i<size>:<abi>:<pref>``
1636     This specifies the alignment for an integer type of a given bit
1637     ``<size>``. The value of ``<size>`` must be in the range [1,2^23).
1638 ``v<size>:<abi>:<pref>``
1639     This specifies the alignment for a vector type of a given bit
1640     ``<size>``.
1641 ``f<size>:<abi>:<pref>``
1642     This specifies the alignment for a floating point type of a given bit
1643     ``<size>``. Only values of ``<size>`` that are supported by the target
1644     will work. 32 (float) and 64 (double) are supported on all targets; 80
1645     or 128 (different flavors of long double) are also supported on some
1646     targets.
1647 ``a:<abi>:<pref>``
1648     This specifies the alignment for an object of aggregate type.
1649 ``m:<mangling>``
1650     If present, specifies that llvm names are mangled in the output. The
1651     options are
1652
1653     * ``e``: ELF mangling: Private symbols get a ``.L`` prefix.
1654     * ``m``: Mips mangling: Private symbols get a ``$`` prefix.
1655     * ``o``: Mach-O mangling: Private symbols get ``L`` prefix. Other
1656       symbols get a ``_`` prefix.
1657     * ``w``: Windows COFF prefix:  Similar to Mach-O, but stdcall and fastcall
1658       functions also get a suffix based on the frame size.
1659     * ``x``: Windows x86 COFF prefix:  Similar to Windows COFF, but use a ``_``
1660       prefix for ``__cdecl`` functions.
1661 ``n<size1>:<size2>:<size3>...``
1662     This specifies a set of native integer widths for the target CPU in
1663     bits. For example, it might contain ``n32`` for 32-bit PowerPC,
1664     ``n32:64`` for PowerPC 64, or ``n8:16:32:64`` for X86-64. Elements of
1665     this set are considered to support most general arithmetic operations
1666     efficiently.
1667
1668 On every specification that takes a ``<abi>:<pref>``, specifying the
1669 ``<pref>`` alignment is optional. If omitted, the preceding ``:``
1670 should be omitted too and ``<pref>`` will be equal to ``<abi>``.
1671
1672 When constructing the data layout for a given target, LLVM starts with a
1673 default set of specifications which are then (possibly) overridden by
1674 the specifications in the ``datalayout`` keyword. The default
1675 specifications are given in this list:
1676
1677 -  ``E`` - big endian
1678 -  ``p:64:64:64`` - 64-bit pointers with 64-bit alignment.
1679 -  ``p[n]:64:64:64`` - Other address spaces are assumed to be the
1680    same as the default address space.
1681 -  ``S0`` - natural stack alignment is unspecified
1682 -  ``i1:8:8`` - i1 is 8-bit (byte) aligned
1683 -  ``i8:8:8`` - i8 is 8-bit (byte) aligned
1684 -  ``i16:16:16`` - i16 is 16-bit aligned
1685 -  ``i32:32:32`` - i32 is 32-bit aligned
1686 -  ``i64:32:64`` - i64 has ABI alignment of 32-bits but preferred
1687    alignment of 64-bits
1688 -  ``f16:16:16`` - half is 16-bit aligned
1689 -  ``f32:32:32`` - float is 32-bit aligned
1690 -  ``f64:64:64`` - double is 64-bit aligned
1691 -  ``f128:128:128`` - quad is 128-bit aligned
1692 -  ``v64:64:64`` - 64-bit vector is 64-bit aligned
1693 -  ``v128:128:128`` - 128-bit vector is 128-bit aligned
1694 -  ``a:0:64`` - aggregates are 64-bit aligned
1695
1696 When LLVM is determining the alignment for a given type, it uses the
1697 following rules:
1698
1699 #. If the type sought is an exact match for one of the specifications,
1700    that specification is used.
1701 #. If no match is found, and the type sought is an integer type, then
1702    the smallest integer type that is larger than the bitwidth of the
1703    sought type is used. If none of the specifications are larger than
1704    the bitwidth then the largest integer type is used. For example,
1705    given the default specifications above, the i7 type will use the
1706    alignment of i8 (next largest) while both i65 and i256 will use the
1707    alignment of i64 (largest specified).
1708 #. If no match is found, and the type sought is a vector type, then the
1709    largest vector type that is smaller than the sought vector type will
1710    be used as a fall back. This happens because <128 x double> can be
1711    implemented in terms of 64 <2 x double>, for example.
1712
1713 The function of the data layout string may not be what you expect.
1714 Notably, this is not a specification from the frontend of what alignment
1715 the code generator should use.
1716
1717 Instead, if specified, the target data layout is required to match what
1718 the ultimate *code generator* expects. This string is used by the
1719 mid-level optimizers to improve code, and this only works if it matches
1720 what the ultimate code generator uses. There is no way to generate IR
1721 that does not embed this target-specific detail into the IR. If you
1722 don't specify the string, the default specifications will be used to
1723 generate a Data Layout and the optimization phases will operate
1724 accordingly and introduce target specificity into the IR with respect to
1725 these default specifications.
1726
1727 .. _langref_triple:
1728
1729 Target Triple
1730 -------------
1731
1732 A module may specify a target triple string that describes the target
1733 host. The syntax for the target triple is simply:
1734
1735 .. code-block:: llvm
1736
1737     target triple = "x86_64-apple-macosx10.7.0"
1738
1739 The *target triple* string consists of a series of identifiers delimited
1740 by the minus sign character ('-'). The canonical forms are:
1741
1742 ::
1743
1744     ARCHITECTURE-VENDOR-OPERATING_SYSTEM
1745     ARCHITECTURE-VENDOR-OPERATING_SYSTEM-ENVIRONMENT
1746
1747 This information is passed along to the backend so that it generates
1748 code for the proper architecture. It's possible to override this on the
1749 command line with the ``-mtriple`` command line option.
1750
1751 .. _pointeraliasing:
1752
1753 Pointer Aliasing Rules
1754 ----------------------
1755
1756 Any memory access must be done through a pointer value associated with
1757 an address range of the memory access, otherwise the behavior is
1758 undefined. Pointer values are associated with address ranges according
1759 to the following rules:
1760
1761 -  A pointer value is associated with the addresses associated with any
1762    value it is *based* on.
1763 -  An address of a global variable is associated with the address range
1764    of the variable's storage.
1765 -  The result value of an allocation instruction is associated with the
1766    address range of the allocated storage.
1767 -  A null pointer in the default address-space is associated with no
1768    address.
1769 -  An integer constant other than zero or a pointer value returned from
1770    a function not defined within LLVM may be associated with address
1771    ranges allocated through mechanisms other than those provided by
1772    LLVM. Such ranges shall not overlap with any ranges of addresses
1773    allocated by mechanisms provided by LLVM.
1774
1775 A pointer value is *based* on another pointer value according to the
1776 following rules:
1777
1778 -  A pointer value formed from a ``getelementptr`` operation is *based*
1779    on the first value operand of the ``getelementptr``.
1780 -  The result value of a ``bitcast`` is *based* on the operand of the
1781    ``bitcast``.
1782 -  A pointer value formed by an ``inttoptr`` is *based* on all pointer
1783    values that contribute (directly or indirectly) to the computation of
1784    the pointer's value.
1785 -  The "*based* on" relationship is transitive.
1786
1787 Note that this definition of *"based"* is intentionally similar to the
1788 definition of *"based"* in C99, though it is slightly weaker.
1789
1790 LLVM IR does not associate types with memory. The result type of a
1791 ``load`` merely indicates the size and alignment of the memory from
1792 which to load, as well as the interpretation of the value. The first
1793 operand type of a ``store`` similarly only indicates the size and
1794 alignment of the store.
1795
1796 Consequently, type-based alias analysis, aka TBAA, aka
1797 ``-fstrict-aliasing``, is not applicable to general unadorned LLVM IR.
1798 :ref:`Metadata <metadata>` may be used to encode additional information
1799 which specialized optimization passes may use to implement type-based
1800 alias analysis.
1801
1802 .. _volatile:
1803
1804 Volatile Memory Accesses
1805 ------------------------
1806
1807 Certain memory accesses, such as :ref:`load <i_load>`'s,
1808 :ref:`store <i_store>`'s, and :ref:`llvm.memcpy <int_memcpy>`'s may be
1809 marked ``volatile``. The optimizers must not change the number of
1810 volatile operations or change their order of execution relative to other
1811 volatile operations. The optimizers *may* change the order of volatile
1812 operations relative to non-volatile operations. This is not Java's
1813 "volatile" and has no cross-thread synchronization behavior.
1814
1815 IR-level volatile loads and stores cannot safely be optimized into
1816 llvm.memcpy or llvm.memmove intrinsics even when those intrinsics are
1817 flagged volatile. Likewise, the backend should never split or merge
1818 target-legal volatile load/store instructions.
1819
1820 .. admonition:: Rationale
1821
1822  Platforms may rely on volatile loads and stores of natively supported
1823  data width to be executed as single instruction. For example, in C
1824  this holds for an l-value of volatile primitive type with native
1825  hardware support, but not necessarily for aggregate types. The
1826  frontend upholds these expectations, which are intentionally
1827  unspecified in the IR. The rules above ensure that IR transformations
1828  do not violate the frontend's contract with the language.
1829
1830 .. _memmodel:
1831
1832 Memory Model for Concurrent Operations
1833 --------------------------------------
1834
1835 The LLVM IR does not define any way to start parallel threads of
1836 execution or to register signal handlers. Nonetheless, there are
1837 platform-specific ways to create them, and we define LLVM IR's behavior
1838 in their presence. This model is inspired by the C++0x memory model.
1839
1840 For a more informal introduction to this model, see the :doc:`Atomics`.
1841
1842 We define a *happens-before* partial order as the least partial order
1843 that
1844
1845 -  Is a superset of single-thread program order, and
1846 -  When a *synchronizes-with* ``b``, includes an edge from ``a`` to
1847    ``b``. *Synchronizes-with* pairs are introduced by platform-specific
1848    techniques, like pthread locks, thread creation, thread joining,
1849    etc., and by atomic instructions. (See also :ref:`Atomic Memory Ordering
1850    Constraints <ordering>`).
1851
1852 Note that program order does not introduce *happens-before* edges
1853 between a thread and signals executing inside that thread.
1854
1855 Every (defined) read operation (load instructions, memcpy, atomic
1856 loads/read-modify-writes, etc.) R reads a series of bytes written by
1857 (defined) write operations (store instructions, atomic
1858 stores/read-modify-writes, memcpy, etc.). For the purposes of this
1859 section, initialized globals are considered to have a write of the
1860 initializer which is atomic and happens before any other read or write
1861 of the memory in question. For each byte of a read R, R\ :sub:`byte`
1862 may see any write to the same byte, except:
1863
1864 -  If write\ :sub:`1`  happens before write\ :sub:`2`, and
1865    write\ :sub:`2` happens before R\ :sub:`byte`, then
1866    R\ :sub:`byte` does not see write\ :sub:`1`.
1867 -  If R\ :sub:`byte` happens before write\ :sub:`3`, then
1868    R\ :sub:`byte` does not see write\ :sub:`3`.
1869
1870 Given that definition, R\ :sub:`byte` is defined as follows:
1871
1872 -  If R is volatile, the result is target-dependent. (Volatile is
1873    supposed to give guarantees which can support ``sig_atomic_t`` in
1874    C/C++, and may be used for accesses to addresses that do not behave
1875    like normal memory. It does not generally provide cross-thread
1876    synchronization.)
1877 -  Otherwise, if there is no write to the same byte that happens before
1878    R\ :sub:`byte`, R\ :sub:`byte` returns ``undef`` for that byte.
1879 -  Otherwise, if R\ :sub:`byte` may see exactly one write,
1880    R\ :sub:`byte` returns the value written by that write.
1881 -  Otherwise, if R is atomic, and all the writes R\ :sub:`byte` may
1882    see are atomic, it chooses one of the values written. See the :ref:`Atomic
1883    Memory Ordering Constraints <ordering>` section for additional
1884    constraints on how the choice is made.
1885 -  Otherwise R\ :sub:`byte` returns ``undef``.
1886
1887 R returns the value composed of the series of bytes it read. This
1888 implies that some bytes within the value may be ``undef`` **without**
1889 the entire value being ``undef``. Note that this only defines the
1890 semantics of the operation; it doesn't mean that targets will emit more
1891 than one instruction to read the series of bytes.
1892
1893 Note that in cases where none of the atomic intrinsics are used, this
1894 model places only one restriction on IR transformations on top of what
1895 is required for single-threaded execution: introducing a store to a byte
1896 which might not otherwise be stored is not allowed in general.
1897 (Specifically, in the case where another thread might write to and read
1898 from an address, introducing a store can change a load that may see
1899 exactly one write into a load that may see multiple writes.)
1900
1901 .. _ordering:
1902
1903 Atomic Memory Ordering Constraints
1904 ----------------------------------
1905
1906 Atomic instructions (:ref:`cmpxchg <i_cmpxchg>`,
1907 :ref:`atomicrmw <i_atomicrmw>`, :ref:`fence <i_fence>`,
1908 :ref:`atomic load <i_load>`, and :ref:`atomic store <i_store>`) take
1909 ordering parameters that determine which other atomic instructions on
1910 the same address they *synchronize with*. These semantics are borrowed
1911 from Java and C++0x, but are somewhat more colloquial. If these
1912 descriptions aren't precise enough, check those specs (see spec
1913 references in the :doc:`atomics guide <Atomics>`).
1914 :ref:`fence <i_fence>` instructions treat these orderings somewhat
1915 differently since they don't take an address. See that instruction's
1916 documentation for details.
1917
1918 For a simpler introduction to the ordering constraints, see the
1919 :doc:`Atomics`.
1920
1921 ``unordered``
1922     The set of values that can be read is governed by the happens-before
1923     partial order. A value cannot be read unless some operation wrote
1924     it. This is intended to provide a guarantee strong enough to model
1925     Java's non-volatile shared variables. This ordering cannot be
1926     specified for read-modify-write operations; it is not strong enough
1927     to make them atomic in any interesting way.
1928 ``monotonic``
1929     In addition to the guarantees of ``unordered``, there is a single
1930     total order for modifications by ``monotonic`` operations on each
1931     address. All modification orders must be compatible with the
1932     happens-before order. There is no guarantee that the modification
1933     orders can be combined to a global total order for the whole program
1934     (and this often will not be possible). The read in an atomic
1935     read-modify-write operation (:ref:`cmpxchg <i_cmpxchg>` and
1936     :ref:`atomicrmw <i_atomicrmw>`) reads the value in the modification
1937     order immediately before the value it writes. If one atomic read
1938     happens before another atomic read of the same address, the later
1939     read must see the same value or a later value in the address's
1940     modification order. This disallows reordering of ``monotonic`` (or
1941     stronger) operations on the same address. If an address is written
1942     ``monotonic``-ally by one thread, and other threads ``monotonic``-ally
1943     read that address repeatedly, the other threads must eventually see
1944     the write. This corresponds to the C++0x/C1x
1945     ``memory_order_relaxed``.
1946 ``acquire``
1947     In addition to the guarantees of ``monotonic``, a
1948     *synchronizes-with* edge may be formed with a ``release`` operation.
1949     This is intended to model C++'s ``memory_order_acquire``.
1950 ``release``
1951     In addition to the guarantees of ``monotonic``, if this operation
1952     writes a value which is subsequently read by an ``acquire``
1953     operation, it *synchronizes-with* that operation. (This isn't a
1954     complete description; see the C++0x definition of a release
1955     sequence.) This corresponds to the C++0x/C1x
1956     ``memory_order_release``.
1957 ``acq_rel`` (acquire+release)
1958     Acts as both an ``acquire`` and ``release`` operation on its
1959     address. This corresponds to the C++0x/C1x ``memory_order_acq_rel``.
1960 ``seq_cst`` (sequentially consistent)
1961     In addition to the guarantees of ``acq_rel`` (``acquire`` for an
1962     operation that only reads, ``release`` for an operation that only
1963     writes), there is a global total order on all
1964     sequentially-consistent operations on all addresses, which is
1965     consistent with the *happens-before* partial order and with the
1966     modification orders of all the affected addresses. Each
1967     sequentially-consistent read sees the last preceding write to the
1968     same address in this global order. This corresponds to the C++0x/C1x
1969     ``memory_order_seq_cst`` and Java volatile.
1970
1971 .. _singlethread:
1972
1973 If an atomic operation is marked ``singlethread``, it only *synchronizes
1974 with* or participates in modification and seq\_cst total orderings with
1975 other operations running in the same thread (for example, in signal
1976 handlers).
1977
1978 .. _fastmath:
1979
1980 Fast-Math Flags
1981 ---------------
1982
1983 LLVM IR floating-point binary ops (:ref:`fadd <i_fadd>`,
1984 :ref:`fsub <i_fsub>`, :ref:`fmul <i_fmul>`, :ref:`fdiv <i_fdiv>`,
1985 :ref:`frem <i_frem>`, :ref:`fcmp <i_fcmp>`) have the following flags that can
1986 be set to enable otherwise unsafe floating point operations
1987
1988 ``nnan``
1989    No NaNs - Allow optimizations to assume the arguments and result are not
1990    NaN. Such optimizations are required to retain defined behavior over
1991    NaNs, but the value of the result is undefined.
1992
1993 ``ninf``
1994    No Infs - Allow optimizations to assume the arguments and result are not
1995    +/-Inf. Such optimizations are required to retain defined behavior over
1996    +/-Inf, but the value of the result is undefined.
1997
1998 ``nsz``
1999    No Signed Zeros - Allow optimizations to treat the sign of a zero
2000    argument or result as insignificant.
2001
2002 ``arcp``
2003    Allow Reciprocal - Allow optimizations to use the reciprocal of an
2004    argument rather than perform division.
2005
2006 ``fast``
2007    Fast - Allow algebraically equivalent transformations that may
2008    dramatically change results in floating point (e.g. reassociate). This
2009    flag implies all the others.
2010
2011 .. _uselistorder:
2012
2013 Use-list Order Directives
2014 -------------------------
2015
2016 Use-list directives encode the in-memory order of each use-list, allowing the
2017 order to be recreated. ``<order-indexes>`` is a comma-separated list of
2018 indexes that are assigned to the referenced value's uses. The referenced
2019 value's use-list is immediately sorted by these indexes.
2020
2021 Use-list directives may appear at function scope or global scope. They are not
2022 instructions, and have no effect on the semantics of the IR. When they're at
2023 function scope, they must appear after the terminator of the final basic block.
2024
2025 If basic blocks have their address taken via ``blockaddress()`` expressions,
2026 ``uselistorder_bb`` can be used to reorder their use-lists from outside their
2027 function's scope.
2028
2029 :Syntax:
2030
2031 ::
2032
2033     uselistorder <ty> <value>, { <order-indexes> }
2034     uselistorder_bb @function, %block { <order-indexes> }
2035
2036 :Examples:
2037
2038 ::
2039
2040     define void @foo(i32 %arg1, i32 %arg2) {
2041     entry:
2042       ; ... instructions ...
2043     bb:
2044       ; ... instructions ...
2045
2046       ; At function scope.
2047       uselistorder i32 %arg1, { 1, 0, 2 }
2048       uselistorder label %bb, { 1, 0 }
2049     }
2050
2051     ; At global scope.
2052     uselistorder i32* @global, { 1, 2, 0 }
2053     uselistorder i32 7, { 1, 0 }
2054     uselistorder i32 (i32) @bar, { 1, 0 }
2055     uselistorder_bb @foo, %bb, { 5, 1, 3, 2, 0, 4 }
2056
2057 .. _typesystem:
2058
2059 Type System
2060 ===========
2061
2062 The LLVM type system is one of the most important features of the
2063 intermediate representation. Being typed enables a number of
2064 optimizations to be performed on the intermediate representation
2065 directly, without having to do extra analyses on the side before the
2066 transformation. A strong type system makes it easier to read the
2067 generated code and enables novel analyses and transformations that are
2068 not feasible to perform on normal three address code representations.
2069
2070 .. _t_void:
2071
2072 Void Type
2073 ---------
2074
2075 :Overview:
2076
2077
2078 The void type does not represent any value and has no size.
2079
2080 :Syntax:
2081
2082
2083 ::
2084
2085       void
2086
2087
2088 .. _t_function:
2089
2090 Function Type
2091 -------------
2092
2093 :Overview:
2094
2095
2096 The function type can be thought of as a function signature. It consists of a
2097 return type and a list of formal parameter types. The return type of a function
2098 type is a void type or first class type --- except for :ref:`label <t_label>`
2099 and :ref:`metadata <t_metadata>` types.
2100
2101 :Syntax:
2102
2103 ::
2104
2105       <returntype> (<parameter list>)
2106
2107 ...where '``<parameter list>``' is a comma-separated list of type
2108 specifiers. Optionally, the parameter list may include a type ``...``, which
2109 indicates that the function takes a variable number of arguments. Variable
2110 argument functions can access their arguments with the :ref:`variable argument
2111 handling intrinsic <int_varargs>` functions. '``<returntype>``' is any type
2112 except :ref:`label <t_label>` and :ref:`metadata <t_metadata>`.
2113
2114 :Examples:
2115
2116 +---------------------------------+---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------+
2117 | ``i32 (i32)``                   | function taking an ``i32``, returning an ``i32``                                                                                                                    |
2118 +---------------------------------+---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------+
2119 | ``float (i16, i32 *) *``        | :ref:`Pointer <t_pointer>` to a function that takes an ``i16`` and a :ref:`pointer <t_pointer>` to ``i32``, returning ``float``.                                    |
2120 +---------------------------------+---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------+
2121 | ``i32 (i8*, ...)``              | A vararg function that takes at least one :ref:`pointer <t_pointer>` to ``i8`` (char in C), which returns an integer. This is the signature for ``printf`` in LLVM. |
2122 +---------------------------------+---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------+
2123 | ``{i32, i32} (i32)``            | A function taking an ``i32``, returning a :ref:`structure <t_struct>` containing two ``i32`` values                                                                 |
2124 +---------------------------------+---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------+
2125
2126 .. _t_firstclass:
2127
2128 First Class Types
2129 -----------------
2130
2131 The :ref:`first class <t_firstclass>` types are perhaps the most important.
2132 Values of these types are the only ones which can be produced by
2133 instructions.
2134
2135 .. _t_single_value:
2136
2137 Single Value Types
2138 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2139
2140 These are the types that are valid in registers from CodeGen's perspective.
2141
2142 .. _t_integer:
2143
2144 Integer Type
2145 """"""""""""
2146
2147 :Overview:
2148
2149 The integer type is a very simple type that simply specifies an
2150 arbitrary bit width for the integer type desired. Any bit width from 1
2151 bit to 2\ :sup:`23`\ -1 (about 8 million) can be specified.
2152
2153 :Syntax:
2154
2155 ::
2156
2157       iN
2158
2159 The number of bits the integer will occupy is specified by the ``N``
2160 value.
2161
2162 Examples:
2163 *********
2164
2165 +----------------+------------------------------------------------+
2166 | ``i1``         | a single-bit integer.                          |
2167 +----------------+------------------------------------------------+
2168 | ``i32``        | a 32-bit integer.                              |
2169 +----------------+------------------------------------------------+
2170 | ``i1942652``   | a really big integer of over 1 million bits.   |
2171 +----------------+------------------------------------------------+
2172
2173 .. _t_floating:
2174
2175 Floating Point Types
2176 """"""""""""""""""""
2177
2178 .. list-table::
2179    :header-rows: 1
2180
2181    * - Type
2182      - Description
2183
2184    * - ``half``
2185      - 16-bit floating point value
2186
2187    * - ``float``
2188      - 32-bit floating point value
2189
2190    * - ``double``
2191      - 64-bit floating point value
2192
2193    * - ``fp128``
2194      - 128-bit floating point value (112-bit mantissa)
2195
2196    * - ``x86_fp80``
2197      -  80-bit floating point value (X87)
2198
2199    * - ``ppc_fp128``
2200      - 128-bit floating point value (two 64-bits)
2201
2202 X86_mmx Type
2203 """"""""""""
2204
2205 :Overview:
2206
2207 The x86_mmx type represents a value held in an MMX register on an x86
2208 machine. The operations allowed on it are quite limited: parameters and
2209 return values, load and store, and bitcast. User-specified MMX
2210 instructions are represented as intrinsic or asm calls with arguments
2211 and/or results of this type. There are no arrays, vectors or constants
2212 of this type.
2213
2214 :Syntax:
2215
2216 ::
2217
2218       x86_mmx
2219
2220
2221 .. _t_pointer:
2222
2223 Pointer Type
2224 """"""""""""
2225
2226 :Overview:
2227
2228 The pointer type is used to specify memory locations. Pointers are
2229 commonly used to reference objects in memory.
2230
2231 Pointer types may have an optional address space attribute defining the
2232 numbered address space where the pointed-to object resides. The default
2233 address space is number zero. The semantics of non-zero address spaces
2234 are target-specific.
2235
2236 Note that LLVM does not permit pointers to void (``void*``) nor does it
2237 permit pointers to labels (``label*``). Use ``i8*`` instead.
2238
2239 :Syntax:
2240
2241 ::
2242
2243       <type> *
2244
2245 :Examples:
2246
2247 +-------------------------+--------------------------------------------------------------------------------------------------------------+
2248 | ``[4 x i32]*``          | A :ref:`pointer <t_pointer>` to :ref:`array <t_array>` of four ``i32`` values.                               |
2249 +-------------------------+--------------------------------------------------------------------------------------------------------------+
2250 | ``i32 (i32*) *``        | A :ref:`pointer <t_pointer>` to a :ref:`function <t_function>` that takes an ``i32*``, returning an ``i32``. |
2251 +-------------------------+--------------------------------------------------------------------------------------------------------------+
2252 | ``i32 addrspace(5)*``   | A :ref:`pointer <t_pointer>` to an ``i32`` value that resides in address space #5.                           |
2253 +-------------------------+--------------------------------------------------------------------------------------------------------------+
2254
2255 .. _t_vector:
2256
2257 Vector Type
2258 """""""""""
2259
2260 :Overview:
2261
2262 A vector type is a simple derived type that represents a vector of
2263 elements. Vector types are used when multiple primitive data are
2264 operated in parallel using a single instruction (SIMD). A vector type
2265 requires a size (number of elements) and an underlying primitive data
2266 type. Vector types are considered :ref:`first class <t_firstclass>`.
2267
2268 :Syntax:
2269
2270 ::
2271
2272       < <# elements> x <elementtype> >
2273
2274 The number of elements is a constant integer value larger than 0;
2275 elementtype may be any integer, floating point or pointer type. Vectors
2276 of size zero are not allowed.
2277
2278 :Examples:
2279
2280 +-------------------+--------------------------------------------------+
2281 | ``<4 x i32>``     | Vector of 4 32-bit integer values.               |
2282 +-------------------+--------------------------------------------------+
2283 | ``<8 x float>``   | Vector of 8 32-bit floating-point values.        |
2284 +-------------------+--------------------------------------------------+
2285 | ``<2 x i64>``     | Vector of 2 64-bit integer values.               |
2286 +-------------------+--------------------------------------------------+
2287 | ``<4 x i64*>``    | Vector of 4 pointers to 64-bit integer values.   |
2288 +-------------------+--------------------------------------------------+
2289
2290 .. _t_label:
2291
2292 Label Type
2293 ^^^^^^^^^^
2294
2295 :Overview:
2296
2297 The label type represents code labels.
2298
2299 :Syntax:
2300
2301 ::
2302
2303       label
2304
2305 .. _t_token:
2306
2307 Token Type
2308 ^^^^^^^^^^
2309
2310 :Overview:
2311
2312 The token type is used when a value is associated with an instruction
2313 but all uses of the value must not attempt to introspect or obscure it.
2314 As such, it is not appropriate to have a :ref:`phi <i_phi>` or
2315 :ref:`select <i_select>` of type token.
2316
2317 :Syntax:
2318
2319 ::
2320
2321       token
2322
2323
2324
2325 .. _t_metadata:
2326
2327 Metadata Type
2328 ^^^^^^^^^^^^^
2329
2330 :Overview:
2331
2332 The metadata type represents embedded metadata. No derived types may be
2333 created from metadata except for :ref:`function <t_function>` arguments.
2334
2335 :Syntax:
2336
2337 ::
2338
2339       metadata
2340
2341 .. _t_aggregate:
2342
2343 Aggregate Types
2344 ^^^^^^^^^^^^^^^
2345
2346 Aggregate Types are a subset of derived types that can contain multiple
2347 member types. :ref:`Arrays <t_array>` and :ref:`structs <t_struct>` are
2348 aggregate types. :ref:`Vectors <t_vector>` are not considered to be
2349 aggregate types.
2350
2351 .. _t_array:
2352
2353 Array Type
2354 """"""""""
2355
2356 :Overview:
2357
2358 The array type is a very simple derived type that arranges elements
2359 sequentially in memory. The array type requires a size (number of
2360 elements) and an underlying data type.
2361
2362 :Syntax:
2363
2364 ::
2365
2366       [<# elements> x <elementtype>]
2367
2368 The number of elements is a constant integer value; ``elementtype`` may
2369 be any type with a size.
2370
2371 :Examples:
2372
2373 +------------------+--------------------------------------+
2374 | ``[40 x i32]``   | Array of 40 32-bit integer values.   |
2375 +------------------+--------------------------------------+
2376 | ``[41 x i32]``   | Array of 41 32-bit integer values.   |
2377 +------------------+--------------------------------------+
2378 | ``[4 x i8]``     | Array of 4 8-bit integer values.     |
2379 +------------------+--------------------------------------+
2380
2381 Here are some examples of multidimensional arrays:
2382
2383 +-----------------------------+----------------------------------------------------------+
2384 | ``[3 x [4 x i32]]``         | 3x4 array of 32-bit integer values.                      |
2385 +-----------------------------+----------------------------------------------------------+
2386 | ``[12 x [10 x float]]``     | 12x10 array of single precision floating point values.   |
2387 +-----------------------------+----------------------------------------------------------+
2388 | ``[2 x [3 x [4 x i16]]]``   | 2x3x4 array of 16-bit integer values.                    |
2389 +-----------------------------+----------------------------------------------------------+
2390
2391 There is no restriction on indexing beyond the end of the array implied
2392 by a static type (though there are restrictions on indexing beyond the
2393 bounds of an allocated object in some cases). This means that
2394 single-dimension 'variable sized array' addressing can be implemented in
2395 LLVM with a zero length array type. An implementation of 'pascal style
2396 arrays' in LLVM could use the type "``{ i32, [0 x float]}``", for
2397 example.
2398
2399 .. _t_struct:
2400
2401 Structure Type
2402 """"""""""""""
2403
2404 :Overview:
2405
2406 The structure type is used to represent a collection of data members
2407 together in memory. The elements of a structure may be any type that has
2408 a size.
2409
2410 Structures in memory are accessed using '``load``' and '``store``' by
2411 getting a pointer to a field with the '``getelementptr``' instruction.
2412 Structures in registers are accessed using the '``extractvalue``' and
2413 '``insertvalue``' instructions.
2414
2415 Structures may optionally be "packed" structures, which indicate that
2416 the alignment of the struct is one byte, and that there is no padding
2417 between the elements. In non-packed structs, padding between field types
2418 is inserted as defined by the DataLayout string in the module, which is
2419 required to match what the underlying code generator expects.
2420
2421 Structures can either be "literal" or "identified". A literal structure
2422 is defined inline with other types (e.g. ``{i32, i32}*``) whereas
2423 identified types are always defined at the top level with a name.
2424 Literal types are uniqued by their contents and can never be recursive
2425 or opaque since there is no way to write one. Identified types can be
2426 recursive, can be opaqued, and are never uniqued.
2427
2428 :Syntax:
2429
2430 ::
2431
2432       %T1 = type { <type list> }     ; Identified normal struct type
2433       %T2 = type <{ <type list> }>   ; Identified packed struct type
2434
2435 :Examples:
2436
2437 +------------------------------+---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------+
2438 | ``{ i32, i32, i32 }``        | A triple of three ``i32`` values                                                                                                                                                      |
2439 +------------------------------+---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------+
2440 | ``{ float, i32 (i32) * }``   | A pair, where the first element is a ``float`` and the second element is a :ref:`pointer <t_pointer>` to a :ref:`function <t_function>` that takes an ``i32``, returning an ``i32``.  |
2441 +------------------------------+---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------+
2442 | ``<{ i8, i32 }>``            | A packed struct known to be 5 bytes in size.                                                                                                                                          |
2443 +------------------------------+---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------+
2444
2445 .. _t_opaque:
2446
2447 Opaque Structure Types
2448 """"""""""""""""""""""
2449
2450 :Overview:
2451
2452 Opaque structure types are used to represent named structure types that
2453 do not have a body specified. This corresponds (for example) to the C
2454 notion of a forward declared structure.
2455
2456 :Syntax:
2457
2458 ::
2459
2460       %X = type opaque
2461       %52 = type opaque
2462
2463 :Examples:
2464
2465 +--------------+-------------------+
2466 | ``opaque``   | An opaque type.   |
2467 +--------------+-------------------+
2468
2469 .. _constants:
2470
2471 Constants
2472 =========
2473
2474 LLVM has several different basic types of constants. This section
2475 describes them all and their syntax.
2476
2477 Simple Constants
2478 ----------------
2479
2480 **Boolean constants**
2481     The two strings '``true``' and '``false``' are both valid constants
2482     of the ``i1`` type.
2483 **Integer constants**
2484     Standard integers (such as '4') are constants of the
2485     :ref:`integer <t_integer>` type. Negative numbers may be used with
2486     integer types.
2487 **Floating point constants**
2488     Floating point constants use standard decimal notation (e.g.
2489     123.421), exponential notation (e.g. 1.23421e+2), or a more precise
2490     hexadecimal notation (see below). The assembler requires the exact
2491     decimal value of a floating-point constant. For example, the
2492     assembler accepts 1.25 but rejects 1.3 because 1.3 is a repeating
2493     decimal in binary. Floating point constants must have a :ref:`floating
2494     point <t_floating>` type.
2495 **Null pointer constants**
2496     The identifier '``null``' is recognized as a null pointer constant
2497     and must be of :ref:`pointer type <t_pointer>`.
2498 **Token constants**
2499     The identifier '``none``' is recognized as an empty token constant
2500     and must be of :ref:`token type <t_token>`.
2501
2502 The one non-intuitive notation for constants is the hexadecimal form of
2503 floating point constants. For example, the form
2504 '``double    0x432ff973cafa8000``' is equivalent to (but harder to read
2505 than) '``double 4.5e+15``'. The only time hexadecimal floating point
2506 constants are required (and the only time that they are generated by the
2507 disassembler) is when a floating point constant must be emitted but it
2508 cannot be represented as a decimal floating point number in a reasonable
2509 number of digits. For example, NaN's, infinities, and other special
2510 values are represented in their IEEE hexadecimal format so that assembly
2511 and disassembly do not cause any bits to change in the constants.
2512
2513 When using the hexadecimal form, constants of types half, float, and
2514 double are represented using the 16-digit form shown above (which
2515 matches the IEEE754 representation for double); half and float values
2516 must, however, be exactly representable as IEEE 754 half and single
2517 precision, respectively. Hexadecimal format is always used for long
2518 double, and there are three forms of long double. The 80-bit format used
2519 by x86 is represented as ``0xK`` followed by 20 hexadecimal digits. The
2520 128-bit format used by PowerPC (two adjacent doubles) is represented by
2521 ``0xM`` followed by 32 hexadecimal digits. The IEEE 128-bit format is
2522 represented by ``0xL`` followed by 32 hexadecimal digits. Long doubles
2523 will only work if they match the long double format on your target.
2524 The IEEE 16-bit format (half precision) is represented by ``0xH``
2525 followed by 4 hexadecimal digits. All hexadecimal formats are big-endian
2526 (sign bit at the left).
2527
2528 There are no constants of type x86_mmx.
2529
2530 .. _complexconstants:
2531
2532 Complex Constants
2533 -----------------
2534
2535 Complex constants are a (potentially recursive) combination of simple
2536 constants and smaller complex constants.
2537
2538 **Structure constants**
2539     Structure constants are represented with notation similar to
2540     structure type definitions (a comma separated list of elements,
2541     surrounded by braces (``{}``)). For example:
2542     "``{ i32 4, float 17.0, i32* @G }``", where "``@G``" is declared as
2543     "``@G = external global i32``". Structure constants must have
2544     :ref:`structure type <t_struct>`, and the number and types of elements
2545     must match those specified by the type.
2546 **Array constants**
2547     Array constants are represented with notation similar to array type
2548     definitions (a comma separated list of elements, surrounded by
2549     square brackets (``[]``)). For example:
2550     "``[ i32 42, i32 11, i32 74 ]``". Array constants must have
2551     :ref:`array type <t_array>`, and the number and types of elements must
2552     match those specified by the type. As a special case, character array
2553     constants may also be represented as a double-quoted string using the ``c``
2554     prefix. For example: "``c"Hello World\0A\00"``".
2555 **Vector constants**
2556     Vector constants are represented with notation similar to vector
2557     type definitions (a comma separated list of elements, surrounded by
2558     less-than/greater-than's (``<>``)). For example:
2559     "``< i32 42, i32 11, i32 74, i32 100 >``". Vector constants
2560     must have :ref:`vector type <t_vector>`, and the number and types of
2561     elements must match those specified by the type.
2562 **Zero initialization**
2563     The string '``zeroinitializer``' can be used to zero initialize a
2564     value to zero of *any* type, including scalar and
2565     :ref:`aggregate <t_aggregate>` types. This is often used to avoid
2566     having to print large zero initializers (e.g. for large arrays) and
2567     is always exactly equivalent to using explicit zero initializers.
2568 **Metadata node**
2569     A metadata node is a constant tuple without types. For example:
2570     "``!{!0, !{!2, !0}, !"test"}``". Metadata can reference constant values,
2571     for example: "``!{!0, i32 0, i8* @global, i64 (i64)* @function, !"str"}``".
2572     Unlike other typed constants that are meant to be interpreted as part of
2573     the instruction stream, metadata is a place to attach additional
2574     information such as debug info.
2575
2576 Global Variable and Function Addresses
2577 --------------------------------------
2578
2579 The addresses of :ref:`global variables <globalvars>` and
2580 :ref:`functions <functionstructure>` are always implicitly valid
2581 (link-time) constants. These constants are explicitly referenced when
2582 the :ref:`identifier for the global <identifiers>` is used and always have
2583 :ref:`pointer <t_pointer>` type. For example, the following is a legal LLVM
2584 file:
2585
2586 .. code-block:: llvm
2587
2588     @X = global i32 17
2589     @Y = global i32 42
2590     @Z = global [2 x i32*] [ i32* @X, i32* @Y ]
2591
2592 .. _undefvalues:
2593
2594 Undefined Values
2595 ----------------
2596
2597 The string '``undef``' can be used anywhere a constant is expected, and
2598 indicates that the user of the value may receive an unspecified
2599 bit-pattern. Undefined values may be of any type (other than '``label``'
2600 or '``void``') and be used anywhere a constant is permitted.
2601
2602 Undefined values are useful because they indicate to the compiler that
2603 the program is well defined no matter what value is used. This gives the
2604 compiler more freedom to optimize. Here are some examples of
2605 (potentially surprising) transformations that are valid (in pseudo IR):
2606
2607 .. code-block:: llvm
2608
2609       %A = add %X, undef
2610       %B = sub %X, undef
2611       %C = xor %X, undef
2612     Safe:
2613       %A = undef
2614       %B = undef
2615       %C = undef
2616
2617 This is safe because all of the output bits are affected by the undef
2618 bits. Any output bit can have a zero or one depending on the input bits.
2619
2620 .. code-block:: llvm
2621
2622       %A = or %X, undef
2623       %B = and %X, undef
2624     Safe:
2625       %A = -1
2626       %B = 0
2627     Unsafe:
2628       %A = undef
2629       %B = undef
2630
2631 These logical operations have bits that are not always affected by the
2632 input. For example, if ``%X`` has a zero bit, then the output of the
2633 '``and``' operation will always be a zero for that bit, no matter what
2634 the corresponding bit from the '``undef``' is. As such, it is unsafe to
2635 optimize or assume that the result of the '``and``' is '``undef``'.
2636 However, it is safe to assume that all bits of the '``undef``' could be
2637 0, and optimize the '``and``' to 0. Likewise, it is safe to assume that
2638 all the bits of the '``undef``' operand to the '``or``' could be set,
2639 allowing the '``or``' to be folded to -1.
2640
2641 .. code-block:: llvm
2642
2643       %A = select undef, %X, %Y
2644       %B = select undef, 42, %Y
2645       %C = select %X, %Y, undef
2646     Safe:
2647       %A = %X     (or %Y)
2648       %B = 42     (or %Y)
2649       %C = %Y
2650     Unsafe:
2651       %A = undef
2652       %B = undef
2653       %C = undef
2654
2655 This set of examples shows that undefined '``select``' (and conditional
2656 branch) conditions can go *either way*, but they have to come from one
2657 of the two operands. In the ``%A`` example, if ``%X`` and ``%Y`` were
2658 both known to have a clear low bit, then ``%A`` would have to have a
2659 cleared low bit. However, in the ``%C`` example, the optimizer is
2660 allowed to assume that the '``undef``' operand could be the same as
2661 ``%Y``, allowing the whole '``select``' to be eliminated.
2662
2663 .. code-block:: llvm
2664
2665       %A = xor undef, undef
2666
2667       %B = undef
2668       %C = xor %B, %B
2669
2670       %D = undef
2671       %E = icmp slt %D, 4
2672       %F = icmp gte %D, 4
2673
2674     Safe:
2675       %A = undef
2676       %B = undef
2677       %C = undef
2678       %D = undef
2679       %E = undef
2680       %F = undef
2681
2682 This example points out that two '``undef``' operands are not
2683 necessarily the same. This can be surprising to people (and also matches
2684 C semantics) where they assume that "``X^X``" is always zero, even if
2685 ``X`` is undefined. This isn't true for a number of reasons, but the
2686 short answer is that an '``undef``' "variable" can arbitrarily change
2687 its value over its "live range". This is true because the variable
2688 doesn't actually *have a live range*. Instead, the value is logically
2689 read from arbitrary registers that happen to be around when needed, so
2690 the value is not necessarily consistent over time. In fact, ``%A`` and
2691 ``%C`` need to have the same semantics or the core LLVM "replace all
2692 uses with" concept would not hold.
2693
2694 .. code-block:: llvm
2695
2696       %A = fdiv undef, %X
2697       %B = fdiv %X, undef
2698     Safe:
2699       %A = undef
2700     b: unreachable
2701
2702 These examples show the crucial difference between an *undefined value*
2703 and *undefined behavior*. An undefined value (like '``undef``') is
2704 allowed to have an arbitrary bit-pattern. This means that the ``%A``
2705 operation can be constant folded to '``undef``', because the '``undef``'
2706 could be an SNaN, and ``fdiv`` is not (currently) defined on SNaN's.
2707 However, in the second example, we can make a more aggressive
2708 assumption: because the ``undef`` is allowed to be an arbitrary value,
2709 we are allowed to assume that it could be zero. Since a divide by zero
2710 has *undefined behavior*, we are allowed to assume that the operation
2711 does not execute at all. This allows us to delete the divide and all
2712 code after it. Because the undefined operation "can't happen", the
2713 optimizer can assume that it occurs in dead code.
2714
2715 .. code-block:: llvm
2716
2717     a:  store undef -> %X
2718     b:  store %X -> undef
2719     Safe:
2720     a: <deleted>
2721     b: unreachable
2722
2723 These examples reiterate the ``fdiv`` example: a store *of* an undefined
2724 value can be assumed to not have any effect; we can assume that the
2725 value is overwritten with bits that happen to match what was already
2726 there. However, a store *to* an undefined location could clobber
2727 arbitrary memory, therefore, it has undefined behavior.
2728
2729 .. _poisonvalues:
2730
2731 Poison Values
2732 -------------
2733
2734 Poison values are similar to :ref:`undef values <undefvalues>`, however
2735 they also represent the fact that an instruction or constant expression
2736 that cannot evoke side effects has nevertheless detected a condition
2737 that results in undefined behavior.
2738
2739 There is currently no way of representing a poison value in the IR; they
2740 only exist when produced by operations such as :ref:`add <i_add>` with
2741 the ``nsw`` flag.
2742
2743 Poison value behavior is defined in terms of value *dependence*:
2744
2745 -  Values other than :ref:`phi <i_phi>` nodes depend on their operands.
2746 -  :ref:`Phi <i_phi>` nodes depend on the operand corresponding to
2747    their dynamic predecessor basic block.
2748 -  Function arguments depend on the corresponding actual argument values
2749    in the dynamic callers of their functions.
2750 -  :ref:`Call <i_call>` instructions depend on the :ref:`ret <i_ret>`
2751    instructions that dynamically transfer control back to them.
2752 -  :ref:`Invoke <i_invoke>` instructions depend on the
2753    :ref:`ret <i_ret>`, :ref:`resume <i_resume>`, or exception-throwing
2754    call instructions that dynamically transfer control back to them.
2755 -  Non-volatile loads and stores depend on the most recent stores to all
2756    of the referenced memory addresses, following the order in the IR
2757    (including loads and stores implied by intrinsics such as
2758    :ref:`@llvm.memcpy <int_memcpy>`.)
2759 -  An instruction with externally visible side effects depends on the
2760    most recent preceding instruction with externally visible side
2761    effects, following the order in the IR. (This includes :ref:`volatile
2762    operations <volatile>`.)
2763 -  An instruction *control-depends* on a :ref:`terminator
2764    instruction <terminators>` if the terminator instruction has
2765    multiple successors and the instruction is always executed when
2766    control transfers to one of the successors, and may not be executed
2767    when control is transferred to another.
2768 -  Additionally, an instruction also *control-depends* on a terminator
2769    instruction if the set of instructions it otherwise depends on would
2770    be different if the terminator had transferred control to a different
2771    successor.
2772 -  Dependence is transitive.
2773
2774 Poison values have the same behavior as :ref:`undef values <undefvalues>`,
2775 with the additional effect that any instruction that has a *dependence*
2776 on a poison value has undefined behavior.
2777
2778 Here are some examples:
2779
2780 .. code-block:: llvm
2781
2782     entry:
2783       %poison = sub nuw i32 0, 1           ; Results in a poison value.
2784       %still_poison = and i32 %poison, 0   ; 0, but also poison.
2785       %poison_yet_again = getelementptr i32, i32* @h, i32 %still_poison
2786       store i32 0, i32* %poison_yet_again  ; memory at @h[0] is poisoned
2787
2788       store i32 %poison, i32* @g           ; Poison value stored to memory.
2789       %poison2 = load i32, i32* @g         ; Poison value loaded back from memory.
2790
2791       store volatile i32 %poison, i32* @g  ; External observation; undefined behavior.
2792
2793       %narrowaddr = bitcast i32* @g to i16*
2794       %wideaddr = bitcast i32* @g to i64*
2795       %poison3 = load i16, i16* %narrowaddr ; Returns a poison value.
2796       %poison4 = load i64, i64* %wideaddr  ; Returns a poison value.
2797
2798       %cmp = icmp slt i32 %poison, 0       ; Returns a poison value.
2799       br i1 %cmp, label %true, label %end  ; Branch to either destination.
2800
2801     true:
2802       store volatile i32 0, i32* @g        ; This is control-dependent on %cmp, so
2803                                            ; it has undefined behavior.
2804       br label %end
2805
2806     end:
2807       %p = phi i32 [ 0, %entry ], [ 1, %true ]
2808                                            ; Both edges into this PHI are
2809                                            ; control-dependent on %cmp, so this
2810                                            ; always results in a poison value.
2811
2812       store volatile i32 0, i32* @g        ; This would depend on the store in %true
2813                                            ; if %cmp is true, or the store in %entry
2814                                            ; otherwise, so this is undefined behavior.
2815
2816       br i1 %cmp, label %second_true, label %second_end
2817                                            ; The same branch again, but this time the
2818                                            ; true block doesn't have side effects.
2819
2820     second_true:
2821       ; No side effects!
2822       ret void
2823
2824     second_end:
2825       store volatile i32 0, i32* @g        ; This time, the instruction always depends
2826                                            ; on the store in %end. Also, it is
2827                                            ; control-equivalent to %end, so this is
2828                                            ; well-defined (ignoring earlier undefined
2829                                            ; behavior in this example).
2830
2831 .. _blockaddress:
2832
2833 Addresses of Basic Blocks
2834 -------------------------
2835
2836 ``blockaddress(@function, %block)``
2837
2838 The '``blockaddress``' constant computes the address of the specified
2839 basic block in the specified function, and always has an ``i8*`` type.
2840 Taking the address of the entry block is illegal.
2841
2842 This value only has defined behavior when used as an operand to the
2843 ':ref:`indirectbr <i_indirectbr>`' instruction, or for comparisons
2844 against null. Pointer equality tests between labels addresses results in
2845 undefined behavior --- though, again, comparison against null is ok, and
2846 no label is equal to the null pointer. This may be passed around as an
2847 opaque pointer sized value as long as the bits are not inspected. This
2848 allows ``ptrtoint`` and arithmetic to be performed on these values so
2849 long as the original value is reconstituted before the ``indirectbr``
2850 instruction.
2851
2852 Finally, some targets may provide defined semantics when using the value
2853 as the operand to an inline assembly, but that is target specific.
2854
2855 .. _constantexprs:
2856
2857 Constant Expressions
2858 --------------------
2859
2860 Constant expressions are used to allow expressions involving other
2861 constants to be used as constants. Constant expressions may be of any
2862 :ref:`first class <t_firstclass>` type and may involve any LLVM operation
2863 that does not have side effects (e.g. load and call are not supported).
2864 The following is the syntax for constant expressions:
2865
2866 ``trunc (CST to TYPE)``
2867     Truncate a constant to another type. The bit size of CST must be
2868     larger than the bit size of TYPE. Both types must be integers.
2869 ``zext (CST to TYPE)``
2870     Zero extend a constant to another type. The bit size of CST must be
2871     smaller than the bit size of TYPE. Both types must be integers.
2872 ``sext (CST to TYPE)``
2873     Sign extend a constant to another type. The bit size of CST must be
2874     smaller than the bit size of TYPE. Both types must be integers.
2875 ``fptrunc (CST to TYPE)``
2876     Truncate a floating point constant to another floating point type.
2877     The size of CST must be larger than the size of TYPE. Both types
2878     must be floating point.
2879 ``fpext (CST to TYPE)``
2880     Floating point extend a constant to another type. The size of CST
2881     must be smaller or equal to the size of TYPE. Both types must be
2882     floating point.
2883 ``fptoui (CST to TYPE)``
2884     Convert a floating point constant to the corresponding unsigned
2885     integer constant. TYPE must be a scalar or vector integer type. CST
2886     must be of scalar or vector floating point type. Both CST and TYPE
2887     must be scalars, or vectors of the same number of elements. If the
2888     value won't fit in the integer type, the results are undefined.
2889 ``fptosi (CST to TYPE)``
2890     Convert a floating point constant to the corresponding signed
2891     integer constant. TYPE must be a scalar or vector integer type. CST
2892     must be of scalar or vector floating point type. Both CST and TYPE
2893     must be scalars, or vectors of the same number of elements. If the
2894     value won't fit in the integer type, the results are undefined.
2895 ``uitofp (CST to TYPE)``
2896     Convert an unsigned integer constant to the corresponding floating
2897     point constant. TYPE must be a scalar or vector floating point type.
2898     CST must be of scalar or vector integer type. Both CST and TYPE must
2899     be scalars, or vectors of the same number of elements. If the value
2900     won't fit in the floating point type, the results are undefined.
2901 ``sitofp (CST to TYPE)``
2902     Convert a signed integer constant to the corresponding floating
2903     point constant. TYPE must be a scalar or vector floating point type.
2904     CST must be of scalar or vector integer type. Both CST and TYPE must
2905     be scalars, or vectors of the same number of elements. If the value
2906     won't fit in the floating point type, the results are undefined.
2907 ``ptrtoint (CST to TYPE)``
2908     Convert a pointer typed constant to the corresponding integer
2909     constant. ``TYPE`` must be an integer type. ``CST`` must be of
2910     pointer type. The ``CST`` value is zero extended, truncated, or
2911     unchanged to make it fit in ``TYPE``.
2912 ``inttoptr (CST to TYPE)``
2913     Convert an integer constant to a pointer constant. TYPE must be a
2914     pointer type. CST must be of integer type. The CST value is zero
2915     extended, truncated, or unchanged to make it fit in a pointer size.
2916     This one is *really* dangerous!
2917 ``bitcast (CST to TYPE)``
2918     Convert a constant, CST, to another TYPE. The constraints of the
2919     operands are the same as those for the :ref:`bitcast
2920     instruction <i_bitcast>`.
2921 ``addrspacecast (CST to TYPE)``
2922     Convert a constant pointer or constant vector of pointer, CST, to another
2923     TYPE in a different address space. The constraints of the operands are the
2924     same as those for the :ref:`addrspacecast instruction <i_addrspacecast>`.
2925 ``getelementptr (TY, CSTPTR, IDX0, IDX1, ...)``, ``getelementptr inbounds (TY, CSTPTR, IDX0, IDX1, ...)``
2926     Perform the :ref:`getelementptr operation <i_getelementptr>` on
2927     constants. As with the :ref:`getelementptr <i_getelementptr>`
2928     instruction, the index list may have zero or more indexes, which are
2929     required to make sense for the type of "pointer to TY".
2930 ``select (COND, VAL1, VAL2)``
2931     Perform the :ref:`select operation <i_select>` on constants.
2932 ``icmp COND (VAL1, VAL2)``
2933     Performs the :ref:`icmp operation <i_icmp>` on constants.
2934 ``fcmp COND (VAL1, VAL2)``
2935     Performs the :ref:`fcmp operation <i_fcmp>` on constants.
2936 ``extractelement (VAL, IDX)``
2937     Perform the :ref:`extractelement operation <i_extractelement>` on
2938     constants.
2939 ``insertelement (VAL, ELT, IDX)``
2940     Perform the :ref:`insertelement operation <i_insertelement>` on
2941     constants.
2942 ``shufflevector (VEC1, VEC2, IDXMASK)``
2943     Perform the :ref:`shufflevector operation <i_shufflevector>` on
2944     constants.
2945 ``extractvalue (VAL, IDX0, IDX1, ...)``
2946     Perform the :ref:`extractvalue operation <i_extractvalue>` on
2947     constants. The index list is interpreted in a similar manner as
2948     indices in a ':ref:`getelementptr <i_getelementptr>`' operation. At
2949     least one index value must be specified.
2950 ``insertvalue (VAL, ELT, IDX0, IDX1, ...)``
2951     Perform the :ref:`insertvalue operation <i_insertvalue>` on constants.
2952     The index list is interpreted in a similar manner as indices in a
2953     ':ref:`getelementptr <i_getelementptr>`' operation. At least one index
2954     value must be specified.
2955 ``OPCODE (LHS, RHS)``
2956     Perform the specified operation of the LHS and RHS constants. OPCODE
2957     may be any of the :ref:`binary <binaryops>` or :ref:`bitwise
2958     binary <bitwiseops>` operations. The constraints on operands are
2959     the same as those for the corresponding instruction (e.g. no bitwise
2960     operations on floating point values are allowed).
2961
2962 Other Values
2963 ============
2964
2965 .. _inlineasmexprs:
2966
2967 Inline Assembler Expressions
2968 ----------------------------
2969
2970 LLVM supports inline assembler expressions (as opposed to :ref:`Module-Level
2971 Inline Assembly <moduleasm>`) through the use of a special value. This value
2972 represents the inline assembler as a template string (containing the
2973 instructions to emit), a list of operand constraints (stored as a string), a
2974 flag that indicates whether or not the inline asm expression has side effects,
2975 and a flag indicating whether the function containing the asm needs to align its
2976 stack conservatively.
2977
2978 The template string supports argument substitution of the operands using "``$``"
2979 followed by a number, to indicate substitution of the given register/memory
2980 location, as specified by the constraint string. "``${NUM:MODIFIER}``" may also
2981 be used, where ``MODIFIER`` is a target-specific annotation for how to print the
2982 operand (See :ref:`inline-asm-modifiers`).
2983
2984 A literal "``$``" may be included by using "``$$``" in the template. To include
2985 other special characters into the output, the usual "``\XX``" escapes may be
2986 used, just as in other strings. Note that after template substitution, the
2987 resulting assembly string is parsed by LLVM's integrated assembler unless it is
2988 disabled -- even when emitting a ``.s`` file -- and thus must contain assembly
2989 syntax known to LLVM.
2990
2991 LLVM's support for inline asm is modeled closely on the requirements of Clang's
2992 GCC-compatible inline-asm support. Thus, the feature-set and the constraint and
2993 modifier codes listed here are similar or identical to those in GCC's inline asm
2994 support. However, to be clear, the syntax of the template and constraint strings
2995 described here is *not* the same as the syntax accepted by GCC and Clang, and,
2996 while most constraint letters are passed through as-is by Clang, some get
2997 translated to other codes when converting from the C source to the LLVM
2998 assembly.
2999
3000 An example inline assembler expression is:
3001
3002 .. code-block:: llvm
3003
3004     i32 (i32) asm "bswap $0", "=r,r"
3005
3006 Inline assembler expressions may **only** be used as the callee operand
3007 of a :ref:`call <i_call>` or an :ref:`invoke <i_invoke>` instruction.
3008 Thus, typically we have:
3009
3010 .. code-block:: llvm
3011
3012     %X = call i32 asm "bswap $0", "=r,r"(i32 %Y)
3013
3014 Inline asms with side effects not visible in the constraint list must be
3015 marked as having side effects. This is done through the use of the
3016 '``sideeffect``' keyword, like so:
3017
3018 .. code-block:: llvm
3019
3020     call void asm sideeffect "eieio", ""()
3021
3022 In some cases inline asms will contain code that will not work unless
3023 the stack is aligned in some way, such as calls or SSE instructions on
3024 x86, yet will not contain code that does that alignment within the asm.
3025 The compiler should make conservative assumptions about what the asm
3026 might contain and should generate its usual stack alignment code in the
3027 prologue if the '``alignstack``' keyword is present:
3028
3029 .. code-block:: llvm
3030
3031     call void asm alignstack "eieio", ""()
3032
3033 Inline asms also support using non-standard assembly dialects. The
3034 assumed dialect is ATT. When the '``inteldialect``' keyword is present,
3035 the inline asm is using the Intel dialect. Currently, ATT and Intel are
3036 the only supported dialects. An example is:
3037
3038 .. code-block:: llvm
3039
3040     call void asm inteldialect "eieio", ""()
3041
3042 If multiple keywords appear the '``sideeffect``' keyword must come
3043 first, the '``alignstack``' keyword second and the '``inteldialect``'
3044 keyword last.
3045
3046 Inline Asm Constraint String
3047 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3048
3049 The constraint list is a comma-separated string, each element containing one or
3050 more constraint codes.
3051
3052 For each element in the constraint list an appropriate register or memory
3053 operand will be chosen, and it will be made available to assembly template
3054 string expansion as ``$0`` for the first constraint in the list, ``$1`` for the
3055 second, etc.
3056
3057 There are three different types of constraints, which are distinguished by a
3058 prefix symbol in front of the constraint code: Output, Input, and Clobber. The
3059 constraints must always be given in that order: outputs first, then inputs, then
3060 clobbers. They cannot be intermingled.
3061
3062 There are also three different categories of constraint codes:
3063
3064 - Register constraint. This is either a register class, or a fixed physical
3065   register. This kind of constraint will allocate a register, and if necessary,
3066   bitcast the argument or result to the appropriate type.
3067 - Memory constraint. This kind of constraint is for use with an instruction
3068   taking a memory operand. Different constraints allow for different addressing
3069   modes used by the target.
3070 - Immediate value constraint. This kind of constraint is for an integer or other
3071   immediate value which can be rendered directly into an instruction. The
3072   various target-specific constraints allow the selection of a value in the
3073   proper range for the instruction you wish to use it with.
3074
3075 Output constraints
3076 """"""""""""""""""
3077
3078 Output constraints are specified by an "``=``" prefix (e.g. "``=r``"). This
3079 indicates that the assembly will write to this operand, and the operand will
3080 then be made available as a return value of the ``asm`` expression. Output
3081 constraints do not consume an argument from the call instruction. (Except, see
3082 below about indirect outputs).
3083
3084 Normally, it is expected that no output locations are written to by the assembly
3085 expression until *all* of the inputs have been read. As such, LLVM may assign
3086 the same register to an output and an input. If this is not safe (e.g. if the
3087 assembly contains two instructions, where the first writes to one output, and
3088 the second reads an input and writes to a second output), then the "``&``"
3089 modifier must be used (e.g. "``=&r``") to specify that the output is an
3090 "early-clobber" output. Marking an ouput as "early-clobber" ensures that LLVM
3091 will not use the same register for any inputs (other than an input tied to this
3092 output).
3093
3094 Input constraints
3095 """""""""""""""""
3096
3097 Input constraints do not have a prefix -- just the constraint codes. Each input
3098 constraint will consume one argument from the call instruction. It is not
3099 permitted for the asm to write to any input register or memory location (unless
3100 that input is tied to an output). Note also that multiple inputs may all be
3101 assigned to the same register, if LLVM can determine that they necessarily all
3102 contain the same value.
3103
3104 Instead of providing a Constraint Code, input constraints may also "tie"
3105 themselves to an output constraint, by providing an integer as the constraint
3106 string. Tied inputs still consume an argument from the call instruction, and
3107 take up a position in the asm template numbering as is usual -- they will simply
3108 be constrained to always use the same register as the output they've been tied
3109 to. For example, a constraint string of "``=r,0``" says to assign a register for
3110 output, and use that register as an input as well (it being the 0'th
3111 constraint).
3112
3113 It is permitted to tie an input to an "early-clobber" output. In that case, no
3114 *other* input may share the same register as the input tied to the early-clobber
3115 (even when the other input has the same value).
3116
3117 You may only tie an input to an output which has a register constraint, not a
3118 memory constraint. Only a single input may be tied to an output.
3119
3120 There is also an "interesting" feature which deserves a bit of explanation: if a
3121 register class constraint allocates a register which is too small for the value
3122 type operand provided as input, the input value will be split into multiple
3123 registers, and all of them passed to the inline asm.
3124
3125 However, this feature is often not as useful as you might think.
3126
3127 Firstly, the registers are *not* guaranteed to be consecutive. So, on those
3128 architectures that have instructions which operate on multiple consecutive
3129 instructions, this is not an appropriate way to support them. (e.g. the 32-bit
3130 SparcV8 has a 64-bit load, which instruction takes a single 32-bit register. The
3131 hardware then loads into both the named register, and the next register. This
3132 feature of inline asm would not be useful to support that.)
3133
3134 A few of the targets provide a template string modifier allowing explicit access
3135 to the second register of a two-register operand (e.g. MIPS ``L``, ``M``, and
3136 ``D``). On such an architecture, you can actually access the second allocated
3137 register (yet, still, not any subsequent ones). But, in that case, you're still
3138 probably better off simply splitting the value into two separate operands, for
3139 clarity. (e.g. see the description of the ``A`` constraint on X86, which,
3140 despite existing only for use with this feature, is not really a good idea to
3141 use)
3142
3143 Indirect inputs and outputs
3144 """""""""""""""""""""""""""
3145
3146 Indirect output or input constraints can be specified by the "``*``" modifier
3147 (which goes after the "``=``" in case of an output). This indicates that the asm
3148 will write to or read from the contents of an *address* provided as an input
3149 argument. (Note that in this way, indirect outputs act more like an *input* than
3150 an output: just like an input, they consume an argument of the call expression,
3151 rather than producing a return value. An indirect output constraint is an
3152 "output" only in that the asm is expected to write to the contents of the input
3153 memory location, instead of just read from it).
3154
3155 This is most typically used for memory constraint, e.g. "``=*m``", to pass the
3156 address of a variable as a value.
3157
3158 It is also possible to use an indirect *register* constraint, but only on output
3159 (e.g. "``=*r``"). This will cause LLVM to allocate a register for an output
3160 value normally, and then, separately emit a store to the address provided as
3161 input, after the provided inline asm. (It's not clear what value this
3162 functionality provides, compared to writing the store explicitly after the asm
3163 statement, and it can only produce worse code, since it bypasses many
3164 optimization passes. I would recommend not using it.)
3165
3166
3167 Clobber constraints
3168 """""""""""""""""""
3169
3170 A clobber constraint is indicated by a "``~``" prefix. A clobber does not
3171 consume an input operand, nor generate an output. Clobbers cannot use any of the
3172 general constraint code letters -- they may use only explicit register
3173 constraints, e.g. "``~{eax}``". The one exception is that a clobber string of
3174 "``~{memory}``" indicates that the assembly writes to arbitrary undeclared
3175 memory locations -- not only the memory pointed to by a declared indirect
3176 output.
3177
3178
3179 Constraint Codes
3180 """"""""""""""""
3181 After a potential prefix comes constraint code, or codes.
3182
3183 A Constraint Code is either a single letter (e.g. "``r``"), a "``^``" character
3184 followed by two letters (e.g. "``^wc``"), or "``{``" register-name "``}``"
3185 (e.g. "``{eax}``").
3186
3187 The one and two letter constraint codes are typically chosen to be the same as
3188 GCC's constraint codes.
3189
3190 A single constraint may include one or more than constraint code in it, leaving
3191 it up to LLVM to choose which one to use. This is included mainly for
3192 compatibility with the translation of GCC inline asm coming from clang.
3193
3194 There are two ways to specify alternatives, and either or both may be used in an
3195 inline asm constraint list:
3196
3197 1) Append the codes to each other, making a constraint code set. E.g. "``im``"
3198    or "``{eax}m``". This means "choose any of the options in the set". The
3199    choice of constraint is made independently for each constraint in the
3200    constraint list.
3201
3202 2) Use "``|``" between constraint code sets, creating alternatives. Every
3203    constraint in the constraint list must have the same number of alternative
3204    sets. With this syntax, the same alternative in *all* of the items in the
3205    constraint list will be chosen together.
3206
3207 Putting those together, you might have a two operand constraint string like
3208 ``"rm|r,ri|rm"``. This indicates that if operand 0 is ``r`` or ``m``, then
3209 operand 1 may be one of ``r`` or ``i``. If operand 0 is ``r``, then operand 1
3210 may be one of ``r`` or ``m``. But, operand 0 and 1 cannot both be of type m.
3211
3212 However, the use of either of the alternatives features is *NOT* recommended, as
3213 LLVM is not able to make an intelligent choice about which one to use. (At the
3214 point it currently needs to choose, not enough information is available to do so
3215 in a smart way.) Thus, it simply tries to make a choice that's most likely to
3216 compile, not one that will be optimal performance. (e.g., given "``rm``", it'll
3217 always choose to use memory, not registers). And, if given multiple registers,
3218 or multiple register classes, it will simply choose the first one. (In fact, it
3219 doesn't currently even ensure explicitly specified physical registers are
3220 unique, so specifying multiple physical registers as alternatives, like
3221 ``{r11}{r12},{r11}{r12}``, will assign r11 to both operands, not at all what was
3222 intended.)
3223
3224 Supported Constraint Code List
3225 """"""""""""""""""""""""""""""
3226
3227 The constraint codes are, in general, expected to behave the same way they do in
3228 GCC. LLVM's support is often implemented on an 'as-needed' basis, to support C
3229 inline asm code which was supported by GCC. A mismatch in behavior between LLVM
3230 and GCC likely indicates a bug in LLVM.
3231
3232 Some constraint codes are typically supported by all targets:
3233
3234 - ``r``: A register in the target's general purpose register class.
3235 - ``m``: A memory address operand. It is target-specific what addressing modes
3236   are supported, typical examples are register, or register + register offset,
3237   or register + immediate offset (of some target-specific size).
3238 - ``i``: An integer constant (of target-specific width). Allows either a simple
3239   immediate, or a relocatable value.
3240 - ``n``: An integer constant -- *not* including relocatable values.
3241 - ``s``: An integer constant, but allowing *only* relocatable values.
3242 - ``X``: Allows an operand of any kind, no constraint whatsoever. Typically
3243   useful to pass a label for an asm branch or call.
3244
3245   .. FIXME: but that surely isn't actually okay to jump out of an asm
3246      block without telling llvm about the control transfer???)
3247
3248 - ``{register-name}``: Requires exactly the named physical register.
3249
3250 Other constraints are target-specific:
3251
3252 AArch64:
3253
3254 - ``z``: An immediate integer 0. Outputs ``WZR`` or ``XZR``, as appropriate.
3255 - ``I``: An immediate integer valid for an ``ADD`` or ``SUB`` instruction,
3256   i.e. 0 to 4095 with optional shift by 12.
3257 - ``J``: An immediate integer that, when negated, is valid for an ``ADD`` or
3258   ``SUB`` instruction, i.e. -1 to -4095 with optional left shift by 12.
3259 - ``K``: An immediate integer that is valid for the 'bitmask immediate 32' of a
3260   logical instruction like ``AND``, ``EOR``, or ``ORR`` with a 32-bit register.
3261 - ``L``: An immediate integer that is valid for the 'bitmask immediate 64' of a
3262   logical instruction like ``AND``, ``EOR``, or ``ORR`` with a 64-bit register.
3263 - ``M``: An immediate integer for use with the ``MOV`` assembly alias on a
3264   32-bit register. This is a superset of ``K``: in addition to the bitmask
3265   immediate, also allows immediate integers which can be loaded with a single
3266   ``MOVZ`` or ``MOVL`` instruction.
3267 - ``N``: An immediate integer for use with the ``MOV`` assembly alias on a
3268   64-bit register. This is a superset of ``L``.
3269 - ``Q``: Memory address operand must be in a single register (no
3270   offsets). (However, LLVM currently does this for the ``m`` constraint as
3271   well.)
3272 - ``r``: A 32 or 64-bit integer register (W* or X*).
3273 - ``w``: A 32, 64, or 128-bit floating-point/SIMD register.
3274 - ``x``: A lower 128-bit floating-point/SIMD register (``V0`` to ``V15``).
3275
3276 AMDGPU:
3277
3278 - ``r``: A 32 or 64-bit integer register.
3279 - ``[0-9]v``: The 32-bit VGPR register, number 0-9.
3280 - ``[0-9]s``: The 32-bit SGPR register, number 0-9.
3281
3282
3283 All ARM modes:
3284
3285 - ``Q``, ``Um``, ``Un``, ``Uq``, ``Us``, ``Ut``, ``Uv``, ``Uy``: Memory address
3286   operand. Treated the same as operand ``m``, at the moment.
3287
3288 ARM and ARM's Thumb2 mode:
3289
3290 - ``j``: An immediate integer between 0 and 65535 (valid for ``MOVW``)
3291 - ``I``: An immediate integer valid for a data-processing instruction.
3292 - ``J``: An immediate integer between -4095 and 4095.
3293 - ``K``: An immediate integer whose bitwise inverse is valid for a
3294   data-processing instruction. (Can be used with template modifier "``B``" to
3295   print the inverted value).
3296 - ``L``: An immediate integer whose negation is valid for a data-processing
3297   instruction. (Can be used with template modifier "``n``" to print the negated
3298   value).
3299 - ``M``: A power of two or a integer between 0 and 32.
3300 - ``N``: Invalid immediate constraint.
3301 - ``O``: Invalid immediate constraint.
3302 - ``r``: A general-purpose 32-bit integer register (``r0-r15``).
3303 - ``l``: In Thumb2 mode, low 32-bit GPR registers (``r0-r7``). In ARM mode, same
3304   as ``r``.
3305 - ``h``: In Thumb2 mode, a high 32-bit GPR register (``r8-r15``). In ARM mode,
3306   invalid.
3307 - ``w``: A 32, 64, or 128-bit floating-point/SIMD register: ``s0-s31``,
3308   ``d0-d31``, or ``q0-q15``.
3309 - ``x``: A 32, 64, or 128-bit floating-point/SIMD register: ``s0-s15``,
3310   ``d0-d7``, or ``q0-q3``.
3311 - ``t``: A floating-point/SIMD register, only supports 32-bit values:
3312   ``s0-s31``.
3313
3314 ARM's Thumb1 mode:
3315
3316 - ``I``: An immediate integer between 0 and 255.
3317 - ``J``: An immediate integer between -255 and -1.
3318 - ``K``: An immediate integer between 0 and 255, with optional left-shift by
3319   some amount.
3320 - ``L``: An immediate integer between -7 and 7.
3321 - ``M``: An immediate integer which is a multiple of 4 between 0 and 1020.
3322 - ``N``: An immediate integer between 0 and 31.
3323 - ``O``: An immediate integer which is a multiple of 4 between -508 and 508.
3324 - ``r``: A low 32-bit GPR register (``r0-r7``).
3325 - ``l``: A low 32-bit GPR register (``r0-r7``).
3326 - ``h``: A high GPR register (``r0-r7``).
3327 - ``w``: A 32, 64, or 128-bit floating-point/SIMD register: ``s0-s31``,
3328   ``d0-d31``, or ``q0-q15``.
3329 - ``x``: A 32, 64, or 128-bit floating-point/SIMD register: ``s0-s15``,
3330   ``d0-d7``, or ``q0-q3``.
3331 - ``t``: A floating-point/SIMD register, only supports 32-bit values:
3332   ``s0-s31``.
3333
3334
3335 Hexagon:
3336
3337 - ``o``, ``v``: A memory address operand, treated the same as constraint ``m``,
3338   at the moment.
3339 - ``r``: A 32 or 64-bit register.
3340
3341 MSP430:
3342
3343 - ``r``: An 8 or 16-bit register.
3344
3345 MIPS:
3346
3347 - ``I``: An immediate signed 16-bit integer.
3348 - ``J``: An immediate integer zero.
3349 - ``K``: An immediate unsigned 16-bit integer.
3350 - ``L``: An immediate 32-bit integer, where the lower 16 bits are 0.
3351 - ``N``: An immediate integer between -65535 and -1.
3352 - ``O``: An immediate signed 15-bit integer.
3353 - ``P``: An immediate integer between 1 and 65535.
3354 - ``m``: A memory address operand. In MIPS-SE mode, allows a base address
3355   register plus 16-bit immediate offset. In MIPS mode, just a base register.
3356 - ``R``: A memory address operand. In MIPS-SE mode, allows a base address
3357   register plus a 9-bit signed offset. In MIPS mode, the same as constraint
3358   ``m``.
3359 - ``ZC``: A memory address operand, suitable for use in a ``pref``, ``ll``, or
3360   ``sc`` instruction on the given subtarget (details vary).
3361 - ``r``, ``d``,  ``y``: A 32 or 64-bit GPR register.
3362 - ``f``: A 32 or 64-bit FPU register (``F0-F31``), or a 128-bit MSA register
3363   (``W0-W31``). In the case of MSA registers, it is recommended to use the ``w``
3364   argument modifier for compatibility with GCC.
3365 - ``c``: A 32-bit or 64-bit GPR register suitable for indirect jump (always
3366   ``25``).
3367 - ``l``: The ``lo`` register, 32 or 64-bit.
3368 - ``x``: Invalid.
3369
3370 NVPTX:
3371
3372 - ``b``: A 1-bit integer register.
3373 - ``c`` or ``h``: A 16-bit integer register.
3374 - ``r``: A 32-bit integer register.
3375 - ``l`` or ``N``: A 64-bit integer register.
3376 - ``f``: A 32-bit float register.
3377 - ``d``: A 64-bit float register.
3378
3379
3380 PowerPC:
3381
3382 - ``I``: An immediate signed 16-bit integer.
3383 - ``J``: An immediate unsigned 16-bit integer, shifted left 16 bits.
3384 - ``K``: An immediate unsigned 16-bit integer.
3385 - ``L``: An immediate signed 16-bit integer, shifted left 16 bits.
3386 - ``M``: An immediate integer greater than 31.
3387 - ``N``: An immediate integer that is an exact power of 2.
3388 - ``O``: The immediate integer constant 0.
3389 - ``P``: An immediate integer constant whose negation is a signed 16-bit
3390   constant.
3391 - ``es``, ``o``, ``Q``, ``Z``, ``Zy``: A memory address operand, currently
3392   treated the same as ``m``.
3393 - ``r``: A 32 or 64-bit integer register.
3394 - ``b``: A 32 or 64-bit integer register, excluding ``R0`` (that is:
3395   ``R1-R31``).
3396 - ``f``: A 32 or 64-bit float register (``F0-F31``), or when QPX is enabled, a
3397   128 or 256-bit QPX register (``Q0-Q31``; aliases the ``F`` registers).
3398 - ``v``: For ``4 x f32`` or ``4 x f64`` types, when QPX is enabled, a
3399   128 or 256-bit QPX register (``Q0-Q31``), otherwise a 128-bit
3400   altivec vector register (``V0-V31``).
3401
3402   .. FIXME: is this a bug that v accepts QPX registers? I think this
3403      is supposed to only use the altivec vector registers?
3404
3405 - ``y``: Condition register (``CR0-CR7``).
3406 - ``wc``: An individual CR bit in a CR register.
3407 - ``wa``, ``wd``, ``wf``: Any 128-bit VSX vector register, from the full VSX
3408   register set (overlapping both the floating-point and vector register files).
3409 - ``ws``: A 32 or 64-bit floating point register, from the full VSX register
3410   set.
3411
3412 Sparc:
3413
3414 - ``I``: An immediate 13-bit signed integer.
3415 - ``r``: A 32-bit integer register.
3416
3417 SystemZ:
3418
3419 - ``I``: An immediate unsigned 8-bit integer.
3420 - ``J``: An immediate unsigned 12-bit integer.
3421 - ``K``: An immediate signed 16-bit integer.
3422 - ``L``: An immediate signed 20-bit integer.
3423 - ``M``: An immediate integer 0x7fffffff.
3424 - ``Q``, ``R``, ``S``, ``T``: A memory address operand, treated the same as
3425   ``m``, at the moment.
3426 - ``r`` or ``d``: A 32, 64, or 128-bit integer register.
3427 - ``a``: A 32, 64, or 128-bit integer address register (excludes R0, which in an
3428   address context evaluates as zero).
3429 - ``h``: A 32-bit value in the high part of a 64bit data register
3430   (LLVM-specific)
3431 - ``f``: A 32, 64, or 128-bit floating point register.
3432
3433 X86:
3434
3435 - ``I``: An immediate integer between 0 and 31.
3436 - ``J``: An immediate integer between 0 and 64.
3437 - ``K``: An immediate signed 8-bit integer.
3438 - ``L``: An immediate integer, 0xff or 0xffff or (in 64-bit mode only)
3439   0xffffffff.
3440 - ``M``: An immediate integer between 0 and 3.
3441 - ``N``: An immediate unsigned 8-bit integer.
3442 - ``O``: An immediate integer between 0 and 127.
3443 - ``e``: An immediate 32-bit signed integer.
3444 - ``Z``: An immediate 32-bit unsigned integer.
3445 - ``o``, ``v``: Treated the same as ``m``, at the moment.
3446 - ``q``: An 8, 16, 32, or 64-bit register which can be accessed as an 8-bit
3447   ``l`` integer register. On X86-32, this is the ``a``, ``b``, ``c``, and ``d``
3448   registers, and on X86-64, it is all of the integer registers.
3449 - ``Q``: An 8, 16, 32, or 64-bit register which can be accessed as an 8-bit
3450   ``h`` integer register. This is the ``a``, ``b``, ``c``, and ``d`` registers.
3451 - ``r`` or ``l``: An 8, 16, 32, or 64-bit integer register.
3452 - ``R``: An 8, 16, 32, or 64-bit "legacy" integer register -- one which has
3453   existed since i386, and can be accessed without the REX prefix.
3454 - ``f``: A 32, 64, or 80-bit '387 FPU stack pseudo-register.
3455 - ``y``: A 64-bit MMX register, if MMX is enabled.
3456 - ``x``: If SSE is enabled: a 32 or 64-bit scalar operand, or 128-bit vector
3457   operand in a SSE register. If AVX is also enabled, can also be a 256-bit
3458   vector operand in an AVX register. If AVX-512 is also enabled, can also be a
3459   512-bit vector operand in an AVX512 register, Otherwise, an error.
3460 - ``Y``: The same as ``x``, if *SSE2* is enabled, otherwise an error.
3461 - ``A``: Special case: allocates EAX first, then EDX, for a single operand (in
3462   32-bit mode, a 64-bit integer operand will get split into two registers). It
3463   is not recommended to use this constraint, as in 64-bit mode, the 64-bit
3464   operand will get allocated only to RAX -- if two 32-bit operands are needed,
3465   you're better off splitting it yourself, before passing it to the asm
3466   statement.
3467
3468 XCore:
3469
3470 - ``r``: A 32-bit integer register.
3471
3472
3473 .. _inline-asm-modifiers:
3474
3475 Asm template argument modifiers
3476 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3477
3478 In the asm template string, modifiers can be used on the operand reference, like
3479 "``${0:n}``".
3480
3481 The modifiers are, in general, expected to behave the same way they do in
3482 GCC. LLVM's support is often implemented on an 'as-needed' basis, to support C
3483 inline asm code which was supported by GCC. A mismatch in behavior between LLVM
3484 and GCC likely indicates a bug in LLVM.
3485
3486 Target-independent:
3487
3488 - ``c``: Print an immediate integer constant unadorned, without
3489   the target-specific immediate punctuation (e.g. no ``$`` prefix).
3490 - ``n``: Negate and print immediate integer constant unadorned, without the
3491   target-specific immediate punctuation (e.g. no ``$`` prefix).
3492 - ``l``: Print as an unadorned label, without the target-specific label
3493   punctuation (e.g. no ``$`` prefix).
3494
3495 AArch64:
3496
3497 - ``w``: Print a GPR register with a ``w*`` name instead of ``x*`` name. E.g.,
3498   instead of ``x30``, print ``w30``.
3499 - ``x``: Print a GPR register with a ``x*`` name. (this is the default, anyhow).
3500 - ``b``, ``h``, ``s``, ``d``, ``q``: Print a floating-point/SIMD register with a
3501   ``b*``, ``h*``, ``s*``, ``d*``, or ``q*`` name, rather than the default of
3502   ``v*``.
3503
3504 AMDGPU:
3505
3506 - ``r``: No effect.
3507
3508 ARM:
3509
3510 - ``a``: Print an operand as an address (with ``[`` and ``]`` surrounding a
3511   register).
3512 - ``P``: No effect.
3513 - ``q``: No effect.
3514 - ``y``: Print a VFP single-precision register as an indexed double (e.g. print
3515   as ``d4[1]`` instead of ``s9``)
3516 - ``B``: Bitwise invert and print an immediate integer constant without ``#``
3517   prefix.
3518 - ``L``: Print the low 16-bits of an immediate integer constant.
3519 - ``M``: Print as a register set suitable for ldm/stm. Also prints *all*
3520   register operands subsequent to the specified one (!), so use carefully.
3521 - ``Q``: Print the low-order register of a register-pair, or the low-order
3522   register of a two-register operand.
3523 - ``R``: Print the high-order register of a register-pair, or the high-order
3524   register of a two-register operand.
3525 - ``H``: Print the second register of a register-pair. (On a big-endian system,
3526   ``H`` is equivalent to ``Q``, and on little-endian system, ``H`` is equivalent
3527   to ``R``.)
3528
3529   .. FIXME: H doesn't currently support printing the second register
3530      of a two-register operand.
3531
3532 - ``e``: Print the low doubleword register of a NEON quad register.
3533 - ``f``: Print the high doubleword register of a NEON quad register.
3534 - ``m``: Print the base register of a memory operand without the ``[`` and ``]``
3535   adornment.
3536
3537 Hexagon:
3538
3539 - ``L``: Print the second register of a two-register operand. Requires that it
3540   has been allocated consecutively to the first.
3541
3542   .. FIXME: why is it restricted to consecutive ones? And there's
3543      nothing that ensures that happens, is there?
3544
3545 - ``I``: Print the letter 'i' if the operand is an integer constant, otherwise
3546   nothing. Used to print 'addi' vs 'add' instructions.
3547
3548 MSP430:
3549
3550 No additional modifiers.
3551
3552 MIPS:
3553
3554 - ``X``: Print an immediate integer as hexadecimal
3555 - ``x``: Print the low 16 bits of an immediate integer as hexadecimal.
3556 - ``d``: Print an immediate integer as decimal.
3557 - ``m``: Subtract one and print an immediate integer as decimal.
3558 - ``z``: Print $0 if an immediate zero, otherwise print normally.
3559 - ``L``: Print the low-order register of a two-register operand, or prints the
3560   address of the low-order word of a double-word memory operand.
3561
3562   .. FIXME: L seems to be missing memory operand support.
3563
3564 - ``M``: Print the high-order register of a two-register operand, or prints the
3565   address of the high-order word of a double-word memory operand.
3566
3567   .. FIXME: M seems to be missing memory operand support.
3568
3569 - ``D``: Print the second register of a two-register operand, or prints the
3570   second word of a double-word memory operand. (On a big-endian system, ``D`` is
3571   equivalent to ``L``, and on little-endian system, ``D`` is equivalent to
3572   ``M``.)
3573 - ``w``: No effect. Provided for compatibility with GCC which requires this
3574   modifier in order to print MSA registers (``W0-W31``) with the ``f``
3575   constraint.
3576
3577 NVPTX:
3578
3579 - ``r``: No effect.
3580
3581 PowerPC:
3582
3583 - ``L``: Print the second register of a two-register operand. Requires that it
3584   has been allocated consecutively to the first.
3585
3586   .. FIXME: why is it restricted to consecutive ones? And there's
3587      nothing that ensures that happens, is there?
3588
3589 - ``I``: Print the letter 'i' if the operand is an integer constant, otherwise
3590   nothing. Used to print 'addi' vs 'add' instructions.
3591 - ``y``: For a memory operand, prints formatter for a two-register X-form
3592   instruction. (Currently always prints ``r0,OPERAND``).
3593 - ``U``: Prints 'u' if the memory operand is an update form, and nothing
3594   otherwise. (NOTE: LLVM does not support update form, so this will currently
3595   always print nothing)
3596 - ``X``: Prints 'x' if the memory operand is an indexed form. (NOTE: LLVM does
3597   not support indexed form, so this will currently always print nothing)
3598
3599 Sparc:
3600
3601 - ``r``: No effect.
3602
3603 SystemZ:
3604
3605 SystemZ implements only ``n``, and does *not* support any of the other
3606 target-independent modifiers.
3607
3608 X86:
3609
3610 - ``c``: Print an unadorned integer or symbol name. (The latter is
3611   target-specific behavior for this typically target-independent modifier).
3612 - ``A``: Print a register name with a '``*``' before it.
3613 - ``b``: Print an 8-bit register name (e.g. ``al``); do nothing on a memory
3614   operand.
3615 - ``h``: Print the upper 8-bit register name (e.g. ``ah``); do nothing on a
3616   memory operand.
3617 - ``w``: Print the 16-bit register name (e.g. ``ax``); do nothing on a memory
3618   operand.
3619 - ``k``: Print the 32-bit register name (e.g. ``eax``); do nothing on a memory
3620   operand.
3621 - ``q``: Print the 64-bit register name (e.g. ``rax``), if 64-bit registers are
3622   available, otherwise the 32-bit register name; do nothing on a memory operand.
3623 - ``n``: Negate and print an unadorned integer, or, for operands other than an
3624   immediate integer (e.g. a relocatable symbol expression), print a '-' before
3625   the operand. (The behavior for relocatable symbol expressions is a
3626   target-specific behavior for this typically target-independent modifier)
3627 - ``H``: Print a memory reference with additional offset +8.
3628 - ``P``: Print a memory reference or operand for use as the argument of a call
3629   instruction. (E.g. omit ``(rip)``, even though it's PC-relative.)
3630
3631 XCore:
3632
3633 No additional modifiers.
3634
3635
3636 Inline Asm Metadata
3637 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3638
3639 The call instructions that wrap inline asm nodes may have a
3640 "``!srcloc``" MDNode attached to it that contains a list of constant
3641 integers. If present, the code generator will use the integer as the
3642 location cookie value when report errors through the ``LLVMContext``
3643 error reporting mechanisms. This allows a front-end to correlate backend
3644 errors that occur with inline asm back to the source code that produced
3645 it. For example:
3646
3647 .. code-block:: llvm
3648
3649     call void asm sideeffect "something bad", ""(), !srcloc !42
3650     ...
3651     !42 = !{ i32 1234567 }
3652
3653 It is up to the front-end to make sense of the magic numbers it places
3654 in the IR. If the MDNode contains multiple constants, the code generator
3655 will use the one that corresponds to the line of the asm that the error
3656 occurs on.
3657
3658 .. _metadata:
3659
3660 Metadata
3661 ========
3662
3663 LLVM IR allows metadata to be attached to instructions in the program
3664 that can convey extra information about the code to the optimizers and
3665 code generator. One example application of metadata is source-level
3666 debug information. There are two metadata primitives: strings and nodes.
3667
3668 Metadata does not have a type, and is not a value. If referenced from a
3669 ``call`` instruction, it uses the ``metadata`` type.
3670
3671 All metadata are identified in syntax by a exclamation point ('``!``').
3672
3673 .. _metadata-string:
3674
3675 Metadata Nodes and Metadata Strings
3676 -----------------------------------
3677
3678 A metadata string is a string surrounded by double quotes. It can
3679 contain any character by escaping non-printable characters with
3680 "``\xx``" where "``xx``" is the two digit hex code. For example:
3681 "``!"test\00"``".
3682
3683 Metadata nodes are represented with notation similar to structure
3684 constants (a comma separated list of elements, surrounded by braces and
3685 preceded by an exclamation point). Metadata nodes can have any values as
3686 their operand. For example:
3687
3688 .. code-block:: llvm
3689
3690     !{ !"test\00", i32 10}
3691
3692 Metadata nodes that aren't uniqued use the ``distinct`` keyword. For example:
3693
3694 .. code-block:: llvm
3695
3696     !0 = distinct !{!"test\00", i32 10}
3697
3698 ``distinct`` nodes are useful when nodes shouldn't be merged based on their
3699 content. They can also occur when transformations cause uniquing collisions
3700 when metadata operands change.
3701
3702 A :ref:`named metadata <namedmetadatastructure>` is a collection of
3703 metadata nodes, which can be looked up in the module symbol table. For
3704 example:
3705
3706 .. code-block:: llvm
3707
3708     !foo = !{!4, !3}
3709
3710 Metadata can be used as function arguments. Here ``llvm.dbg.value``
3711 function is using two metadata arguments:
3712
3713 .. code-block:: llvm
3714
3715     call void @llvm.dbg.value(metadata !24, i64 0, metadata !25)
3716
3717 Metadata can be attached to an instruction. Here metadata ``!21`` is attached
3718 to the ``add`` instruction using the ``!dbg`` identifier:
3719
3720 .. code-block:: llvm
3721
3722     %indvar.next = add i64 %indvar, 1, !dbg !21
3723
3724 Metadata can also be attached to a function definition. Here metadata ``!22``
3725 is attached to the ``foo`` function using the ``!dbg`` identifier:
3726
3727 .. code-block:: llvm
3728
3729     define void @foo() !dbg !22 {
3730       ret void
3731     }
3732
3733 More information about specific metadata nodes recognized by the
3734 optimizers and code generator is found below.
3735
3736 .. _specialized-metadata:
3737
3738 Specialized Metadata Nodes
3739 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3740
3741 Specialized metadata nodes are custom data structures in metadata (as opposed
3742 to generic tuples). Their fields are labelled, and can be specified in any
3743 order.
3744
3745 These aren't inherently debug info centric, but currently all the specialized
3746 metadata nodes are related to debug info.
3747
3748 .. _DICompileUnit:
3749
3750 DICompileUnit
3751 """""""""""""
3752
3753 ``DICompileUnit`` nodes represent a compile unit. The ``enums:``,
3754 ``retainedTypes:``, ``subprograms:``, ``globals:``, ``imports:`` and ``macros:``
3755 fields are tuples containing the debug info to be emitted along with the compile
3756 unit, regardless of code optimizations (some nodes are only emitted if there are
3757 references to them from instructions).
3758
3759 .. code-block:: llvm
3760
3761     !0 = !DICompileUnit(language: DW_LANG_C99, file: !1, producer: "clang",
3762                         isOptimized: true, flags: "-O2", runtimeVersion: 2,
3763                         splitDebugFilename: "abc.debug", emissionKind: 1,
3764                         enums: !2, retainedTypes: !3, subprograms: !4,
3765                         globals: !5, imports: !6, macros: !7, dwoId: 0x0abcd)
3766
3767 Compile unit descriptors provide the root scope for objects declared in a
3768 specific compilation unit. File descriptors are defined using this scope.
3769 These descriptors are collected by a named metadata ``!llvm.dbg.cu``. They
3770 keep track of subprograms, global variables, type information, and imported
3771 entities (declarations and namespaces).
3772
3773 .. _DIFile:
3774
3775 DIFile
3776 """"""
3777
3778 ``DIFile`` nodes represent files. The ``filename:`` can include slashes.
3779
3780 .. code-block:: llvm
3781
3782     !0 = !DIFile(filename: "path/to/file", directory: "/path/to/dir")
3783
3784 Files are sometimes used in ``scope:`` fields, and are the only valid target
3785 for ``file:`` fields.
3786
3787 .. _DIBasicType:
3788
3789 DIBasicType
3790 """""""""""
3791
3792 ``DIBasicType`` nodes represent primitive types, such as ``int``, ``bool`` and
3793 ``float``. ``tag:`` defaults to ``DW_TAG_base_type``.
3794
3795 .. code-block:: llvm
3796
3797     !0 = !DIBasicType(name: "unsigned char", size: 8, align: 8,
3798                       encoding: DW_ATE_unsigned_char)
3799     !1 = !DIBasicType(tag: DW_TAG_unspecified_type, name: "decltype(nullptr)")
3800
3801 The ``encoding:`` describes the details of the type. Usually it's one of the
3802 following:
3803
3804 .. code-block:: llvm
3805
3806   DW_ATE_address       = 1
3807   DW_ATE_boolean       = 2
3808   DW_ATE_float         = 4
3809   DW_ATE_signed        = 5
3810   DW_ATE_signed_char   = 6
3811   DW_ATE_unsigned      = 7
3812   DW_ATE_unsigned_char = 8
3813
3814 .. _DISubroutineType:
3815
3816 DISubroutineType
3817 """"""""""""""""
3818
3819 ``DISubroutineType`` nodes represent subroutine types. Their ``types:`` field
3820 refers to a tuple; the first operand is the return type, while the rest are the
3821 types of the formal arguments in order. If the first operand is ``null``, that
3822 represents a function with no return value (such as ``void foo() {}`` in C++).
3823
3824 .. code-block:: llvm
3825
3826     !0 = !BasicType(name: "int", size: 32, align: 32, DW_ATE_signed)
3827     !1 = !BasicType(name: "char", size: 8, align: 8, DW_ATE_signed_char)
3828     !2 = !DISubroutineType(types: !{null, !0, !1}) ; void (int, char)
3829
3830 .. _DIDerivedType:
3831
3832 DIDerivedType
3833 """""""""""""
3834
3835 ``DIDerivedType`` nodes represent types derived from other types, such as
3836 qualified types.
3837
3838 .. code-block:: llvm
3839
3840     !0 = !DIBasicType(name: "unsigned char", size: 8, align: 8,
3841                       encoding: DW_ATE_unsigned_char)
3842     !1 = !DIDerivedType(tag: DW_TAG_pointer_type, baseType: !0, size: 32,
3843                         align: 32)
3844
3845 The following ``tag:`` values are valid:
3846
3847 .. code-block:: llvm
3848
3849   DW_TAG_formal_parameter   = 5
3850   DW_TAG_member             = 13
3851   DW_TAG_pointer_type       = 15
3852   DW_TAG_reference_type     = 16
3853   DW_TAG_typedef            = 22
3854   DW_TAG_ptr_to_member_type = 31
3855   DW_TAG_const_type         = 38
3856   DW_TAG_volatile_type      = 53
3857   DW_TAG_restrict_type      = 55
3858
3859 ``DW_TAG_member`` is used to define a member of a :ref:`composite type
3860 <DICompositeType>` or :ref:`subprogram <DISubprogram>`. The type of the member
3861 is the ``baseType:``. The ``offset:`` is the member's bit offset.
3862 ``DW_TAG_formal_parameter`` is used to define a member which is a formal
3863 argument of a subprogram.
3864
3865 ``DW_TAG_typedef`` is used to provide a name for the ``baseType:``.
3866
3867 ``DW_TAG_pointer_type``, ``DW_TAG_reference_type``, ``DW_TAG_const_type``,
3868 ``DW_TAG_volatile_type`` and ``DW_TAG_restrict_type`` are used to qualify the
3869 ``baseType:``.
3870
3871 Note that the ``void *`` type is expressed as a type derived from NULL.
3872
3873 .. _DICompositeType:
3874
3875 DICompositeType
3876 """""""""""""""
3877
3878 ``DICompositeType`` nodes represent types composed of other types, like
3879 structures and unions. ``elements:`` points to a tuple of the composed types.
3880
3881 If the source language supports ODR, the ``identifier:`` field gives the unique
3882 identifier used for type merging between modules. When specified, other types
3883 can refer to composite types indirectly via a :ref:`metadata string
3884 <metadata-string>` that matches their identifier.
3885
3886 .. code-block:: llvm
3887
3888     !0 = !DIEnumerator(name: "SixKind", value: 7)
3889     !1 = !DIEnumerator(name: "SevenKind", value: 7)
3890     !2 = !DIEnumerator(name: "NegEightKind", value: -8)
3891     !3 = !DICompositeType(tag: DW_TAG_enumeration_type, name: "Enum", file: !12,
3892                           line: 2, size: 32, align: 32, identifier: "_M4Enum",
3893                           elements: !{!0, !1, !2})
3894
3895 The following ``tag:`` values are valid:
3896
3897 .. code-block:: llvm
3898
3899   DW_TAG_array_type       = 1
3900   DW_TAG_class_type       = 2
3901   DW_TAG_enumeration_type = 4
3902   DW_TAG_structure_type   = 19
3903   DW_TAG_union_type       = 23
3904   DW_TAG_subroutine_type  = 21
3905   DW_TAG_inheritance      = 28
3906
3907
3908 For ``DW_TAG_array_type``, the ``elements:`` should be :ref:`subrange
3909 descriptors <DISubrange>`, each representing the range of subscripts at that
3910 level of indexing. The ``DIFlagVector`` flag to ``flags:`` indicates that an
3911 array type is a native packed vector.
3912
3913 For ``DW_TAG_enumeration_type``, the ``elements:`` should be :ref:`enumerator
3914 descriptors <DIEnumerator>`, each representing the definition of an enumeration
3915 value for the set. All enumeration type descriptors are collected in the
3916 ``enums:`` field of the :ref:`compile unit <DICompileUnit>`.
3917
3918 For ``DW_TAG_structure_type``, ``DW_TAG_class_type``, and
3919 ``DW_TAG_union_type``, the ``elements:`` should be :ref:`derived types
3920 <DIDerivedType>` with ``tag: DW_TAG_member`` or ``tag: DW_TAG_inheritance``.
3921
3922 .. _DISubrange:
3923
3924 DISubrange
3925 """"""""""
3926
3927 ``DISubrange`` nodes are the elements for ``DW_TAG_array_type`` variants of
3928 :ref:`DICompositeType`. ``count: -1`` indicates an empty array.
3929
3930 .. code-block:: llvm
3931
3932     !0 = !DISubrange(count: 5, lowerBound: 0) ; array counting from 0
3933     !1 = !DISubrange(count: 5, lowerBound: 1) ; array counting from 1
3934     !2 = !DISubrange(count: -1) ; empty array.
3935
3936 .. _DIEnumerator:
3937
3938 DIEnumerator
3939 """"""""""""
3940
3941 ``DIEnumerator`` nodes are the elements for ``DW_TAG_enumeration_type``
3942 variants of :ref:`DICompositeType`.
3943
3944 .. code-block:: llvm
3945
3946     !0 = !DIEnumerator(name: "SixKind", value: 7)
3947     !1 = !DIEnumerator(name: "SevenKind", value: 7)
3948     !2 = !DIEnumerator(name: "NegEightKind", value: -8)
3949
3950 DITemplateTypeParameter
3951 """""""""""""""""""""""
3952
3953 ``DITemplateTypeParameter`` nodes represent type parameters to generic source
3954 language constructs. They are used (optionally) in :ref:`DICompositeType` and
3955 :ref:`DISubprogram` ``templateParams:`` fields.
3956
3957 .. code-block:: llvm
3958
3959     !0 = !DITemplateTypeParameter(name: "Ty", type: !1)
3960
3961 DITemplateValueParameter
3962 """"""""""""""""""""""""
3963
3964 ``DITemplateValueParameter`` nodes represent value parameters to generic source
3965 language constructs. ``tag:`` defaults to ``DW_TAG_template_value_parameter``,
3966 but if specified can also be set to ``DW_TAG_GNU_template_template_param`` or
3967 ``DW_TAG_GNU_template_param_pack``. They are used (optionally) in
3968 :ref:`DICompositeType` and :ref:`DISubprogram` ``templateParams:`` fields.
3969
3970 .. code-block:: llvm
3971
3972     !0 = !DITemplateValueParameter(name: "Ty", type: !1, value: i32 7)
3973
3974 DINamespace
3975 """""""""""
3976
3977 ``DINamespace`` nodes represent namespaces in the source language.
3978
3979 .. code-block:: llvm
3980
3981     !0 = !DINamespace(name: "myawesomeproject", scope: !1, file: !2, line: 7)
3982
3983 DIGlobalVariable
3984 """"""""""""""""
3985
3986 ``DIGlobalVariable`` nodes represent global variables in the source language.
3987
3988 .. code-block:: llvm
3989
3990     !0 = !DIGlobalVariable(name: "foo", linkageName: "foo", scope: !1,
3991                            file: !2, line: 7, type: !3, isLocal: true,
3992                            isDefinition: false, variable: i32* @foo,
3993                            declaration: !4)
3994
3995 All global variables should be referenced by the `globals:` field of a
3996 :ref:`compile unit <DICompileUnit>`.
3997
3998 .. _DISubprogram:
3999
4000 DISubprogram
4001 """"""""""""
4002
4003 ``DISubprogram`` nodes represent functions from the source language. A
4004 ``DISubprogram`` may be attached to a function definition using ``!dbg``
4005 metadata. The ``variables:`` field points at :ref:`variables <DILocalVariable>`
4006 that must be retained, even if their IR counterparts are optimized out of
4007 the IR. The ``type:`` field must point at an :ref:`DISubroutineType`.
4008
4009 .. code-block:: llvm
4010
4011     define void @_Z3foov() !dbg !0 {
4012       ...
4013     }
4014
4015     !0 = distinct !DISubprogram(name: "foo", linkageName: "_Zfoov", scope: !1,
4016                                 file: !2, line: 7, type: !3, isLocal: true,
4017                                 isDefinition: false, scopeLine: 8,
4018                                 containingType: !4,
4019                                 virtuality: DW_VIRTUALITY_pure_virtual,
4020                                 virtualIndex: 10, flags: DIFlagPrototyped,
4021                                 isOptimized: true, templateParams: !5,
4022                                 declaration: !6, variables: !7)
4023
4024 .. _DILexicalBlock:
4025
4026 DILexicalBlock
4027 """"""""""""""
4028
4029 ``DILexicalBlock`` nodes describe nested blocks within a :ref:`subprogram
4030 <DISubprogram>`. The line number and column numbers are used to distinguish
4031 two lexical blocks at same depth. They are valid targets for ``scope:``
4032 fields.
4033
4034 .. code-block:: llvm
4035
4036     !0 = distinct !DILexicalBlock(scope: !1, file: !2, line: 7, column: 35)
4037
4038 Usually lexical blocks are ``distinct`` to prevent node merging based on
4039 operands.
4040
4041 .. _DILexicalBlockFile:
4042
4043 DILexicalBlockFile
4044 """"""""""""""""""
4045
4046 ``DILexicalBlockFile`` nodes are used to discriminate between sections of a
4047 :ref:`lexical block <DILexicalBlock>`. The ``file:`` field can be changed to
4048 indicate textual inclusion, or the ``discriminator:`` field can be used to
4049 discriminate between control flow within a single block in the source language.
4050
4051 .. code-block:: llvm
4052
4053     !0 = !DILexicalBlock(scope: !3, file: !4, line: 7, column: 35)
4054     !1 = !DILexicalBlockFile(scope: !0, file: !4, discriminator: 0)
4055     !2 = !DILexicalBlockFile(scope: !0, file: !4, discriminator: 1)
4056
4057 .. _DILocation:
4058
4059 DILocation
4060 """"""""""
4061
4062 ``DILocation`` nodes represent source debug locations. The ``scope:`` field is
4063 mandatory, and points at an :ref:`DILexicalBlockFile`, an
4064 :ref:`DILexicalBlock`, or an :ref:`DISubprogram`.
4065
4066 .. code-block:: llvm
4067
4068     !0 = !DILocation(line: 2900, column: 42, scope: !1, inlinedAt: !2)
4069
4070 .. _DILocalVariable:
4071
4072 DILocalVariable
4073 """""""""""""""
4074
4075 ``DILocalVariable`` nodes represent local variables in the source language. If
4076 the ``arg:`` field is set to non-zero, then this variable is a subprogram
4077 parameter, and it will be included in the ``variables:`` field of its
4078 :ref:`DISubprogram`.
4079
4080 .. code-block:: llvm
4081
4082     !0 = !DILocalVariable(name: "this", arg: 1, scope: !3, file: !2, line: 7,
4083                           type: !3, flags: DIFlagArtificial)
4084     !1 = !DILocalVariable(name: "x", arg: 2, scope: !4, file: !2, line: 7,
4085                           type: !3)
4086     !2 = !DILocalVariable(name: "y", scope: !5, file: !2, line: 7, type: !3)
4087
4088 DIExpression
4089 """"""""""""
4090
4091 ``DIExpression`` nodes represent DWARF expression sequences. They are used in
4092 :ref:`debug intrinsics<dbg_intrinsics>` (such as ``llvm.dbg.declare``) to
4093 describe how the referenced LLVM variable relates to the source language
4094 variable.
4095
4096 The current supported vocabulary is limited:
4097
4098 - ``DW_OP_deref`` dereferences the working expression.
4099 - ``DW_OP_plus, 93`` adds ``93`` to the working expression.
4100 - ``DW_OP_bit_piece, 16, 8`` specifies the offset and size (``16`` and ``8``
4101   here, respectively) of the variable piece from the working expression.
4102
4103 .. code-block:: llvm
4104
4105     !0 = !DIExpression(DW_OP_deref)
4106     !1 = !DIExpression(DW_OP_plus, 3)
4107     !2 = !DIExpression(DW_OP_bit_piece, 3, 7)
4108     !3 = !DIExpression(DW_OP_deref, DW_OP_plus, 3, DW_OP_bit_piece, 3, 7)
4109
4110 DIObjCProperty
4111 """"""""""""""
4112
4113 ``DIObjCProperty`` nodes represent Objective-C property nodes.
4114
4115 .. code-block:: llvm
4116
4117     !3 = !DIObjCProperty(name: "foo", file: !1, line: 7, setter: "setFoo",
4118                          getter: "getFoo", attributes: 7, type: !2)
4119
4120 DIImportedEntity
4121 """"""""""""""""
4122
4123 ``DIImportedEntity`` nodes represent entities (such as modules) imported into a
4124 compile unit.
4125
4126 .. code-block:: llvm
4127
4128    !2 = !DIImportedEntity(tag: DW_TAG_imported_module, name: "foo", scope: !0,
4129                           entity: !1, line: 7)
4130
4131 DIMacro
4132 """""""
4133
4134 ``DIMacro`` nodes represent definition or undefinition of a macro identifiers.
4135 The ``name:`` field is the macro identifier, followed by macro parameters when
4136 definining a function-like macro, and the ``value`` field is the token-string
4137 used to expand the macro identifier.
4138
4139 .. code-block:: llvm
4140
4141    !2 = !DIMacro(macinfo: DW_MACINFO_define, line: 7, name: "foo(x)",
4142                  value: "((x) + 1)")
4143    !3 = !DIMacro(macinfo: DW_MACINFO_undef, line: 30, name: "foo")
4144
4145 DIMacroFile
4146 """""""""""
4147
4148 ``DIMacroFile`` nodes represent inclusion of source files.
4149 The ``nodes:`` field is a list of ``DIMacro`` and ``DIMacroFile`` nodes that
4150 appear in the included source file.
4151
4152 .. code-block:: llvm
4153
4154    !2 = !DIMacroFile(macinfo: DW_MACINFO_start_file, line: 7, file: !2,
4155                      nodes: !3)
4156
4157 '``tbaa``' Metadata
4158 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
4159
4160 In LLVM IR, memory does not have types, so LLVM's own type system is not
4161 suitable for doing TBAA. Instead, metadata is added to the IR to
4162 describe a type system of a higher level language. This can be used to
4163 implement typical C/C++ TBAA, but it can also be used to implement
4164 custom alias analysis behavior for other languages.
4165
4166 The current metadata format is very simple. TBAA metadata nodes have up
4167 to three fields, e.g.:
4168
4169 .. code-block:: llvm
4170
4171     !0 = !{ !"an example type tree" }
4172     !1 = !{ !"int", !0 }
4173     !2 = !{ !"float", !0 }
4174     !3 = !{ !"const float", !2, i64 1 }
4175
4176 The first field is an identity field. It can be any value, usually a
4177 metadata string, which uniquely identifies the type. The most important
4178 name in the tree is the name of the root node. Two trees with different
4179 root node names are entirely disjoint, even if they have leaves with
4180 common names.
4181
4182 The second field identifies the type's parent node in the tree, or is
4183 null or omitted for a root node. A type is considered to alias all of
4184 its descendants and all of its ancestors in the tree. Also, a type is
4185 considered to alias all types in other trees, so that bitcode produced
4186 from multiple front-ends is handled conservatively.
4187
4188 If the third field is present, it's an integer which if equal to 1
4189 indicates that the type is "constant" (meaning
4190 ``pointsToConstantMemory`` should return true; see `other useful
4191 AliasAnalysis methods <AliasAnalysis.html#OtherItfs>`_).
4192
4193 '``tbaa.struct``' Metadata
4194 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
4195
4196 The :ref:`llvm.memcpy <int_memcpy>` is often used to implement
4197 aggregate assignment operations in C and similar languages, however it
4198 is defined to copy a contiguous region of memory, which is more than
4199 strictly necessary for aggregate types which contain holes due to
4200 padding. Also, it doesn't contain any TBAA information about the fields
4201 of the aggregate.
4202
4203 ``!tbaa.struct`` metadata can describe which memory subregions in a
4204 memcpy are padding and what the TBAA tags of the struct are.
4205
4206 The current metadata format is very simple. ``!tbaa.struct`` metadata
4207 nodes are a list of operands which are in conceptual groups of three.
4208 For each group of three, the first operand gives the byte offset of a
4209 field in bytes, the second gives its size in bytes, and the third gives
4210 its tbaa tag. e.g.:
4211
4212 .. code-block:: llvm
4213
4214     !4 = !{ i64 0, i64 4, !1, i64 8, i64 4, !2 }
4215
4216 This describes a struct with two fields. The first is at offset 0 bytes
4217 with size 4 bytes, and has tbaa tag !1. The second is at offset 8 bytes
4218 and has size 4 bytes and has tbaa tag !2.
4219
4220 Note that the fields need not be contiguous. In this example, there is a
4221 4 byte gap between the two fields. This gap represents padding which
4222 does not carry useful data and need not be preserved.
4223
4224 '``noalias``' and '``alias.scope``' Metadata
4225 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
4226
4227 ``noalias`` and ``alias.scope`` metadata provide the ability to specify generic
4228 noalias memory-access sets. This means that some collection of memory access
4229 instructions (loads, stores, memory-accessing calls, etc.) that carry
4230 ``noalias`` metadata can specifically be specified not to alias with some other
4231 collection of memory access instructions that carry ``alias.scope`` metadata.
4232 Each type of metadata specifies a list of scopes where each scope has an id and
4233 a domain. When evaluating an aliasing query, if for some domain, the set
4234 of scopes with that domain in one instruction's ``alias.scope`` list is a
4235 subset of (or equal to) the set of scopes for that domain in another
4236 instruction's ``noalias`` list, then the two memory accesses are assumed not to
4237 alias.
4238
4239 The metadata identifying each domain is itself a list containing one or two
4240 entries. The first entry is the name of the domain. Note that if the name is a
4241 string then it can be combined across functions and translation units. A
4242 self-reference can be used to create globally unique domain names. A
4243 descriptive string may optionally be provided as a second list entry.
4244
4245 The metadata identifying each scope is also itself a list containing two or
4246 three entries. The first entry is the name of the scope. Note that if the name
4247 is a string then it can be combined across functions and translation units. A
4248 self-reference can be used to create globally unique scope names. A metadata
4249 reference to the scope's domain is the second entry. A descriptive string may
4250 optionally be provided as a third list entry.
4251
4252 For example,
4253
4254 .. code-block:: llvm
4255
4256     ; Two scope domains:
4257     !0 = !{!0}
4258     !1 = !{!1}
4259
4260     ; Some scopes in these domains:
4261     !2 = !{!2, !0}
4262     !3 = !{!3, !0}
4263     !4 = !{!4, !1}
4264
4265     ; Some scope lists:
4266     !5 = !{!4} ; A list containing only scope !4
4267     !6 = !{!4, !3, !2}
4268     !7 = !{!3}
4269
4270     ; These two instructions don't alias:
4271     %0 = load float, float* %c, align 4, !alias.scope !5
4272     store float %0, float* %arrayidx.i, align 4, !noalias !5
4273
4274     ; These two instructions also don't alias (for domain !1, the set of scopes
4275     ; in the !alias.scope equals that in the !noalias list):
4276     %2 = load float, float* %c, align 4, !alias.scope !5
4277     store float %2, float* %arrayidx.i2, align 4, !noalias !6
4278
4279     ; These two instructions may alias (for domain !0, the set of scopes in
4280     ; the !noalias list is not a superset of, or equal to, the scopes in the
4281     ; !alias.scope list):
4282     %2 = load float, float* %c, align 4, !alias.scope !6
4283     store float %0, float* %arrayidx.i, align 4, !noalias !7
4284
4285 '``fpmath``' Metadata