2b272de42505ef1115ad70b616bb8d5da3de7f55
[oota-llvm.git] / docs / ProgrammersManual.rst
1 ========================
2 LLVM Programmer's Manual
3 ========================
4
5 .. contents::
6    :local:
7
8 .. warning::
9    This is a work in progress.
10
11 .. sectionauthor:: Chris Lattner <sabre@nondot.org>,
12                    Dinakar Dhurjati <dhurjati@cs.uiuc.edu>,
13                    Gabor Greif <ggreif@gmail.com>,
14                    Joel Stanley <jstanley@cs.uiuc.edu>,
15                    Reid Spencer <rspencer@x10sys.com> and
16                    Owen Anderson <owen@apple.com>
17
18 .. _introduction:
19
20 Introduction
21 ============
22
23 This document is meant to highlight some of the important classes and interfaces
24 available in the LLVM source-base.  This manual is not intended to explain what
25 LLVM is, how it works, and what LLVM code looks like.  It assumes that you know
26 the basics of LLVM and are interested in writing transformations or otherwise
27 analyzing or manipulating the code.
28
29 This document should get you oriented so that you can find your way in the
30 continuously growing source code that makes up the LLVM infrastructure.  Note
31 that this manual is not intended to serve as a replacement for reading the
32 source code, so if you think there should be a method in one of these classes to
33 do something, but it's not listed, check the source.  Links to the `doxygen
34 <http://llvm.org/doxygen/>`__ sources are provided to make this as easy as
35 possible.
36
37 The first section of this document describes general information that is useful
38 to know when working in the LLVM infrastructure, and the second describes the
39 Core LLVM classes.  In the future this manual will be extended with information
40 describing how to use extension libraries, such as dominator information, CFG
41 traversal routines, and useful utilities like the ``InstVisitor`` (`doxygen
42 <http://llvm.org/doxygen/InstVisitor_8h-source.html>`__) template.
43
44 .. _general:
45
46 General Information
47 ===================
48
49 This section contains general information that is useful if you are working in
50 the LLVM source-base, but that isn't specific to any particular API.
51
52 .. _stl:
53
54 The C++ Standard Template Library
55 ---------------------------------
56
57 LLVM makes heavy use of the C++ Standard Template Library (STL), perhaps much
58 more than you are used to, or have seen before.  Because of this, you might want
59 to do a little background reading in the techniques used and capabilities of the
60 library.  There are many good pages that discuss the STL, and several books on
61 the subject that you can get, so it will not be discussed in this document.
62
63 Here are some useful links:
64
65 #. `cppreference.com
66    <http://en.cppreference.com/w/>`_ - an excellent
67    reference for the STL and other parts of the standard C++ library.
68
69 #. `C++ In a Nutshell <http://www.tempest-sw.com/cpp/>`_ - This is an O'Reilly
70    book in the making.  It has a decent Standard Library Reference that rivals
71    Dinkumware's, and is unfortunately no longer free since the book has been
72    published.
73
74 #. `C++ Frequently Asked Questions <http://www.parashift.com/c++-faq-lite/>`_.
75
76 #. `SGI's STL Programmer's Guide <http://www.sgi.com/tech/stl/>`_ - Contains a
77    useful `Introduction to the STL
78    <http://www.sgi.com/tech/stl/stl_introduction.html>`_.
79
80 #. `Bjarne Stroustrup's C++ Page
81    <http://www.research.att.com/%7Ebs/C++.html>`_.
82
83 #. `Bruce Eckel's Thinking in C++, 2nd ed. Volume 2 Revision 4.0
84    (even better, get the book)
85    <http://www.mindview.net/Books/TICPP/ThinkingInCPP2e.html>`_.
86
87 You are also encouraged to take a look at the :ref:`LLVM Coding Standards
88 <coding_standards>` guide which focuses on how to write maintainable code more
89 than where to put your curly braces.
90
91 .. _resources:
92
93 Other useful references
94 -----------------------
95
96 #. `Using static and shared libraries across platforms
97    <http://www.fortran-2000.com/ArnaudRecipes/sharedlib.html>`_
98
99 .. _apis:
100
101 Important and useful LLVM APIs
102 ==============================
103
104 Here we highlight some LLVM APIs that are generally useful and good to know
105 about when writing transformations.
106
107 .. _isa:
108
109 The ``isa<>``, ``cast<>`` and ``dyn_cast<>`` templates
110 ------------------------------------------------------
111
112 The LLVM source-base makes extensive use of a custom form of RTTI.  These
113 templates have many similarities to the C++ ``dynamic_cast<>`` operator, but
114 they don't have some drawbacks (primarily stemming from the fact that
115 ``dynamic_cast<>`` only works on classes that have a v-table).  Because they are
116 used so often, you must know what they do and how they work.  All of these
117 templates are defined in the ``llvm/Support/Casting.h`` (`doxygen
118 <http://llvm.org/doxygen/Casting_8h-source.html>`__) file (note that you very
119 rarely have to include this file directly).
120
121 ``isa<>``:
122   The ``isa<>`` operator works exactly like the Java "``instanceof``" operator.
123   It returns true or false depending on whether a reference or pointer points to
124   an instance of the specified class.  This can be very useful for constraint
125   checking of various sorts (example below).
126
127 ``cast<>``:
128   The ``cast<>`` operator is a "checked cast" operation.  It converts a pointer
129   or reference from a base class to a derived class, causing an assertion
130   failure if it is not really an instance of the right type.  This should be
131   used in cases where you have some information that makes you believe that
132   something is of the right type.  An example of the ``isa<>`` and ``cast<>``
133   template is:
134
135   .. code-block:: c++
136
137     static bool isLoopInvariant(const Value *V, const Loop *L) {
138       if (isa<Constant>(V) || isa<Argument>(V) || isa<GlobalValue>(V))
139         return true;
140
141       // Otherwise, it must be an instruction...
142       return !L->contains(cast<Instruction>(V)->getParent());
143     }
144
145   Note that you should **not** use an ``isa<>`` test followed by a ``cast<>``,
146   for that use the ``dyn_cast<>`` operator.
147
148 ``dyn_cast<>``:
149   The ``dyn_cast<>`` operator is a "checking cast" operation.  It checks to see
150   if the operand is of the specified type, and if so, returns a pointer to it
151   (this operator does not work with references).  If the operand is not of the
152   correct type, a null pointer is returned.  Thus, this works very much like
153   the ``dynamic_cast<>`` operator in C++, and should be used in the same
154   circumstances.  Typically, the ``dyn_cast<>`` operator is used in an ``if``
155   statement or some other flow control statement like this:
156
157   .. code-block:: c++
158
159     if (AllocationInst *AI = dyn_cast<AllocationInst>(Val)) {
160       // ...
161     }
162
163   This form of the ``if`` statement effectively combines together a call to
164   ``isa<>`` and a call to ``cast<>`` into one statement, which is very
165   convenient.
166
167   Note that the ``dyn_cast<>`` operator, like C++'s ``dynamic_cast<>`` or Java's
168   ``instanceof`` operator, can be abused.  In particular, you should not use big
169   chained ``if/then/else`` blocks to check for lots of different variants of
170   classes.  If you find yourself wanting to do this, it is much cleaner and more
171   efficient to use the ``InstVisitor`` class to dispatch over the instruction
172   type directly.
173
174 ``cast_or_null<>``:
175   The ``cast_or_null<>`` operator works just like the ``cast<>`` operator,
176   except that it allows for a null pointer as an argument (which it then
177   propagates).  This can sometimes be useful, allowing you to combine several
178   null checks into one.
179
180 ``dyn_cast_or_null<>``:
181   The ``dyn_cast_or_null<>`` operator works just like the ``dyn_cast<>``
182   operator, except that it allows for a null pointer as an argument (which it
183   then propagates).  This can sometimes be useful, allowing you to combine
184   several null checks into one.
185
186 These five templates can be used with any classes, whether they have a v-table
187 or not.  If you want to add support for these templates, see the document
188 :ref:`How to set up LLVM-style RTTI for your class hierarchy
189 <how-to-set-up-llvm-style-rtti>`
190
191 .. _string_apis:
192
193 Passing strings (the ``StringRef`` and ``Twine`` classes)
194 ---------------------------------------------------------
195
196 Although LLVM generally does not do much string manipulation, we do have several
197 important APIs which take strings.  Two important examples are the Value class
198 -- which has names for instructions, functions, etc. -- and the ``StringMap``
199 class which is used extensively in LLVM and Clang.
200
201 These are generic classes, and they need to be able to accept strings which may
202 have embedded null characters.  Therefore, they cannot simply take a ``const
203 char *``, and taking a ``const std::string&`` requires clients to perform a heap
204 allocation which is usually unnecessary.  Instead, many LLVM APIs use a
205 ``StringRef`` or a ``const Twine&`` for passing strings efficiently.
206
207 .. _StringRef:
208
209 The ``StringRef`` class
210 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
211
212 The ``StringRef`` data type represents a reference to a constant string (a
213 character array and a length) and supports the common operations available on
214 ``std::string``, but does not require heap allocation.
215
216 It can be implicitly constructed using a C style null-terminated string, an
217 ``std::string``, or explicitly with a character pointer and length.  For
218 example, the ``StringRef`` find function is declared as:
219
220 .. code-block:: c++
221
222   iterator find(StringRef Key);
223
224 and clients can call it using any one of:
225
226 .. code-block:: c++
227
228   Map.find("foo");                 // Lookup "foo"
229   Map.find(std::string("bar"));    // Lookup "bar"
230   Map.find(StringRef("\0baz", 4)); // Lookup "\0baz"
231
232 Similarly, APIs which need to return a string may return a ``StringRef``
233 instance, which can be used directly or converted to an ``std::string`` using
234 the ``str`` member function.  See ``llvm/ADT/StringRef.h`` (`doxygen
235 <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1StringRef_8h-source.html>`__) for more
236 information.
237
238 You should rarely use the ``StringRef`` class directly, because it contains
239 pointers to external memory it is not generally safe to store an instance of the
240 class (unless you know that the external storage will not be freed).
241 ``StringRef`` is small and pervasive enough in LLVM that it should always be
242 passed by value.
243
244 The ``Twine`` class
245 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
246
247 The ``Twine`` (`doxygen <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Twine.html>`__)
248 class is an efficient way for APIs to accept concatenated strings.  For example,
249 a common LLVM paradigm is to name one instruction based on the name of another
250 instruction with a suffix, for example:
251
252 .. code-block:: c++
253
254     New = CmpInst::Create(..., SO->getName() + ".cmp");
255
256 The ``Twine`` class is effectively a lightweight `rope
257 <http://en.wikipedia.org/wiki/Rope_(computer_science)>`_ which points to
258 temporary (stack allocated) objects.  Twines can be implicitly constructed as
259 the result of the plus operator applied to strings (i.e., a C strings, an
260 ``std::string``, or a ``StringRef``).  The twine delays the actual concatenation
261 of strings until it is actually required, at which point it can be efficiently
262 rendered directly into a character array.  This avoids unnecessary heap
263 allocation involved in constructing the temporary results of string
264 concatenation.  See ``llvm/ADT/Twine.h`` (`doxygen
265 <http://llvm.org/doxygen/Twine_8h_source.html>`__) and :ref:`here <dss_twine>`
266 for more information.
267
268 As with a ``StringRef``, ``Twine`` objects point to external memory and should
269 almost never be stored or mentioned directly.  They are intended solely for use
270 when defining a function which should be able to efficiently accept concatenated
271 strings.
272
273 .. _DEBUG:
274
275 The ``DEBUG()`` macro and ``-debug`` option
276 -------------------------------------------
277
278 Often when working on your pass you will put a bunch of debugging printouts and
279 other code into your pass.  After you get it working, you want to remove it, but
280 you may need it again in the future (to work out new bugs that you run across).
281
282 Naturally, because of this, you don't want to delete the debug printouts, but
283 you don't want them to always be noisy.  A standard compromise is to comment
284 them out, allowing you to enable them if you need them in the future.
285
286 The ``llvm/Support/Debug.h`` (`doxygen
287 <http://llvm.org/doxygen/Debug_8h-source.html>`__) file provides a macro named
288 ``DEBUG()`` that is a much nicer solution to this problem.  Basically, you can
289 put arbitrary code into the argument of the ``DEBUG`` macro, and it is only
290 executed if '``opt``' (or any other tool) is run with the '``-debug``' command
291 line argument:
292
293 .. code-block:: c++
294
295   DEBUG(errs() << "I am here!\n");
296
297 Then you can run your pass like this:
298
299 .. code-block:: none
300
301   $ opt < a.bc > /dev/null -mypass
302   <no output>
303   $ opt < a.bc > /dev/null -mypass -debug
304   I am here!
305
306 Using the ``DEBUG()`` macro instead of a home-brewed solution allows you to not
307 have to create "yet another" command line option for the debug output for your
308 pass.  Note that ``DEBUG()`` macros are disabled for optimized builds, so they
309 do not cause a performance impact at all (for the same reason, they should also
310 not contain side-effects!).
311
312 One additional nice thing about the ``DEBUG()`` macro is that you can enable or
313 disable it directly in gdb.  Just use "``set DebugFlag=0``" or "``set
314 DebugFlag=1``" from the gdb if the program is running.  If the program hasn't
315 been started yet, you can always just run it with ``-debug``.
316
317 .. _DEBUG_TYPE:
318
319 Fine grained debug info with ``DEBUG_TYPE`` and the ``-debug-only`` option
320 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
321
322 Sometimes you may find yourself in a situation where enabling ``-debug`` just
323 turns on **too much** information (such as when working on the code generator).
324 If you want to enable debug information with more fine-grained control, you
325 define the ``DEBUG_TYPE`` macro and the ``-debug`` only option as follows:
326
327 .. code-block:: c++
328
329   #undef  DEBUG_TYPE
330   DEBUG(errs() << "No debug type\n");
331   #define DEBUG_TYPE "foo"
332   DEBUG(errs() << "'foo' debug type\n");
333   #undef  DEBUG_TYPE
334   #define DEBUG_TYPE "bar"
335   DEBUG(errs() << "'bar' debug type\n"));
336   #undef  DEBUG_TYPE
337   #define DEBUG_TYPE ""
338   DEBUG(errs() << "No debug type (2)\n");
339
340 Then you can run your pass like this:
341
342 .. code-block:: none
343
344   $ opt < a.bc > /dev/null -mypass
345   <no output>
346   $ opt < a.bc > /dev/null -mypass -debug
347   No debug type
348   'foo' debug type
349   'bar' debug type
350   No debug type (2)
351   $ opt < a.bc > /dev/null -mypass -debug-only=foo
352   'foo' debug type
353   $ opt < a.bc > /dev/null -mypass -debug-only=bar
354   'bar' debug type
355
356 Of course, in practice, you should only set ``DEBUG_TYPE`` at the top of a file,
357 to specify the debug type for the entire module (if you do this before you
358 ``#include "llvm/Support/Debug.h"``, you don't have to insert the ugly
359 ``#undef``'s).  Also, you should use names more meaningful than "foo" and "bar",
360 because there is no system in place to ensure that names do not conflict.  If
361 two different modules use the same string, they will all be turned on when the
362 name is specified.  This allows, for example, all debug information for
363 instruction scheduling to be enabled with ``-debug-type=InstrSched``, even if
364 the source lives in multiple files.
365
366 The ``DEBUG_WITH_TYPE`` macro is also available for situations where you would
367 like to set ``DEBUG_TYPE``, but only for one specific ``DEBUG`` statement.  It
368 takes an additional first parameter, which is the type to use.  For example, the
369 preceding example could be written as:
370
371 .. code-block:: c++
372
373   DEBUG_WITH_TYPE("", errs() << "No debug type\n");
374   DEBUG_WITH_TYPE("foo", errs() << "'foo' debug type\n");
375   DEBUG_WITH_TYPE("bar", errs() << "'bar' debug type\n"));
376   DEBUG_WITH_TYPE("", errs() << "No debug type (2)\n");
377
378 .. _Statistic:
379
380 The ``Statistic`` class & ``-stats`` option
381 -------------------------------------------
382
383 The ``llvm/ADT/Statistic.h`` (`doxygen
384 <http://llvm.org/doxygen/Statistic_8h-source.html>`__) file provides a class
385 named ``Statistic`` that is used as a unified way to keep track of what the LLVM
386 compiler is doing and how effective various optimizations are.  It is useful to
387 see what optimizations are contributing to making a particular program run
388 faster.
389
390 Often you may run your pass on some big program, and you're interested to see
391 how many times it makes a certain transformation.  Although you can do this with
392 hand inspection, or some ad-hoc method, this is a real pain and not very useful
393 for big programs.  Using the ``Statistic`` class makes it very easy to keep
394 track of this information, and the calculated information is presented in a
395 uniform manner with the rest of the passes being executed.
396
397 There are many examples of ``Statistic`` uses, but the basics of using it are as
398 follows:
399
400 #. Define your statistic like this:
401
402   .. code-block:: c++
403
404     #define DEBUG_TYPE "mypassname"   // This goes before any #includes.
405     STATISTIC(NumXForms, "The # of times I did stuff");
406
407   The ``STATISTIC`` macro defines a static variable, whose name is specified by
408   the first argument.  The pass name is taken from the ``DEBUG_TYPE`` macro, and
409   the description is taken from the second argument.  The variable defined
410   ("NumXForms" in this case) acts like an unsigned integer.
411
412 #. Whenever you make a transformation, bump the counter:
413
414   .. code-block:: c++
415
416     ++NumXForms;   // I did stuff!
417
418 That's all you have to do.  To get '``opt``' to print out the statistics
419 gathered, use the '``-stats``' option:
420
421 .. code-block:: none
422
423   $ opt -stats -mypassname < program.bc > /dev/null
424   ... statistics output ...
425
426 When running ``opt`` on a C file from the SPEC benchmark suite, it gives a
427 report that looks like this:
428
429 .. code-block:: none
430
431    7646 bitcodewriter   - Number of normal instructions
432     725 bitcodewriter   - Number of oversized instructions
433  129996 bitcodewriter   - Number of bitcode bytes written
434    2817 raise           - Number of insts DCEd or constprop'd
435    3213 raise           - Number of cast-of-self removed
436    5046 raise           - Number of expression trees converted
437      75 raise           - Number of other getelementptr's formed
438     138 raise           - Number of load/store peepholes
439      42 deadtypeelim    - Number of unused typenames removed from symtab
440     392 funcresolve     - Number of varargs functions resolved
441      27 globaldce       - Number of global variables removed
442       2 adce            - Number of basic blocks removed
443     134 cee             - Number of branches revectored
444      49 cee             - Number of setcc instruction eliminated
445     532 gcse            - Number of loads removed
446    2919 gcse            - Number of instructions removed
447      86 indvars         - Number of canonical indvars added
448      87 indvars         - Number of aux indvars removed
449      25 instcombine     - Number of dead inst eliminate
450     434 instcombine     - Number of insts combined
451     248 licm            - Number of load insts hoisted
452    1298 licm            - Number of insts hoisted to a loop pre-header
453       3 licm            - Number of insts hoisted to multiple loop preds (bad, no loop pre-header)
454      75 mem2reg         - Number of alloca's promoted
455    1444 cfgsimplify     - Number of blocks simplified
456
457 Obviously, with so many optimizations, having a unified framework for this stuff
458 is very nice.  Making your pass fit well into the framework makes it more
459 maintainable and useful.
460
461 .. _ViewGraph:
462
463 Viewing graphs while debugging code
464 -----------------------------------
465
466 Several of the important data structures in LLVM are graphs: for example CFGs
467 made out of LLVM :ref:`BasicBlocks <BasicBlock>`, CFGs made out of LLVM
468 :ref:`MachineBasicBlocks <MachineBasicBlock>`, and :ref:`Instruction Selection
469 DAGs <SelectionDAG>`.  In many cases, while debugging various parts of the
470 compiler, it is nice to instantly visualize these graphs.
471
472 LLVM provides several callbacks that are available in a debug build to do
473 exactly that.  If you call the ``Function::viewCFG()`` method, for example, the
474 current LLVM tool will pop up a window containing the CFG for the function where
475 each basic block is a node in the graph, and each node contains the instructions
476 in the block.  Similarly, there also exists ``Function::viewCFGOnly()`` (does
477 not include the instructions), the ``MachineFunction::viewCFG()`` and
478 ``MachineFunction::viewCFGOnly()``, and the ``SelectionDAG::viewGraph()``
479 methods.  Within GDB, for example, you can usually use something like ``call
480 DAG.viewGraph()`` to pop up a window.  Alternatively, you can sprinkle calls to
481 these functions in your code in places you want to debug.
482
483 Getting this to work requires a small amount of configuration.  On Unix systems
484 with X11, install the `graphviz <http://www.graphviz.org>`_ toolkit, and make
485 sure 'dot' and 'gv' are in your path.  If you are running on Mac OS/X, download
486 and install the Mac OS/X `Graphviz program
487 <http://www.pixelglow.com/graphviz/>`_ and add
488 ``/Applications/Graphviz.app/Contents/MacOS/`` (or wherever you install it) to
489 your path.  Once in your system and path are set up, rerun the LLVM configure
490 script and rebuild LLVM to enable this functionality.
491
492 ``SelectionDAG`` has been extended to make it easier to locate *interesting*
493 nodes in large complex graphs.  From gdb, if you ``call DAG.setGraphColor(node,
494 "color")``, then the next ``call DAG.viewGraph()`` would highlight the node in
495 the specified color (choices of colors can be found at `colors
496 <http://www.graphviz.org/doc/info/colors.html>`_.) More complex node attributes
497 can be provided with ``call DAG.setGraphAttrs(node, "attributes")`` (choices can
498 be found at `Graph attributes <http://www.graphviz.org/doc/info/attrs.html>`_.)
499 If you want to restart and clear all the current graph attributes, then you can
500 ``call DAG.clearGraphAttrs()``.
501
502 Note that graph visualization features are compiled out of Release builds to
503 reduce file size.  This means that you need a Debug+Asserts or Release+Asserts
504 build to use these features.
505
506 .. _datastructure:
507
508 Picking the Right Data Structure for a Task
509 ===========================================
510
511 LLVM has a plethora of data structures in the ``llvm/ADT/`` directory, and we
512 commonly use STL data structures.  This section describes the trade-offs you
513 should consider when you pick one.
514
515 The first step is a choose your own adventure: do you want a sequential
516 container, a set-like container, or a map-like container?  The most important
517 thing when choosing a container is the algorithmic properties of how you plan to
518 access the container.  Based on that, you should use:
519
520
521 * a :ref:`map-like <ds_map>` container if you need efficient look-up of a
522   value based on another value.  Map-like containers also support efficient
523   queries for containment (whether a key is in the map).  Map-like containers
524   generally do not support efficient reverse mapping (values to keys).  If you
525   need that, use two maps.  Some map-like containers also support efficient
526   iteration through the keys in sorted order.  Map-like containers are the most
527   expensive sort, only use them if you need one of these capabilities.
528
529 * a :ref:`set-like <ds_set>` container if you need to put a bunch of stuff into
530   a container that automatically eliminates duplicates.  Some set-like
531   containers support efficient iteration through the elements in sorted order.
532   Set-like containers are more expensive than sequential containers.
533
534 * a :ref:`sequential <ds_sequential>` container provides the most efficient way
535   to add elements and keeps track of the order they are added to the collection.
536   They permit duplicates and support efficient iteration, but do not support
537   efficient look-up based on a key.
538
539 * a :ref:`string <ds_string>` container is a specialized sequential container or
540   reference structure that is used for character or byte arrays.
541
542 * a :ref:`bit <ds_bit>` container provides an efficient way to store and
543   perform set operations on sets of numeric id's, while automatically
544   eliminating duplicates.  Bit containers require a maximum of 1 bit for each
545   identifier you want to store.
546
547 Once the proper category of container is determined, you can fine tune the
548 memory use, constant factors, and cache behaviors of access by intelligently
549 picking a member of the category.  Note that constant factors and cache behavior
550 can be a big deal.  If you have a vector that usually only contains a few
551 elements (but could contain many), for example, it's much better to use
552 :ref:`SmallVector <dss_smallvector>` than :ref:`vector <dss_vector>`.  Doing so
553 avoids (relatively) expensive malloc/free calls, which dwarf the cost of adding
554 the elements to the container.
555
556 .. _ds_sequential:
557
558 Sequential Containers (std::vector, std::list, etc)
559 ---------------------------------------------------
560
561 There are a variety of sequential containers available for you, based on your
562 needs.  Pick the first in this section that will do what you want.
563
564 .. _dss_arrayref:
565
566 llvm/ADT/ArrayRef.h
567 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
568
569 The ``llvm::ArrayRef`` class is the preferred class to use in an interface that
570 accepts a sequential list of elements in memory and just reads from them.  By
571 taking an ``ArrayRef``, the API can be passed a fixed size array, an
572 ``std::vector``, an ``llvm::SmallVector`` and anything else that is contiguous
573 in memory.
574
575 .. _dss_fixedarrays:
576
577 Fixed Size Arrays
578 ^^^^^^^^^^^^^^^^^
579
580 Fixed size arrays are very simple and very fast.  They are good if you know
581 exactly how many elements you have, or you have a (low) upper bound on how many
582 you have.
583
584 .. _dss_heaparrays:
585
586 Heap Allocated Arrays
587 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
588
589 Heap allocated arrays (``new[]`` + ``delete[]``) are also simple.  They are good
590 if the number of elements is variable, if you know how many elements you will
591 need before the array is allocated, and if the array is usually large (if not,
592 consider a :ref:`SmallVector <dss_smallvector>`).  The cost of a heap allocated
593 array is the cost of the new/delete (aka malloc/free).  Also note that if you
594 are allocating an array of a type with a constructor, the constructor and
595 destructors will be run for every element in the array (re-sizable vectors only
596 construct those elements actually used).
597
598 .. _dss_tinyptrvector:
599
600 llvm/ADT/TinyPtrVector.h
601 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
602
603 ``TinyPtrVector<Type>`` is a highly specialized collection class that is
604 optimized to avoid allocation in the case when a vector has zero or one
605 elements.  It has two major restrictions: 1) it can only hold values of pointer
606 type, and 2) it cannot hold a null pointer.
607
608 Since this container is highly specialized, it is rarely used.
609
610 .. _dss_smallvector:
611
612 llvm/ADT/SmallVector.h
613 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
614
615 ``SmallVector<Type, N>`` is a simple class that looks and smells just like
616 ``vector<Type>``: it supports efficient iteration, lays out elements in memory
617 order (so you can do pointer arithmetic between elements), supports efficient
618 push_back/pop_back operations, supports efficient random access to its elements,
619 etc.
620
621 The advantage of SmallVector is that it allocates space for some number of
622 elements (N) **in the object itself**.  Because of this, if the SmallVector is
623 dynamically smaller than N, no malloc is performed.  This can be a big win in
624 cases where the malloc/free call is far more expensive than the code that
625 fiddles around with the elements.
626
627 This is good for vectors that are "usually small" (e.g. the number of
628 predecessors/successors of a block is usually less than 8).  On the other hand,
629 this makes the size of the SmallVector itself large, so you don't want to
630 allocate lots of them (doing so will waste a lot of space).  As such,
631 SmallVectors are most useful when on the stack.
632
633 SmallVector also provides a nice portable and efficient replacement for
634 ``alloca``.
635
636 .. _dss_vector:
637
638 <vector>
639 ^^^^^^^^
640
641 ``std::vector`` is well loved and respected.  It is useful when SmallVector
642 isn't: when the size of the vector is often large (thus the small optimization
643 will rarely be a benefit) or if you will be allocating many instances of the
644 vector itself (which would waste space for elements that aren't in the
645 container).  vector is also useful when interfacing with code that expects
646 vectors :).
647
648 One worthwhile note about std::vector: avoid code like this:
649
650 .. code-block:: c++
651
652   for ( ... ) {
653      std::vector<foo> V;
654      // make use of V.
655   }
656
657 Instead, write this as:
658
659 .. code-block:: c++
660
661   std::vector<foo> V;
662   for ( ... ) {
663      // make use of V.
664      V.clear();
665   }
666
667 Doing so will save (at least) one heap allocation and free per iteration of the
668 loop.
669
670 .. _dss_deque:
671
672 <deque>
673 ^^^^^^^
674
675 ``std::deque`` is, in some senses, a generalized version of ``std::vector``.
676 Like ``std::vector``, it provides constant time random access and other similar
677 properties, but it also provides efficient access to the front of the list.  It
678 does not guarantee continuity of elements within memory.
679
680 In exchange for this extra flexibility, ``std::deque`` has significantly higher
681 constant factor costs than ``std::vector``.  If possible, use ``std::vector`` or
682 something cheaper.
683
684 .. _dss_list:
685
686 <list>
687 ^^^^^^
688
689 ``std::list`` is an extremely inefficient class that is rarely useful.  It
690 performs a heap allocation for every element inserted into it, thus having an
691 extremely high constant factor, particularly for small data types.
692 ``std::list`` also only supports bidirectional iteration, not random access
693 iteration.
694
695 In exchange for this high cost, std::list supports efficient access to both ends
696 of the list (like ``std::deque``, but unlike ``std::vector`` or
697 ``SmallVector``).  In addition, the iterator invalidation characteristics of
698 std::list are stronger than that of a vector class: inserting or removing an
699 element into the list does not invalidate iterator or pointers to other elements
700 in the list.
701
702 .. _dss_ilist:
703
704 llvm/ADT/ilist.h
705 ^^^^^^^^^^^^^^^^
706
707 ``ilist<T>`` implements an 'intrusive' doubly-linked list.  It is intrusive,
708 because it requires the element to store and provide access to the prev/next
709 pointers for the list.
710
711 ``ilist`` has the same drawbacks as ``std::list``, and additionally requires an
712 ``ilist_traits`` implementation for the element type, but it provides some novel
713 characteristics.  In particular, it can efficiently store polymorphic objects,
714 the traits class is informed when an element is inserted or removed from the
715 list, and ``ilist``\ s are guaranteed to support a constant-time splice
716 operation.
717
718 These properties are exactly what we want for things like ``Instruction``\ s and
719 basic blocks, which is why these are implemented with ``ilist``\ s.
720
721 Related classes of interest are explained in the following subsections:
722
723 * :ref:`ilist_traits <dss_ilist_traits>`
724
725 * :ref:`iplist <dss_iplist>`
726
727 * :ref:`llvm/ADT/ilist_node.h <dss_ilist_node>`
728
729 * :ref:`Sentinels <dss_ilist_sentinel>`
730
731 .. _dss_packedvector:
732
733 llvm/ADT/PackedVector.h
734 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
735
736 Useful for storing a vector of values using only a few number of bits for each
737 value.  Apart from the standard operations of a vector-like container, it can
738 also perform an 'or' set operation.
739
740 For example:
741
742 .. code-block:: c++
743
744   enum State {
745       None = 0x0,
746       FirstCondition = 0x1,
747       SecondCondition = 0x2,
748       Both = 0x3
749   };
750
751   State get() {
752       PackedVector<State, 2> Vec1;
753       Vec1.push_back(FirstCondition);
754
755       PackedVector<State, 2> Vec2;
756       Vec2.push_back(SecondCondition);
757
758       Vec1 |= Vec2;
759       return Vec1[0]; // returns 'Both'.
760   }
761
762 .. _dss_ilist_traits:
763
764 ilist_traits
765 ^^^^^^^^^^^^
766
767 ``ilist_traits<T>`` is ``ilist<T>``'s customization mechanism. ``iplist<T>``
768 (and consequently ``ilist<T>``) publicly derive from this traits class.
769
770 .. _dss_iplist:
771
772 iplist
773 ^^^^^^
774
775 ``iplist<T>`` is ``ilist<T>``'s base and as such supports a slightly narrower
776 interface.  Notably, inserters from ``T&`` are absent.
777
778 ``ilist_traits<T>`` is a public base of this class and can be used for a wide
779 variety of customizations.
780
781 .. _dss_ilist_node:
782
783 llvm/ADT/ilist_node.h
784 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
785
786 ``ilist_node<T>`` implements a the forward and backward links that are expected
787 by the ``ilist<T>`` (and analogous containers) in the default manner.
788
789 ``ilist_node<T>``\ s are meant to be embedded in the node type ``T``, usually
790 ``T`` publicly derives from ``ilist_node<T>``.
791
792 .. _dss_ilist_sentinel:
793
794 Sentinels
795 ^^^^^^^^^
796
797 ``ilist``\ s have another specialty that must be considered.  To be a good
798 citizen in the C++ ecosystem, it needs to support the standard container
799 operations, such as ``begin`` and ``end`` iterators, etc.  Also, the
800 ``operator--`` must work correctly on the ``end`` iterator in the case of
801 non-empty ``ilist``\ s.
802
803 The only sensible solution to this problem is to allocate a so-called *sentinel*
804 along with the intrusive list, which serves as the ``end`` iterator, providing
805 the back-link to the last element.  However conforming to the C++ convention it
806 is illegal to ``operator++`` beyond the sentinel and it also must not be
807 dereferenced.
808
809 These constraints allow for some implementation freedom to the ``ilist`` how to
810 allocate and store the sentinel.  The corresponding policy is dictated by
811 ``ilist_traits<T>``.  By default a ``T`` gets heap-allocated whenever the need
812 for a sentinel arises.
813
814 While the default policy is sufficient in most cases, it may break down when
815 ``T`` does not provide a default constructor.  Also, in the case of many
816 instances of ``ilist``\ s, the memory overhead of the associated sentinels is
817 wasted.  To alleviate the situation with numerous and voluminous
818 ``T``-sentinels, sometimes a trick is employed, leading to *ghostly sentinels*.
819
820 Ghostly sentinels are obtained by specially-crafted ``ilist_traits<T>`` which
821 superpose the sentinel with the ``ilist`` instance in memory.  Pointer
822 arithmetic is used to obtain the sentinel, which is relative to the ``ilist``'s
823 ``this`` pointer.  The ``ilist`` is augmented by an extra pointer, which serves
824 as the back-link of the sentinel.  This is the only field in the ghostly
825 sentinel which can be legally accessed.
826
827 .. _dss_other:
828
829 Other Sequential Container options
830 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
831
832 Other STL containers are available, such as ``std::string``.
833
834 There are also various STL adapter classes such as ``std::queue``,
835 ``std::priority_queue``, ``std::stack``, etc.  These provide simplified access
836 to an underlying container but don't affect the cost of the container itself.
837
838 .. _ds_string:
839
840 String-like containers
841 ----------------------
842
843 There are a variety of ways to pass around and use strings in C and C++, and
844 LLVM adds a few new options to choose from.  Pick the first option on this list
845 that will do what you need, they are ordered according to their relative cost.
846
847 Note that is is generally preferred to *not* pass strings around as ``const
848 char*``'s.  These have a number of problems, including the fact that they
849 cannot represent embedded nul ("\0") characters, and do not have a length
850 available efficiently.  The general replacement for '``const char*``' is
851 StringRef.
852
853 For more information on choosing string containers for APIs, please see
854 :ref:`Passing Strings <string_apis>`.
855
856 .. _dss_stringref:
857
858 llvm/ADT/StringRef.h
859 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
860
861 The StringRef class is a simple value class that contains a pointer to a
862 character and a length, and is quite related to the :ref:`ArrayRef
863 <dss_arrayref>` class (but specialized for arrays of characters).  Because
864 StringRef carries a length with it, it safely handles strings with embedded nul
865 characters in it, getting the length does not require a strlen call, and it even
866 has very convenient APIs for slicing and dicing the character range that it
867 represents.
868
869 StringRef is ideal for passing simple strings around that are known to be live,
870 either because they are C string literals, std::string, a C array, or a
871 SmallVector.  Each of these cases has an efficient implicit conversion to
872 StringRef, which doesn't result in a dynamic strlen being executed.
873
874 StringRef has a few major limitations which make more powerful string containers
875 useful:
876
877 #. You cannot directly convert a StringRef to a 'const char*' because there is
878    no way to add a trailing nul (unlike the .c_str() method on various stronger
879    classes).
880
881 #. StringRef doesn't own or keep alive the underlying string bytes.
882    As such it can easily lead to dangling pointers, and is not suitable for
883    embedding in datastructures in most cases (instead, use an std::string or
884    something like that).
885
886 #. For the same reason, StringRef cannot be used as the return value of a
887    method if the method "computes" the result string.  Instead, use std::string.
888
889 #. StringRef's do not allow you to mutate the pointed-to string bytes and it
890    doesn't allow you to insert or remove bytes from the range.  For editing
891    operations like this, it interoperates with the :ref:`Twine <dss_twine>`
892    class.
893
894 Because of its strengths and limitations, it is very common for a function to
895 take a StringRef and for a method on an object to return a StringRef that points
896 into some string that it owns.
897
898 .. _dss_twine:
899
900 llvm/ADT/Twine.h
901 ^^^^^^^^^^^^^^^^
902
903 The Twine class is used as an intermediary datatype for APIs that want to take a
904 string that can be constructed inline with a series of concatenations.  Twine
905 works by forming recursive instances of the Twine datatype (a simple value
906 object) on the stack as temporary objects, linking them together into a tree
907 which is then linearized when the Twine is consumed.  Twine is only safe to use
908 as the argument to a function, and should always be a const reference, e.g.:
909
910 .. code-block:: c++
911
912   void foo(const Twine &T);
913   ...
914   StringRef X = ...
915   unsigned i = ...
916   foo(X + "." + Twine(i));
917
918 This example forms a string like "blarg.42" by concatenating the values
919 together, and does not form intermediate strings containing "blarg" or "blarg.".
920
921 Because Twine is constructed with temporary objects on the stack, and because
922 these instances are destroyed at the end of the current statement, it is an
923 inherently dangerous API.  For example, this simple variant contains undefined
924 behavior and will probably crash:
925
926 .. code-block:: c++
927
928   void foo(const Twine &T);
929   ...
930   StringRef X = ...
931   unsigned i = ...
932   const Twine &Tmp = X + "." + Twine(i);
933   foo(Tmp);
934
935 ... because the temporaries are destroyed before the call.  That said, Twine's
936 are much more efficient than intermediate std::string temporaries, and they work
937 really well with StringRef.  Just be aware of their limitations.
938
939 .. _dss_smallstring:
940
941 llvm/ADT/SmallString.h
942 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
943
944 SmallString is a subclass of :ref:`SmallVector <dss_smallvector>` that adds some
945 convenience APIs like += that takes StringRef's.  SmallString avoids allocating
946 memory in the case when the preallocated space is enough to hold its data, and
947 it calls back to general heap allocation when required.  Since it owns its data,
948 it is very safe to use and supports full mutation of the string.
949
950 Like SmallVector's, the big downside to SmallString is their sizeof.  While they
951 are optimized for small strings, they themselves are not particularly small.
952 This means that they work great for temporary scratch buffers on the stack, but
953 should not generally be put into the heap: it is very rare to see a SmallString
954 as the member of a frequently-allocated heap data structure or returned
955 by-value.
956
957 .. _dss_stdstring:
958
959 std::string
960 ^^^^^^^^^^^
961
962 The standard C++ std::string class is a very general class that (like
963 SmallString) owns its underlying data.  sizeof(std::string) is very reasonable
964 so it can be embedded into heap data structures and returned by-value.  On the
965 other hand, std::string is highly inefficient for inline editing (e.g.
966 concatenating a bunch of stuff together) and because it is provided by the
967 standard library, its performance characteristics depend a lot of the host
968 standard library (e.g. libc++ and MSVC provide a highly optimized string class,
969 GCC contains a really slow implementation).
970
971 The major disadvantage of std::string is that almost every operation that makes
972 them larger can allocate memory, which is slow.  As such, it is better to use
973 SmallVector or Twine as a scratch buffer, but then use std::string to persist
974 the result.
975
976 .. _ds_set:
977
978 Set-Like Containers (std::set, SmallSet, SetVector, etc)
979 --------------------------------------------------------
980
981 Set-like containers are useful when you need to canonicalize multiple values
982 into a single representation.  There are several different choices for how to do
983 this, providing various trade-offs.
984
985 .. _dss_sortedvectorset:
986
987 A sorted 'vector'
988 ^^^^^^^^^^^^^^^^^
989
990 If you intend to insert a lot of elements, then do a lot of queries, a great
991 approach is to use a vector (or other sequential container) with
992 std::sort+std::unique to remove duplicates.  This approach works really well if
993 your usage pattern has these two distinct phases (insert then query), and can be
994 coupled with a good choice of :ref:`sequential container <ds_sequential>`.
995
996 This combination provides the several nice properties: the result data is
997 contiguous in memory (good for cache locality), has few allocations, is easy to
998 address (iterators in the final vector are just indices or pointers), and can be
999 efficiently queried with a standard binary or radix search.
1000
1001 .. _dss_smallset:
1002
1003 llvm/ADT/SmallSet.h
1004 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1005
1006 If you have a set-like data structure that is usually small and whose elements
1007 are reasonably small, a ``SmallSet<Type, N>`` is a good choice.  This set has
1008 space for N elements in place (thus, if the set is dynamically smaller than N,
1009 no malloc traffic is required) and accesses them with a simple linear search.
1010 When the set grows beyond 'N' elements, it allocates a more expensive
1011 representation that guarantees efficient access (for most types, it falls back
1012 to std::set, but for pointers it uses something far better, :ref:`SmallPtrSet
1013 <dss_smallptrset>`.
1014
1015 The magic of this class is that it handles small sets extremely efficiently, but
1016 gracefully handles extremely large sets without loss of efficiency.  The
1017 drawback is that the interface is quite small: it supports insertion, queries
1018 and erasing, but does not support iteration.
1019
1020 .. _dss_smallptrset:
1021
1022 llvm/ADT/SmallPtrSet.h
1023 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1024
1025 SmallPtrSet has all the advantages of ``SmallSet`` (and a ``SmallSet`` of
1026 pointers is transparently implemented with a ``SmallPtrSet``), but also supports
1027 iterators.  If more than 'N' insertions are performed, a single quadratically
1028 probed hash table is allocated and grows as needed, providing extremely
1029 efficient access (constant time insertion/deleting/queries with low constant
1030 factors) and is very stingy with malloc traffic.
1031
1032 Note that, unlike ``std::set``, the iterators of ``SmallPtrSet`` are invalidated
1033 whenever an insertion occurs.  Also, the values visited by the iterators are not
1034 visited in sorted order.
1035
1036 .. _dss_denseset:
1037
1038 llvm/ADT/DenseSet.h
1039 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1040
1041 DenseSet is a simple quadratically probed hash table.  It excels at supporting
1042 small values: it uses a single allocation to hold all of the pairs that are
1043 currently inserted in the set.  DenseSet is a great way to unique small values
1044 that are not simple pointers (use :ref:`SmallPtrSet <dss_smallptrset>` for
1045 pointers).  Note that DenseSet has the same requirements for the value type that
1046 :ref:`DenseMap <dss_densemap>` has.
1047
1048 .. _dss_sparseset:
1049
1050 llvm/ADT/SparseSet.h
1051 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1052
1053 SparseSet holds a small number of objects identified by unsigned keys of
1054 moderate size.  It uses a lot of memory, but provides operations that are almost
1055 as fast as a vector.  Typical keys are physical registers, virtual registers, or
1056 numbered basic blocks.
1057
1058 SparseSet is useful for algorithms that need very fast clear/find/insert/erase
1059 and fast iteration over small sets.  It is not intended for building composite
1060 data structures.
1061
1062 .. _dss_FoldingSet:
1063
1064 llvm/ADT/FoldingSet.h
1065 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1066
1067 FoldingSet is an aggregate class that is really good at uniquing
1068 expensive-to-create or polymorphic objects.  It is a combination of a chained
1069 hash table with intrusive links (uniqued objects are required to inherit from
1070 FoldingSetNode) that uses :ref:`SmallVector <dss_smallvector>` as part of its ID
1071 process.
1072
1073 Consider a case where you want to implement a "getOrCreateFoo" method for a
1074 complex object (for example, a node in the code generator).  The client has a
1075 description of **what** it wants to generate (it knows the opcode and all the
1076 operands), but we don't want to 'new' a node, then try inserting it into a set
1077 only to find out it already exists, at which point we would have to delete it
1078 and return the node that already exists.
1079
1080 To support this style of client, FoldingSet perform a query with a
1081 FoldingSetNodeID (which wraps SmallVector) that can be used to describe the
1082 element that we want to query for.  The query either returns the element
1083 matching the ID or it returns an opaque ID that indicates where insertion should
1084 take place.  Construction of the ID usually does not require heap traffic.
1085
1086 Because FoldingSet uses intrusive links, it can support polymorphic objects in
1087 the set (for example, you can have SDNode instances mixed with LoadSDNodes).
1088 Because the elements are individually allocated, pointers to the elements are
1089 stable: inserting or removing elements does not invalidate any pointers to other
1090 elements.
1091
1092 .. _dss_set:
1093
1094 <set>
1095 ^^^^^
1096
1097 ``std::set`` is a reasonable all-around set class, which is decent at many
1098 things but great at nothing.  std::set allocates memory for each element
1099 inserted (thus it is very malloc intensive) and typically stores three pointers
1100 per element in the set (thus adding a large amount of per-element space
1101 overhead).  It offers guaranteed log(n) performance, which is not particularly
1102 fast from a complexity standpoint (particularly if the elements of the set are
1103 expensive to compare, like strings), and has extremely high constant factors for
1104 lookup, insertion and removal.
1105
1106 The advantages of std::set are that its iterators are stable (deleting or
1107 inserting an element from the set does not affect iterators or pointers to other
1108 elements) and that iteration over the set is guaranteed to be in sorted order.
1109 If the elements in the set are large, then the relative overhead of the pointers
1110 and malloc traffic is not a big deal, but if the elements of the set are small,
1111 std::set is almost never a good choice.
1112
1113 .. _dss_setvector:
1114
1115 llvm/ADT/SetVector.h
1116 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1117
1118 LLVM's ``SetVector<Type>`` is an adapter class that combines your choice of a
1119 set-like container along with a :ref:`Sequential Container <ds_sequential>` The
1120 important property that this provides is efficient insertion with uniquing
1121 (duplicate elements are ignored) with iteration support.  It implements this by
1122 inserting elements into both a set-like container and the sequential container,
1123 using the set-like container for uniquing and the sequential container for
1124 iteration.
1125
1126 The difference between SetVector and other sets is that the order of iteration
1127 is guaranteed to match the order of insertion into the SetVector.  This property
1128 is really important for things like sets of pointers.  Because pointer values
1129 are non-deterministic (e.g. vary across runs of the program on different
1130 machines), iterating over the pointers in the set will not be in a well-defined
1131 order.
1132
1133 The drawback of SetVector is that it requires twice as much space as a normal
1134 set and has the sum of constant factors from the set-like container and the
1135 sequential container that it uses.  Use it **only** if you need to iterate over
1136 the elements in a deterministic order.  SetVector is also expensive to delete
1137 elements out of (linear time), unless you use it's "pop_back" method, which is
1138 faster.
1139
1140 ``SetVector`` is an adapter class that defaults to using ``std::vector`` and a
1141 size 16 ``SmallSet`` for the underlying containers, so it is quite expensive.
1142 However, ``"llvm/ADT/SetVector.h"`` also provides a ``SmallSetVector`` class,
1143 which defaults to using a ``SmallVector`` and ``SmallSet`` of a specified size.
1144 If you use this, and if your sets are dynamically smaller than ``N``, you will
1145 save a lot of heap traffic.
1146
1147 .. _dss_uniquevector:
1148
1149 llvm/ADT/UniqueVector.h
1150 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1151
1152 UniqueVector is similar to :ref:`SetVector <dss_setvector>` but it retains a
1153 unique ID for each element inserted into the set.  It internally contains a map
1154 and a vector, and it assigns a unique ID for each value inserted into the set.
1155
1156 UniqueVector is very expensive: its cost is the sum of the cost of maintaining
1157 both the map and vector, it has high complexity, high constant factors, and
1158 produces a lot of malloc traffic.  It should be avoided.
1159
1160 .. _dss_immutableset:
1161
1162 llvm/ADT/ImmutableSet.h
1163 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1164
1165 ImmutableSet is an immutable (functional) set implementation based on an AVL
1166 tree.  Adding or removing elements is done through a Factory object and results
1167 in the creation of a new ImmutableSet object.  If an ImmutableSet already exists
1168 with the given contents, then the existing one is returned; equality is compared
1169 with a FoldingSetNodeID.  The time and space complexity of add or remove
1170 operations is logarithmic in the size of the original set.
1171
1172 There is no method for returning an element of the set, you can only check for
1173 membership.
1174
1175 .. _dss_otherset:
1176
1177 Other Set-Like Container Options
1178 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1179
1180 The STL provides several other options, such as std::multiset and the various
1181 "hash_set" like containers (whether from C++ TR1 or from the SGI library).  We
1182 never use hash_set and unordered_set because they are generally very expensive
1183 (each insertion requires a malloc) and very non-portable.
1184
1185 std::multiset is useful if you're not interested in elimination of duplicates,
1186 but has all the drawbacks of std::set.  A sorted vector (where you don't delete
1187 duplicate entries) or some other approach is almost always better.
1188
1189 .. _ds_map:
1190
1191 Map-Like Containers (std::map, DenseMap, etc)
1192 ---------------------------------------------
1193
1194 Map-like containers are useful when you want to associate data to a key.  As
1195 usual, there are a lot of different ways to do this. :)
1196
1197 .. _dss_sortedvectormap:
1198
1199 A sorted 'vector'
1200 ^^^^^^^^^^^^^^^^^
1201
1202 If your usage pattern follows a strict insert-then-query approach, you can
1203 trivially use the same approach as :ref:`sorted vectors for set-like containers
1204 <dss_sortedvectorset>`.  The only difference is that your query function (which
1205 uses std::lower_bound to get efficient log(n) lookup) should only compare the
1206 key, not both the key and value.  This yields the same advantages as sorted
1207 vectors for sets.
1208
1209 .. _dss_stringmap:
1210
1211 llvm/ADT/StringMap.h
1212 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1213
1214 Strings are commonly used as keys in maps, and they are difficult to support
1215 efficiently: they are variable length, inefficient to hash and compare when
1216 long, expensive to copy, etc.  StringMap is a specialized container designed to
1217 cope with these issues.  It supports mapping an arbitrary range of bytes to an
1218 arbitrary other object.
1219
1220 The StringMap implementation uses a quadratically-probed hash table, where the
1221 buckets store a pointer to the heap allocated entries (and some other stuff).
1222 The entries in the map must be heap allocated because the strings are variable
1223 length.  The string data (key) and the element object (value) are stored in the
1224 same allocation with the string data immediately after the element object.
1225 This container guarantees the "``(char*)(&Value+1)``" points to the key string
1226 for a value.
1227
1228 The StringMap is very fast for several reasons: quadratic probing is very cache
1229 efficient for lookups, the hash value of strings in buckets is not recomputed
1230 when looking up an element, StringMap rarely has to touch the memory for
1231 unrelated objects when looking up a value (even when hash collisions happen),
1232 hash table growth does not recompute the hash values for strings already in the
1233 table, and each pair in the map is store in a single allocation (the string data
1234 is stored in the same allocation as the Value of a pair).
1235
1236 StringMap also provides query methods that take byte ranges, so it only ever
1237 copies a string if a value is inserted into the table.
1238
1239 StringMap iteratation order, however, is not guaranteed to be deterministic, so
1240 any uses which require that should instead use a std::map.
1241
1242 .. _dss_indexmap:
1243
1244 llvm/ADT/IndexedMap.h
1245 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1246
1247 IndexedMap is a specialized container for mapping small dense integers (or
1248 values that can be mapped to small dense integers) to some other type.  It is
1249 internally implemented as a vector with a mapping function that maps the keys
1250 to the dense integer range.
1251
1252 This is useful for cases like virtual registers in the LLVM code generator: they
1253 have a dense mapping that is offset by a compile-time constant (the first
1254 virtual register ID).
1255
1256 .. _dss_densemap:
1257
1258 llvm/ADT/DenseMap.h
1259 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1260
1261 DenseMap is a simple quadratically probed hash table.  It excels at supporting
1262 small keys and values: it uses a single allocation to hold all of the pairs
1263 that are currently inserted in the map.  DenseMap is a great way to map
1264 pointers to pointers, or map other small types to each other.
1265
1266 There are several aspects of DenseMap that you should be aware of, however.
1267 The iterators in a DenseMap are invalidated whenever an insertion occurs,
1268 unlike map.  Also, because DenseMap allocates space for a large number of
1269 key/value pairs (it starts with 64 by default), it will waste a lot of space if
1270 your keys or values are large.  Finally, you must implement a partial
1271 specialization of DenseMapInfo for the key that you want, if it isn't already
1272 supported.  This is required to tell DenseMap about two special marker values
1273 (which can never be inserted into the map) that it needs internally.
1274
1275 DenseMap's find_as() method supports lookup operations using an alternate key
1276 type.  This is useful in cases where the normal key type is expensive to
1277 construct, but cheap to compare against.  The DenseMapInfo is responsible for
1278 defining the appropriate comparison and hashing methods for each alternate key
1279 type used.
1280
1281 .. _dss_valuemap:
1282
1283 llvm/ADT/ValueMap.h
1284 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1285
1286 ValueMap is a wrapper around a :ref:`DenseMap <dss_densemap>` mapping
1287 ``Value*``\ s (or subclasses) to another type.  When a Value is deleted or
1288 RAUW'ed, ValueMap will update itself so the new version of the key is mapped to
1289 the same value, just as if the key were a WeakVH.  You can configure exactly how
1290 this happens, and what else happens on these two events, by passing a ``Config``
1291 parameter to the ValueMap template.
1292
1293 .. _dss_intervalmap:
1294
1295 llvm/ADT/IntervalMap.h
1296 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1297
1298 IntervalMap is a compact map for small keys and values.  It maps key intervals
1299 instead of single keys, and it will automatically coalesce adjacent intervals.
1300 When then map only contains a few intervals, they are stored in the map object
1301 itself to avoid allocations.
1302
1303 The IntervalMap iterators are quite big, so they should not be passed around as
1304 STL iterators.  The heavyweight iterators allow a smaller data structure.
1305
1306 .. _dss_map:
1307
1308 <map>
1309 ^^^^^
1310
1311 std::map has similar characteristics to :ref:`std::set <dss_set>`: it uses a
1312 single allocation per pair inserted into the map, it offers log(n) lookup with
1313 an extremely large constant factor, imposes a space penalty of 3 pointers per
1314 pair in the map, etc.
1315
1316 std::map is most useful when your keys or values are very large, if you need to
1317 iterate over the collection in sorted order, or if you need stable iterators
1318 into the map (i.e. they don't get invalidated if an insertion or deletion of
1319 another element takes place).
1320
1321 .. _dss_mapvector:
1322
1323 llvm/ADT/MapVector.h
1324 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1325
1326 ``MapVector<KeyT,ValueT>`` provides a subset of the DenseMap interface.  The
1327 main difference is that the iteration order is guaranteed to be the insertion
1328 order, making it an easy (but somewhat expensive) solution for non-deterministic
1329 iteration over maps of pointers.
1330
1331 It is implemented by mapping from key to an index in a vector of key,value
1332 pairs.  This provides fast lookup and iteration, but has two main drawbacks: The
1333 key is stored twice and it doesn't support removing elements.
1334
1335 .. _dss_inteqclasses:
1336
1337 llvm/ADT/IntEqClasses.h
1338 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1339
1340 IntEqClasses provides a compact representation of equivalence classes of small
1341 integers.  Initially, each integer in the range 0..n-1 has its own equivalence
1342 class.  Classes can be joined by passing two class representatives to the
1343 join(a, b) method.  Two integers are in the same class when findLeader() returns
1344 the same representative.
1345
1346 Once all equivalence classes are formed, the map can be compressed so each
1347 integer 0..n-1 maps to an equivalence class number in the range 0..m-1, where m
1348 is the total number of equivalence classes.  The map must be uncompressed before
1349 it can be edited again.
1350
1351 .. _dss_immutablemap:
1352
1353 llvm/ADT/ImmutableMap.h
1354 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1355
1356 ImmutableMap is an immutable (functional) map implementation based on an AVL
1357 tree.  Adding or removing elements is done through a Factory object and results
1358 in the creation of a new ImmutableMap object.  If an ImmutableMap already exists
1359 with the given key set, then the existing one is returned; equality is compared
1360 with a FoldingSetNodeID.  The time and space complexity of add or remove
1361 operations is logarithmic in the size of the original map.
1362
1363 .. _dss_othermap:
1364
1365 Other Map-Like Container Options
1366 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1367
1368 The STL provides several other options, such as std::multimap and the various
1369 "hash_map" like containers (whether from C++ TR1 or from the SGI library).  We
1370 never use hash_set and unordered_set because they are generally very expensive
1371 (each insertion requires a malloc) and very non-portable.
1372
1373 std::multimap is useful if you want to map a key to multiple values, but has all
1374 the drawbacks of std::map.  A sorted vector or some other approach is almost
1375 always better.
1376
1377 .. _ds_bit:
1378
1379 Bit storage containers (BitVector, SparseBitVector)
1380 ---------------------------------------------------
1381
1382 Unlike the other containers, there are only two bit storage containers, and
1383 choosing when to use each is relatively straightforward.
1384
1385 One additional option is ``std::vector<bool>``: we discourage its use for two
1386 reasons 1) the implementation in many common compilers (e.g.  commonly
1387 available versions of GCC) is extremely inefficient and 2) the C++ standards
1388 committee is likely to deprecate this container and/or change it significantly
1389 somehow.  In any case, please don't use it.
1390
1391 .. _dss_bitvector:
1392
1393 BitVector
1394 ^^^^^^^^^
1395
1396 The BitVector container provides a dynamic size set of bits for manipulation.
1397 It supports individual bit setting/testing, as well as set operations.  The set
1398 operations take time O(size of bitvector), but operations are performed one word
1399 at a time, instead of one bit at a time.  This makes the BitVector very fast for
1400 set operations compared to other containers.  Use the BitVector when you expect
1401 the number of set bits to be high (i.e. a dense set).
1402
1403 .. _dss_smallbitvector:
1404
1405 SmallBitVector
1406 ^^^^^^^^^^^^^^
1407
1408 The SmallBitVector container provides the same interface as BitVector, but it is
1409 optimized for the case where only a small number of bits, less than 25 or so,
1410 are needed.  It also transparently supports larger bit counts, but slightly less
1411 efficiently than a plain BitVector, so SmallBitVector should only be used when
1412 larger counts are rare.
1413
1414 At this time, SmallBitVector does not support set operations (and, or, xor), and
1415 its operator[] does not provide an assignable lvalue.
1416
1417 .. _dss_sparsebitvector:
1418
1419 SparseBitVector
1420 ^^^^^^^^^^^^^^^
1421
1422 The SparseBitVector container is much like BitVector, with one major difference:
1423 Only the bits that are set, are stored.  This makes the SparseBitVector much
1424 more space efficient than BitVector when the set is sparse, as well as making
1425 set operations O(number of set bits) instead of O(size of universe).  The
1426 downside to the SparseBitVector is that setting and testing of random bits is
1427 O(N), and on large SparseBitVectors, this can be slower than BitVector.  In our
1428 implementation, setting or testing bits in sorted order (either forwards or
1429 reverse) is O(1) worst case.  Testing and setting bits within 128 bits (depends
1430 on size) of the current bit is also O(1).  As a general statement,
1431 testing/setting bits in a SparseBitVector is O(distance away from last set bit).
1432
1433 .. _common:
1434
1435 Helpful Hints for Common Operations
1436 ===================================
1437
1438 This section describes how to perform some very simple transformations of LLVM
1439 code.  This is meant to give examples of common idioms used, showing the
1440 practical side of LLVM transformations.
1441
1442 Because this is a "how-to" section, you should also read about the main classes
1443 that you will be working with.  The :ref:`Core LLVM Class Hierarchy Reference
1444 <coreclasses>` contains details and descriptions of the main classes that you
1445 should know about.
1446
1447 .. _inspection:
1448
1449 Basic Inspection and Traversal Routines
1450 ---------------------------------------
1451
1452 The LLVM compiler infrastructure have many different data structures that may be
1453 traversed.  Following the example of the C++ standard template library, the
1454 techniques used to traverse these various data structures are all basically the
1455 same.  For a enumerable sequence of values, the ``XXXbegin()`` function (or
1456 method) returns an iterator to the start of the sequence, the ``XXXend()``
1457 function returns an iterator pointing to one past the last valid element of the
1458 sequence, and there is some ``XXXiterator`` data type that is common between the
1459 two operations.
1460
1461 Because the pattern for iteration is common across many different aspects of the
1462 program representation, the standard template library algorithms may be used on
1463 them, and it is easier to remember how to iterate.  First we show a few common
1464 examples of the data structures that need to be traversed.  Other data
1465 structures are traversed in very similar ways.
1466
1467 .. _iterate_function:
1468
1469 Iterating over the ``BasicBlock`` in a ``Function``
1470 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1471
1472 It's quite common to have a ``Function`` instance that you'd like to transform
1473 in some way; in particular, you'd like to manipulate its ``BasicBlock``\ s.  To
1474 facilitate this, you'll need to iterate over all of the ``BasicBlock``\ s that
1475 constitute the ``Function``.  The following is an example that prints the name
1476 of a ``BasicBlock`` and the number of ``Instruction``\ s it contains:
1477
1478 .. code-block:: c++
1479
1480   // func is a pointer to a Function instance
1481   for (Function::iterator i = func->begin(), e = func->end(); i != e; ++i)
1482     // Print out the name of the basic block if it has one, and then the
1483     // number of instructions that it contains
1484     errs() << "Basic block (name=" << i->getName() << ") has "
1485                << i->size() << " instructions.\n";
1486
1487 Note that i can be used as if it were a pointer for the purposes of invoking
1488 member functions of the ``Instruction`` class.  This is because the indirection
1489 operator is overloaded for the iterator classes.  In the above code, the
1490 expression ``i->size()`` is exactly equivalent to ``(*i).size()`` just like
1491 you'd expect.
1492
1493 .. _iterate_basicblock:
1494
1495 Iterating over the ``Instruction`` in a ``BasicBlock``
1496 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1497
1498 Just like when dealing with ``BasicBlock``\ s in ``Function``\ s, it's easy to
1499 iterate over the individual instructions that make up ``BasicBlock``\ s.  Here's
1500 a code snippet that prints out each instruction in a ``BasicBlock``:
1501
1502 .. code-block:: c++
1503
1504   // blk is a pointer to a BasicBlock instance
1505   for (BasicBlock::iterator i = blk->begin(), e = blk->end(); i != e; ++i)
1506      // The next statement works since operator<<(ostream&,...)
1507      // is overloaded for Instruction&
1508      errs() << *i << "\n";
1509
1510
1511 However, this isn't really the best way to print out the contents of a
1512 ``BasicBlock``!  Since the ostream operators are overloaded for virtually
1513 anything you'll care about, you could have just invoked the print routine on the
1514 basic block itself: ``errs() << *blk << "\n";``.
1515
1516 .. _iterate_insiter:
1517
1518 Iterating over the ``Instruction`` in a ``Function``
1519 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1520
1521 If you're finding that you commonly iterate over a ``Function``'s
1522 ``BasicBlock``\ s and then that ``BasicBlock``'s ``Instruction``\ s,
1523 ``InstIterator`` should be used instead.  You'll need to include
1524 ``llvm/Support/InstIterator.h`` (`doxygen
1525 <http://llvm.org/doxygen/InstIterator_8h-source.html>`__) and then instantiate
1526 ``InstIterator``\ s explicitly in your code.  Here's a small example that shows
1527 how to dump all instructions in a function to the standard error stream:
1528
1529 .. code-block:: c++
1530
1531   #include "llvm/Support/InstIterator.h"
1532
1533   // F is a pointer to a Function instance
1534   for (inst_iterator I = inst_begin(F), E = inst_end(F); I != E; ++I)
1535     errs() << *I << "\n";
1536
1537 Easy, isn't it?  You can also use ``InstIterator``\ s to fill a work list with
1538 its initial contents.  For example, if you wanted to initialize a work list to
1539 contain all instructions in a ``Function`` F, all you would need to do is
1540 something like:
1541
1542 .. code-block:: c++
1543
1544   std::set<Instruction*> worklist;
1545   // or better yet, SmallPtrSet<Instruction*, 64> worklist;
1546
1547   for (inst_iterator I = inst_begin(F), E = inst_end(F); I != E; ++I)
1548     worklist.insert(&*I);
1549
1550 The STL set ``worklist`` would now contain all instructions in the ``Function``
1551 pointed to by F.
1552
1553 .. _iterate_convert:
1554
1555 Turning an iterator into a class pointer (and vice-versa)
1556 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1557
1558 Sometimes, it'll be useful to grab a reference (or pointer) to a class instance
1559 when all you've got at hand is an iterator.  Well, extracting a reference or a
1560 pointer from an iterator is very straight-forward.  Assuming that ``i`` is a
1561 ``BasicBlock::iterator`` and ``j`` is a ``BasicBlock::const_iterator``:
1562
1563 .. code-block:: c++
1564
1565   Instruction& inst = *i;   // Grab reference to instruction reference
1566   Instruction* pinst = &*i; // Grab pointer to instruction reference
1567   const Instruction& inst = *j;
1568
1569 However, the iterators you'll be working with in the LLVM framework are special:
1570 they will automatically convert to a ptr-to-instance type whenever they need to.
1571 Instead of derferencing the iterator and then taking the address of the result,
1572 you can simply assign the iterator to the proper pointer type and you get the
1573 dereference and address-of operation as a result of the assignment (behind the
1574 scenes, this is a result of overloading casting mechanisms).  Thus the last line
1575 of the last example,
1576
1577 .. code-block:: c++
1578
1579   Instruction *pinst = &*i;
1580
1581 is semantically equivalent to
1582
1583 .. code-block:: c++
1584
1585   Instruction *pinst = i;
1586
1587 It's also possible to turn a class pointer into the corresponding iterator, and
1588 this is a constant time operation (very efficient).  The following code snippet
1589 illustrates use of the conversion constructors provided by LLVM iterators.  By
1590 using these, you can explicitly grab the iterator of something without actually
1591 obtaining it via iteration over some structure:
1592
1593 .. code-block:: c++
1594
1595   void printNextInstruction(Instruction* inst) {
1596     BasicBlock::iterator it(inst);
1597     ++it; // After this line, it refers to the instruction after *inst
1598     if (it != inst->getParent()->end()) errs() << *it << "\n";
1599   }
1600
1601 Unfortunately, these implicit conversions come at a cost; they prevent these
1602 iterators from conforming to standard iterator conventions, and thus from being
1603 usable with standard algorithms and containers.  For example, they prevent the
1604 following code, where ``B`` is a ``BasicBlock``, from compiling:
1605
1606 .. code-block:: c++
1607
1608   llvm::SmallVector<llvm::Instruction *, 16>(B->begin(), B->end());
1609
1610 Because of this, these implicit conversions may be removed some day, and
1611 ``operator*`` changed to return a pointer instead of a reference.
1612
1613 .. _iterate_complex:
1614
1615 Finding call sites: a slightly more complex example
1616 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1617
1618 Say that you're writing a FunctionPass and would like to count all the locations
1619 in the entire module (that is, across every ``Function``) where a certain
1620 function (i.e., some ``Function *``) is already in scope.  As you'll learn
1621 later, you may want to use an ``InstVisitor`` to accomplish this in a much more
1622 straight-forward manner, but this example will allow us to explore how you'd do
1623 it if you didn't have ``InstVisitor`` around.  In pseudo-code, this is what we
1624 want to do:
1625
1626 .. code-block:: none
1627
1628   initialize callCounter to zero
1629   for each Function f in the Module
1630     for each BasicBlock b in f
1631       for each Instruction i in b
1632         if (i is a CallInst and calls the given function)
1633           increment callCounter
1634
1635 And the actual code is (remember, because we're writing a ``FunctionPass``, our
1636 ``FunctionPass``-derived class simply has to override the ``runOnFunction``
1637 method):
1638
1639 .. code-block:: c++
1640
1641   Function* targetFunc = ...;
1642
1643   class OurFunctionPass : public FunctionPass {
1644     public:
1645       OurFunctionPass(): callCounter(0) { }
1646
1647       virtual runOnFunction(Function& F) {
1648         for (Function::iterator b = F.begin(), be = F.end(); b != be; ++b) {
1649           for (BasicBlock::iterator i = b->begin(), ie = b->end(); i != ie; ++i) {
1650             if (CallInst* callInst = dyn_cast<CallInst>(&*i)) {
1651               // We know we've encountered a call instruction, so we
1652               // need to determine if it's a call to the
1653               // function pointed to by m_func or not.
1654               if (callInst->getCalledFunction() == targetFunc)
1655                 ++callCounter;
1656             }
1657           }
1658         }
1659       }
1660
1661     private:
1662       unsigned callCounter;
1663   };
1664
1665 .. _calls_and_invokes:
1666
1667 Treating calls and invokes the same way
1668 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1669
1670 You may have noticed that the previous example was a bit oversimplified in that
1671 it did not deal with call sites generated by 'invoke' instructions.  In this,
1672 and in other situations, you may find that you want to treat ``CallInst``\ s and
1673 ``InvokeInst``\ s the same way, even though their most-specific common base
1674 class is ``Instruction``, which includes lots of less closely-related things.
1675 For these cases, LLVM provides a handy wrapper class called ``CallSite``
1676 (`doxygen <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1CallSite.html>`__) It is
1677 essentially a wrapper around an ``Instruction`` pointer, with some methods that
1678 provide functionality common to ``CallInst``\ s and ``InvokeInst``\ s.
1679
1680 This class has "value semantics": it should be passed by value, not by reference
1681 and it should not be dynamically allocated or deallocated using ``operator new``
1682 or ``operator delete``.  It is efficiently copyable, assignable and
1683 constructable, with costs equivalents to that of a bare pointer.  If you look at
1684 its definition, it has only a single pointer member.
1685
1686 .. _iterate_chains:
1687
1688 Iterating over def-use & use-def chains
1689 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1690
1691 Frequently, we might have an instance of the ``Value`` class (`doxygen
1692 <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Value.html>`__) and we want to determine
1693 which ``User`` s use the ``Value``.  The list of all ``User``\ s of a particular
1694 ``Value`` is called a *def-use* chain.  For example, let's say we have a
1695 ``Function*`` named ``F`` to a particular function ``foo``.  Finding all of the
1696 instructions that *use* ``foo`` is as simple as iterating over the *def-use*
1697 chain of ``F``:
1698
1699 .. code-block:: c++
1700
1701   Function *F = ...;
1702
1703   for (Value::use_iterator i = F->use_begin(), e = F->use_end(); i != e; ++i)
1704     if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(*i)) {
1705       errs() << "F is used in instruction:\n";
1706       errs() << *Inst << "\n";
1707     }
1708
1709 Note that dereferencing a ``Value::use_iterator`` is not a very cheap operation.
1710 Instead of performing ``*i`` above several times, consider doing it only once in
1711 the loop body and reusing its result.
1712
1713 Alternatively, it's common to have an instance of the ``User`` Class (`doxygen
1714 <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1User.html>`__) and need to know what
1715 ``Value``\ s are used by it.  The list of all ``Value``\ s used by a ``User`` is
1716 known as a *use-def* chain.  Instances of class ``Instruction`` are common
1717 ``User`` s, so we might want to iterate over all of the values that a particular
1718 instruction uses (that is, the operands of the particular ``Instruction``):
1719
1720 .. code-block:: c++
1721
1722   Instruction *pi = ...;
1723
1724   for (User::op_iterator i = pi->op_begin(), e = pi->op_end(); i != e; ++i) {
1725     Value *v = *i;
1726     // ...
1727   }
1728
1729 Declaring objects as ``const`` is an important tool of enforcing mutation free
1730 algorithms (such as analyses, etc.).  For this purpose above iterators come in
1731 constant flavors as ``Value::const_use_iterator`` and
1732 ``Value::const_op_iterator``.  They automatically arise when calling
1733 ``use/op_begin()`` on ``const Value*``\ s or ``const User*``\ s respectively.
1734 Upon dereferencing, they return ``const Use*``\ s.  Otherwise the above patterns
1735 remain unchanged.
1736
1737 .. _iterate_preds:
1738
1739 Iterating over predecessors & successors of blocks
1740 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1741
1742 Iterating over the predecessors and successors of a block is quite easy with the
1743 routines defined in ``"llvm/Support/CFG.h"``.  Just use code like this to
1744 iterate over all predecessors of BB:
1745
1746 .. code-block:: c++
1747
1748   #include "llvm/Support/CFG.h"
1749   BasicBlock *BB = ...;
1750
1751   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
1752     BasicBlock *Pred = *PI;
1753     // ...
1754   }
1755
1756 Similarly, to iterate over successors use ``succ_iterator/succ_begin/succ_end``.
1757
1758 .. _simplechanges:
1759
1760 Making simple changes
1761 ---------------------
1762
1763 There are some primitive transformation operations present in the LLVM
1764 infrastructure that are worth knowing about.  When performing transformations,
1765 it's fairly common to manipulate the contents of basic blocks.  This section
1766 describes some of the common methods for doing so and gives example code.
1767
1768 .. _schanges_creating:
1769
1770 Creating and inserting new ``Instruction``\ s
1771 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1772
1773 *Instantiating Instructions*
1774
1775 Creation of ``Instruction``\ s is straight-forward: simply call the constructor
1776 for the kind of instruction to instantiate and provide the necessary parameters.
1777 For example, an ``AllocaInst`` only *requires* a (const-ptr-to) ``Type``.  Thus:
1778
1779 .. code-block:: c++
1780
1781   AllocaInst* ai = new AllocaInst(Type::Int32Ty);
1782
1783 will create an ``AllocaInst`` instance that represents the allocation of one
1784 integer in the current stack frame, at run time.  Each ``Instruction`` subclass
1785 is likely to have varying default parameters which change the semantics of the
1786 instruction, so refer to the `doxygen documentation for the subclass of
1787 Instruction <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Instruction.html>`_ that
1788 you're interested in instantiating.
1789
1790 *Naming values*
1791
1792 It is very useful to name the values of instructions when you're able to, as
1793 this facilitates the debugging of your transformations.  If you end up looking
1794 at generated LLVM machine code, you definitely want to have logical names
1795 associated with the results of instructions!  By supplying a value for the
1796 ``Name`` (default) parameter of the ``Instruction`` constructor, you associate a
1797 logical name with the result of the instruction's execution at run time.  For
1798 example, say that I'm writing a transformation that dynamically allocates space
1799 for an integer on the stack, and that integer is going to be used as some kind
1800 of index by some other code.  To accomplish this, I place an ``AllocaInst`` at
1801 the first point in the first ``BasicBlock`` of some ``Function``, and I'm
1802 intending to use it within the same ``Function``.  I might do:
1803
1804 .. code-block:: c++
1805
1806   AllocaInst* pa = new AllocaInst(Type::Int32Ty, 0, "indexLoc");
1807
1808 where ``indexLoc`` is now the logical name of the instruction's execution value,
1809 which is a pointer to an integer on the run time stack.
1810
1811 *Inserting instructions*
1812
1813 There are essentially two ways to insert an ``Instruction`` into an existing
1814 sequence of instructions that form a ``BasicBlock``:
1815
1816 * Insertion into an explicit instruction list
1817
1818   Given a ``BasicBlock* pb``, an ``Instruction* pi`` within that ``BasicBlock``,
1819   and a newly-created instruction we wish to insert before ``*pi``, we do the
1820   following:
1821
1822   .. code-block:: c++
1823
1824       BasicBlock *pb = ...;
1825       Instruction *pi = ...;
1826       Instruction *newInst = new Instruction(...);
1827
1828       pb->getInstList().insert(pi, newInst); // Inserts newInst before pi in pb
1829
1830   Appending to the end of a ``BasicBlock`` is so common that the ``Instruction``
1831   class and ``Instruction``-derived classes provide constructors which take a
1832   pointer to a ``BasicBlock`` to be appended to.  For example code that looked
1833   like:
1834
1835   .. code-block:: c++
1836
1837     BasicBlock *pb = ...;
1838     Instruction *newInst = new Instruction(...);
1839
1840     pb->getInstList().push_back(newInst); // Appends newInst to pb
1841
1842   becomes:
1843
1844   .. code-block:: c++
1845
1846     BasicBlock *pb = ...;
1847     Instruction *newInst = new Instruction(..., pb);
1848
1849   which is much cleaner, especially if you are creating long instruction
1850   streams.
1851
1852 * Insertion into an implicit instruction list
1853
1854   ``Instruction`` instances that are already in ``BasicBlock``\ s are implicitly
1855   associated with an existing instruction list: the instruction list of the
1856   enclosing basic block.  Thus, we could have accomplished the same thing as the
1857   above code without being given a ``BasicBlock`` by doing:
1858
1859   .. code-block:: c++
1860
1861     Instruction *pi = ...;
1862     Instruction *newInst = new Instruction(...);
1863
1864     pi->getParent()->getInstList().insert(pi, newInst);
1865
1866   In fact, this sequence of steps occurs so frequently that the ``Instruction``
1867   class and ``Instruction``-derived classes provide constructors which take (as
1868   a default parameter) a pointer to an ``Instruction`` which the newly-created
1869   ``Instruction`` should precede.  That is, ``Instruction`` constructors are
1870   capable of inserting the newly-created instance into the ``BasicBlock`` of a
1871   provided instruction, immediately before that instruction.  Using an
1872   ``Instruction`` constructor with a ``insertBefore`` (default) parameter, the
1873   above code becomes:
1874
1875   .. code-block:: c++
1876
1877     Instruction* pi = ...;
1878     Instruction* newInst = new Instruction(..., pi);
1879
1880   which is much cleaner, especially if you're creating a lot of instructions and
1881   adding them to ``BasicBlock``\ s.
1882
1883 .. _schanges_deleting:
1884
1885 Deleting Instructions
1886 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1887
1888 Deleting an instruction from an existing sequence of instructions that form a
1889 BasicBlock_ is very straight-forward: just call the instruction's
1890 ``eraseFromParent()`` method.  For example:
1891
1892 .. code-block:: c++
1893
1894   Instruction *I = .. ;
1895   I->eraseFromParent();
1896
1897 This unlinks the instruction from its containing basic block and deletes it.  If
1898 you'd just like to unlink the instruction from its containing basic block but
1899 not delete it, you can use the ``removeFromParent()`` method.
1900
1901 .. _schanges_replacing:
1902
1903 Replacing an Instruction with another Value
1904 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1905
1906 Replacing individual instructions
1907 """""""""""""""""""""""""""""""""
1908
1909 Including "`llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h
1910 <http://llvm.org/doxygen/BasicBlockUtils_8h-source.html>`_" permits use of two
1911 very useful replace functions: ``ReplaceInstWithValue`` and
1912 ``ReplaceInstWithInst``.
1913
1914 .. _schanges_deleting_sub:
1915
1916 Deleting Instructions
1917 """""""""""""""""""""
1918
1919 * ``ReplaceInstWithValue``
1920
1921   This function replaces all uses of a given instruction with a value, and then
1922   removes the original instruction.  The following example illustrates the
1923   replacement of the result of a particular ``AllocaInst`` that allocates memory
1924   for a single integer with a null pointer to an integer.
1925
1926   .. code-block:: c++
1927
1928     AllocaInst* instToReplace = ...;
1929     BasicBlock::iterator ii(instToReplace);
1930
1931     ReplaceInstWithValue(instToReplace->getParent()->getInstList(), ii,
1932                          Constant::getNullValue(PointerType::getUnqual(Type::Int32Ty)));
1933
1934 * ``ReplaceInstWithInst``
1935
1936   This function replaces a particular instruction with another instruction,
1937   inserting the new instruction into the basic block at the location where the
1938   old instruction was, and replacing any uses of the old instruction with the
1939   new instruction.  The following example illustrates the replacement of one
1940   ``AllocaInst`` with another.
1941
1942   .. code-block:: c++
1943
1944     AllocaInst* instToReplace = ...;
1945     BasicBlock::iterator ii(instToReplace);
1946
1947     ReplaceInstWithInst(instToReplace->getParent()->getInstList(), ii,
1948                         new AllocaInst(Type::Int32Ty, 0, "ptrToReplacedInt"));
1949
1950
1951 Replacing multiple uses of Users and Values
1952 """""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
1953
1954 You can use ``Value::replaceAllUsesWith`` and ``User::replaceUsesOfWith`` to
1955 change more than one use at a time.  See the doxygen documentation for the
1956 `Value Class <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Value.html>`_ and `User Class
1957 <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1User.html>`_, respectively, for more
1958 information.
1959
1960 .. _schanges_deletingGV:
1961
1962 Deleting GlobalVariables
1963 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1964
1965 Deleting a global variable from a module is just as easy as deleting an
1966 Instruction.  First, you must have a pointer to the global variable that you
1967 wish to delete.  You use this pointer to erase it from its parent, the module.
1968 For example:
1969
1970 .. code-block:: c++
1971
1972   GlobalVariable *GV = .. ;
1973
1974   GV->eraseFromParent();
1975
1976
1977 .. _create_types:
1978
1979 How to Create Types
1980 -------------------
1981
1982 In generating IR, you may need some complex types.  If you know these types
1983 statically, you can use ``TypeBuilder<...>::get()``, defined in
1984 ``llvm/Support/TypeBuilder.h``, to retrieve them.  ``TypeBuilder`` has two forms
1985 depending on whether you're building types for cross-compilation or native
1986 library use.  ``TypeBuilder<T, true>`` requires that ``T`` be independent of the
1987 host environment, meaning that it's built out of types from the ``llvm::types``
1988 (`doxygen <http://llvm.org/doxygen/namespacellvm_1_1types.html>`__) namespace
1989 and pointers, functions, arrays, etc. built of those.  ``TypeBuilder<T, false>``
1990 additionally allows native C types whose size may depend on the host compiler.
1991 For example,
1992
1993 .. code-block:: c++
1994
1995   FunctionType *ft = TypeBuilder<types::i<8>(types::i<32>*), true>::get();
1996
1997 is easier to read and write than the equivalent
1998
1999 .. code-block:: c++
2000
2001   std::vector<const Type*> params;
2002   params.push_back(PointerType::getUnqual(Type::Int32Ty));
2003   FunctionType *ft = FunctionType::get(Type::Int8Ty, params, false);
2004
2005 See the `class comment
2006 <http://llvm.org/doxygen/TypeBuilder_8h-source.html#l00001>`_ for more details.
2007
2008 .. _threading:
2009
2010 Threads and LLVM
2011 ================
2012
2013 This section describes the interaction of the LLVM APIs with multithreading,
2014 both on the part of client applications, and in the JIT, in the hosted
2015 application.
2016
2017 Note that LLVM's support for multithreading is still relatively young.  Up
2018 through version 2.5, the execution of threaded hosted applications was
2019 supported, but not threaded client access to the APIs.  While this use case is
2020 now supported, clients *must* adhere to the guidelines specified below to ensure
2021 proper operation in multithreaded mode.
2022
2023 Note that, on Unix-like platforms, LLVM requires the presence of GCC's atomic
2024 intrinsics in order to support threaded operation.  If you need a
2025 multhreading-capable LLVM on a platform without a suitably modern system
2026 compiler, consider compiling LLVM and LLVM-GCC in single-threaded mode, and
2027 using the resultant compiler to build a copy of LLVM with multithreading
2028 support.
2029
2030 .. _startmultithreaded:
2031
2032 Entering and Exiting Multithreaded Mode
2033 ---------------------------------------
2034
2035 In order to properly protect its internal data structures while avoiding
2036 excessive locking overhead in the single-threaded case, the LLVM must intialize
2037 certain data structures necessary to provide guards around its internals.  To do
2038 so, the client program must invoke ``llvm_start_multithreaded()`` before making
2039 any concurrent LLVM API calls.  To subsequently tear down these structures, use
2040 the ``llvm_stop_multithreaded()`` call.  You can also use the
2041 ``llvm_is_multithreaded()`` call to check the status of multithreaded mode.
2042
2043 Note that both of these calls must be made *in isolation*.  That is to say that
2044 no other LLVM API calls may be executing at any time during the execution of
2045 ``llvm_start_multithreaded()`` or ``llvm_stop_multithreaded``.  It's is the
2046 client's responsibility to enforce this isolation.
2047
2048 The return value of ``llvm_start_multithreaded()`` indicates the success or
2049 failure of the initialization.  Failure typically indicates that your copy of
2050 LLVM was built without multithreading support, typically because GCC atomic
2051 intrinsics were not found in your system compiler.  In this case, the LLVM API
2052 will not be safe for concurrent calls.  However, it *will* be safe for hosting
2053 threaded applications in the JIT, though :ref:`care must be taken
2054 <jitthreading>` to ensure that side exits and the like do not accidentally
2055 result in concurrent LLVM API calls.
2056
2057 .. _shutdown:
2058
2059 Ending Execution with ``llvm_shutdown()``
2060 -----------------------------------------
2061
2062 When you are done using the LLVM APIs, you should call ``llvm_shutdown()`` to
2063 deallocate memory used for internal structures.  This will also invoke
2064 ``llvm_stop_multithreaded()`` if LLVM is operating in multithreaded mode.  As
2065 such, ``llvm_shutdown()`` requires the same isolation guarantees as
2066 ``llvm_stop_multithreaded()``.
2067
2068 Note that, if you use scope-based shutdown, you can use the
2069 ``llvm_shutdown_obj`` class, which calls ``llvm_shutdown()`` in its destructor.
2070
2071 .. _managedstatic:
2072
2073 Lazy Initialization with ``ManagedStatic``
2074 ------------------------------------------
2075
2076 ``ManagedStatic`` is a utility class in LLVM used to implement static
2077 initialization of static resources, such as the global type tables.  Before the
2078 invocation of ``llvm_shutdown()``, it implements a simple lazy initialization
2079 scheme.  Once ``llvm_start_multithreaded()`` returns, however, it uses
2080 double-checked locking to implement thread-safe lazy initialization.
2081
2082 Note that, because no other threads are allowed to issue LLVM API calls before
2083 ``llvm_start_multithreaded()`` returns, it is possible to have
2084 ``ManagedStatic``\ s of ``llvm::sys::Mutex``\ s.
2085
2086 The ``llvm_acquire_global_lock()`` and ``llvm_release_global_lock`` APIs provide
2087 access to the global lock used to implement the double-checked locking for lazy
2088 initialization.  These should only be used internally to LLVM, and only if you
2089 know what you're doing!
2090
2091 .. _llvmcontext:
2092
2093 Achieving Isolation with ``LLVMContext``
2094 ----------------------------------------
2095
2096 ``LLVMContext`` is an opaque class in the LLVM API which clients can use to
2097 operate multiple, isolated instances of LLVM concurrently within the same
2098 address space.  For instance, in a hypothetical compile-server, the compilation
2099 of an individual translation unit is conceptually independent from all the
2100 others, and it would be desirable to be able to compile incoming translation
2101 units concurrently on independent server threads.  Fortunately, ``LLVMContext``
2102 exists to enable just this kind of scenario!
2103
2104 Conceptually, ``LLVMContext`` provides isolation.  Every LLVM entity
2105 (``Module``\ s, ``Value``\ s, ``Type``\ s, ``Constant``\ s, etc.) in LLVM's
2106 in-memory IR belongs to an ``LLVMContext``.  Entities in different contexts
2107 *cannot* interact with each other: ``Module``\ s in different contexts cannot be
2108 linked together, ``Function``\ s cannot be added to ``Module``\ s in different
2109 contexts, etc.  What this means is that is is safe to compile on multiple
2110 threads simultaneously, as long as no two threads operate on entities within the
2111 same context.
2112
2113 In practice, very few places in the API require the explicit specification of a
2114 ``LLVMContext``, other than the ``Type`` creation/lookup APIs.  Because every
2115 ``Type`` carries a reference to its owning context, most other entities can
2116 determine what context they belong to by looking at their own ``Type``.  If you
2117 are adding new entities to LLVM IR, please try to maintain this interface
2118 design.
2119
2120 For clients that do *not* require the benefits of isolation, LLVM provides a
2121 convenience API ``getGlobalContext()``.  This returns a global, lazily
2122 initialized ``LLVMContext`` that may be used in situations where isolation is
2123 not a concern.
2124
2125 .. _jitthreading:
2126
2127 Threads and the JIT
2128 -------------------
2129
2130 LLVM's "eager" JIT compiler is safe to use in threaded programs.  Multiple
2131 threads can call ``ExecutionEngine::getPointerToFunction()`` or
2132 ``ExecutionEngine::runFunction()`` concurrently, and multiple threads can run
2133 code output by the JIT concurrently.  The user must still ensure that only one
2134 thread accesses IR in a given ``LLVMContext`` while another thread might be
2135 modifying it.  One way to do that is to always hold the JIT lock while accessing
2136 IR outside the JIT (the JIT *modifies* the IR by adding ``CallbackVH``\ s).
2137 Another way is to only call ``getPointerToFunction()`` from the
2138 ``LLVMContext``'s thread.
2139
2140 When the JIT is configured to compile lazily (using
2141 ``ExecutionEngine::DisableLazyCompilation(false)``), there is currently a `race
2142 condition <http://llvm.org/bugs/show_bug.cgi?id=5184>`_ in updating call sites
2143 after a function is lazily-jitted.  It's still possible to use the lazy JIT in a
2144 threaded program if you ensure that only one thread at a time can call any
2145 particular lazy stub and that the JIT lock guards any IR access, but we suggest
2146 using only the eager JIT in threaded programs.
2147
2148 .. _advanced:
2149
2150 Advanced Topics
2151 ===============
2152
2153 This section describes some of the advanced or obscure API's that most clients
2154 do not need to be aware of.  These API's tend manage the inner workings of the
2155 LLVM system, and only need to be accessed in unusual circumstances.
2156
2157 .. _SymbolTable:
2158
2159 The ``ValueSymbolTable`` class
2160 ------------------------------
2161
2162 The ``ValueSymbolTable`` (`doxygen
2163 <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1ValueSymbolTable.html>`__) class provides
2164 a symbol table that the :ref:`Function <c_Function>` and Module_ classes use for
2165 naming value definitions.  The symbol table can provide a name for any Value_.
2166
2167 Note that the ``SymbolTable`` class should not be directly accessed by most
2168 clients.  It should only be used when iteration over the symbol table names
2169 themselves are required, which is very special purpose.  Note that not all LLVM
2170 Value_\ s have names, and those without names (i.e. they have an empty name) do
2171 not exist in the symbol table.
2172
2173 Symbol tables support iteration over the values in the symbol table with
2174 ``begin/end/iterator`` and supports querying to see if a specific name is in the
2175 symbol table (with ``lookup``).  The ``ValueSymbolTable`` class exposes no
2176 public mutator methods, instead, simply call ``setName`` on a value, which will
2177 autoinsert it into the appropriate symbol table.
2178
2179 .. _UserLayout:
2180
2181 The ``User`` and owned ``Use`` classes' memory layout
2182 -----------------------------------------------------
2183
2184 The ``User`` (`doxygen <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1User.html>`__)
2185 class provides a basis for expressing the ownership of ``User`` towards other
2186 `Value instance <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Value.html>`_\ s.  The
2187 ``Use`` (`doxygen <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Use.html>`__) helper
2188 class is employed to do the bookkeeping and to facilitate *O(1)* addition and
2189 removal.
2190
2191 .. _Use2User:
2192
2193 Interaction and relationship between ``User`` and ``Use`` objects
2194 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2195
2196 A subclass of ``User`` can choose between incorporating its ``Use`` objects or
2197 refer to them out-of-line by means of a pointer.  A mixed variant (some ``Use``
2198 s inline others hung off) is impractical and breaks the invariant that the
2199 ``Use`` objects belonging to the same ``User`` form a contiguous array.
2200
2201 We have 2 different layouts in the ``User`` (sub)classes:
2202
2203 * Layout a)
2204
2205   The ``Use`` object(s) are inside (resp. at fixed offset) of the ``User``
2206   object and there are a fixed number of them.
2207
2208 * Layout b)
2209
2210   The ``Use`` object(s) are referenced by a pointer to an array from the
2211   ``User`` object and there may be a variable number of them.
2212
2213 As of v2.4 each layout still possesses a direct pointer to the start of the
2214 array of ``Use``\ s.  Though not mandatory for layout a), we stick to this
2215 redundancy for the sake of simplicity.  The ``User`` object also stores the
2216 number of ``Use`` objects it has. (Theoretically this information can also be
2217 calculated given the scheme presented below.)
2218
2219 Special forms of allocation operators (``operator new``) enforce the following
2220 memory layouts:
2221
2222 * Layout a) is modelled by prepending the ``User`` object by the ``Use[]``
2223   array.
2224
2225   .. code-block:: none
2226
2227     ...---.---.---.---.-------...
2228       | P | P | P | P | User
2229     '''---'---'---'---'-------'''
2230
2231 * Layout b) is modelled by pointing at the ``Use[]`` array.
2232
2233   .. code-block:: none
2234
2235     .-------...
2236     | User
2237     '-------'''
2238         |
2239         v
2240         .---.---.---.---...
2241         | P | P | P | P |
2242         '---'---'---'---'''
2243
2244 *(In the above figures* '``P``' *stands for the* ``Use**`` *that is stored in
2245 each* ``Use`` *object in the member* ``Use::Prev`` *)*
2246
2247 .. _Waymarking:
2248
2249 The waymarking algorithm
2250 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2251
2252 Since the ``Use`` objects are deprived of the direct (back)pointer to their
2253 ``User`` objects, there must be a fast and exact method to recover it.  This is
2254 accomplished by the following scheme:
2255
2256 A bit-encoding in the 2 LSBits (least significant bits) of the ``Use::Prev``
2257 allows to find the start of the ``User`` object:
2258
2259 * ``00`` â€“> binary digit 0
2260
2261 * ``01`` â€“> binary digit 1
2262
2263 * ``10`` â€“> stop and calculate (``s``)
2264
2265 * ``11`` â€“> full stop (``S``)
2266
2267 Given a ``Use*``, all we have to do is to walk till we get a stop and we either
2268 have a ``User`` immediately behind or we have to walk to the next stop picking
2269 up digits and calculating the offset:
2270
2271 .. code-block:: none
2272
2273   .---.---.---.---.---.---.---.---.---.---.---.---.---.---.---.---.----------------
2274   | 1 | s | 1 | 0 | 1 | 0 | s | 1 | 1 | 0 | s | 1 | 1 | s | 1 | S | User (or User*)
2275   '---'---'---'---'---'---'---'---'---'---'---'---'---'---'---'---'----------------
2276       |+15                |+10            |+6         |+3     |+1
2277       |                   |               |           |       | __>
2278       |                   |               |           | __________>
2279       |                   |               | ______________________>
2280       |                   | ______________________________________>
2281       | __________________________________________________________>
2282
2283 Only the significant number of bits need to be stored between the stops, so that
2284 the *worst case is 20 memory accesses* when there are 1000 ``Use`` objects
2285 associated with a ``User``.
2286
2287 .. _ReferenceImpl:
2288
2289 Reference implementation
2290 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2291
2292 The following literate Haskell fragment demonstrates the concept:
2293
2294 .. code-block:: haskell
2295
2296   > import Test.QuickCheck
2297   >
2298   > digits :: Int -> [Char] -> [Char]
2299   > digits 0 acc = '0' : acc
2300   > digits 1 acc = '1' : acc
2301   > digits n acc = digits (n `div` 2) $ digits (n `mod` 2) acc
2302   >
2303   > dist :: Int -> [Char] -> [Char]
2304   > dist 0 [] = ['S']
2305   > dist 0 acc = acc
2306   > dist 1 acc = let r = dist 0 acc in 's' : digits (length r) r
2307   > dist n acc = dist (n - 1) $ dist 1 acc
2308   >
2309   > takeLast n ss = reverse $ take n $ reverse ss
2310   >
2311   > test = takeLast 40 $ dist 20 []
2312   >
2313
2314 Printing <test> gives: ``"1s100000s11010s10100s1111s1010s110s11s1S"``
2315
2316 The reverse algorithm computes the length of the string just by examining a
2317 certain prefix:
2318
2319 .. code-block:: haskell
2320
2321   > pref :: [Char] -> Int
2322   > pref "S" = 1
2323   > pref ('s':'1':rest) = decode 2 1 rest
2324   > pref (_:rest) = 1 + pref rest
2325   >
2326   > decode walk acc ('0':rest) = decode (walk + 1) (acc * 2) rest
2327   > decode walk acc ('1':rest) = decode (walk + 1) (acc * 2 + 1) rest
2328   > decode walk acc _ = walk + acc
2329   >
2330
2331 Now, as expected, printing <pref test> gives ``40``.
2332
2333 We can *quickCheck* this with following property:
2334
2335 .. code-block:: haskell
2336
2337   > testcase = dist 2000 []
2338   > testcaseLength = length testcase
2339   >
2340   > identityProp n = n > 0 && n <= testcaseLength ==> length arr == pref arr
2341   >     where arr = takeLast n testcase
2342   >
2343
2344 As expected <quickCheck identityProp> gives:
2345
2346 ::
2347
2348   *Main> quickCheck identityProp
2349   OK, passed 100 tests.
2350
2351 Let's be a bit more exhaustive:
2352
2353 .. code-block:: haskell
2354
2355   >
2356   > deepCheck p = check (defaultConfig { configMaxTest = 500 }) p
2357   >
2358
2359 And here is the result of <deepCheck identityProp>:
2360
2361 ::
2362
2363   *Main> deepCheck identityProp
2364   OK, passed 500 tests.
2365
2366 .. _Tagging:
2367
2368 Tagging considerations
2369 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2370
2371 To maintain the invariant that the 2 LSBits of each ``Use**`` in ``Use`` never
2372 change after being set up, setters of ``Use::Prev`` must re-tag the new
2373 ``Use**`` on every modification.  Accordingly getters must strip the tag bits.
2374
2375 For layout b) instead of the ``User`` we find a pointer (``User*`` with LSBit
2376 set).  Following this pointer brings us to the ``User``.  A portable trick
2377 ensures that the first bytes of ``User`` (if interpreted as a pointer) never has
2378 the LSBit set. (Portability is relying on the fact that all known compilers
2379 place the ``vptr`` in the first word of the instances.)
2380
2381 .. _coreclasses:
2382
2383 The Core LLVM Class Hierarchy Reference
2384 =======================================
2385
2386 ``#include "llvm/Type.h"``
2387
2388 header source: `Type.h <http://llvm.org/doxygen/Type_8h-source.html>`_
2389
2390 doxygen info: `Type Clases <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Type.html>`_
2391
2392 The Core LLVM classes are the primary means of representing the program being
2393 inspected or transformed.  The core LLVM classes are defined in header files in
2394 the ``include/llvm/`` directory, and implemented in the ``lib/VMCore``
2395 directory.
2396
2397 .. _Type:
2398
2399 The Type class and Derived Types
2400 --------------------------------
2401
2402 ``Type`` is a superclass of all type classes.  Every ``Value`` has a ``Type``.
2403 ``Type`` cannot be instantiated directly but only through its subclasses.
2404 Certain primitive types (``VoidType``, ``LabelType``, ``FloatType`` and
2405 ``DoubleType``) have hidden subclasses.  They are hidden because they offer no
2406 useful functionality beyond what the ``Type`` class offers except to distinguish
2407 themselves from other subclasses of ``Type``.
2408
2409 All other types are subclasses of ``DerivedType``.  Types can be named, but this
2410 is not a requirement.  There exists exactly one instance of a given shape at any
2411 one time.  This allows type equality to be performed with address equality of
2412 the Type Instance.  That is, given two ``Type*`` values, the types are identical
2413 if the pointers are identical.
2414
2415 .. _m_Type:
2416
2417 Important Public Methods
2418 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2419
2420 * ``bool isIntegerTy() const``: Returns true for any integer type.
2421
2422 * ``bool isFloatingPointTy()``: Return true if this is one of the five
2423   floating point types.
2424
2425 * ``bool isSized()``: Return true if the type has known size.  Things
2426   that don't have a size are abstract types, labels and void.
2427
2428 .. _derivedtypes:
2429
2430 Important Derived Types
2431 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2432
2433 ``IntegerType``
2434   Subclass of DerivedType that represents integer types of any bit width.  Any
2435   bit width between ``IntegerType::MIN_INT_BITS`` (1) and
2436   ``IntegerType::MAX_INT_BITS`` (~8 million) can be represented.
2437
2438   * ``static const IntegerType* get(unsigned NumBits)``: get an integer
2439     type of a specific bit width.
2440
2441   * ``unsigned getBitWidth() const``: Get the bit width of an integer type.
2442
2443 ``SequentialType``
2444   This is subclassed by ArrayType, PointerType and VectorType.
2445
2446   * ``const Type * getElementType() const``: Returns the type of each
2447     of the elements in the sequential type.
2448
2449 ``ArrayType``
2450   This is a subclass of SequentialType and defines the interface for array
2451   types.
2452
2453   * ``unsigned getNumElements() const``: Returns the number of elements
2454     in the array.
2455
2456 ``PointerType``
2457   Subclass of SequentialType for pointer types.
2458
2459 ``VectorType``
2460   Subclass of SequentialType for vector types.  A vector type is similar to an
2461   ArrayType but is distinguished because it is a first class type whereas
2462   ArrayType is not.  Vector types are used for vector operations and are usually
2463   small vectors of of an integer or floating point type.
2464
2465 ``StructType``
2466   Subclass of DerivedTypes for struct types.
2467
2468 .. _FunctionType:
2469
2470 ``FunctionType``
2471   Subclass of DerivedTypes for function types.
2472
2473   * ``bool isVarArg() const``: Returns true if it's a vararg function.
2474
2475   * ``const Type * getReturnType() const``: Returns the return type of the
2476     function.
2477
2478   * ``const Type * getParamType (unsigned i)``: Returns the type of the ith
2479     parameter.
2480
2481   * ``const unsigned getNumParams() const``: Returns the number of formal
2482     parameters.
2483
2484 .. _Module:
2485
2486 The ``Module`` class
2487 --------------------
2488
2489 ``#include "llvm/Module.h"``
2490
2491 header source: `Module.h <http://llvm.org/doxygen/Module_8h-source.html>`_
2492
2493 doxygen info: `Module Class <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Module.html>`_
2494
2495 The ``Module`` class represents the top level structure present in LLVM
2496 programs.  An LLVM module is effectively either a translation unit of the
2497 original program or a combination of several translation units merged by the
2498 linker.  The ``Module`` class keeps track of a list of :ref:`Function
2499 <c_Function>`\ s, a list of GlobalVariable_\ s, and a SymbolTable_.
2500 Additionally, it contains a few helpful member functions that try to make common
2501 operations easy.
2502
2503 .. _m_Module:
2504
2505 Important Public Members of the ``Module`` class
2506 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2507
2508 * ``Module::Module(std::string name = "")``
2509
2510   Constructing a Module_ is easy.  You can optionally provide a name for it
2511   (probably based on the name of the translation unit).
2512
2513 * | ``Module::iterator`` - Typedef for function list iterator
2514   | ``Module::const_iterator`` - Typedef for const_iterator.
2515   | ``begin()``, ``end()``, ``size()``, ``empty()``
2516
2517   These are forwarding methods that make it easy to access the contents of a
2518   ``Module`` object's :ref:`Function <c_Function>` list.
2519
2520 * ``Module::FunctionListType &getFunctionList()``
2521
2522   Returns the list of :ref:`Function <c_Function>`\ s.  This is necessary to use
2523   when you need to update the list or perform a complex action that doesn't have
2524   a forwarding method.
2525
2526 ----------------
2527
2528 * | ``Module::global_iterator`` - Typedef for global variable list iterator
2529   | ``Module::const_global_iterator`` - Typedef for const_iterator.
2530   | ``global_begin()``, ``global_end()``, ``global_size()``, ``global_empty()``
2531
2532   These are forwarding methods that make it easy to access the contents of a
2533   ``Module`` object's GlobalVariable_ list.
2534
2535 * ``Module::GlobalListType &getGlobalList()``
2536
2537   Returns the list of GlobalVariable_\ s.  This is necessary to use when you
2538   need to update the list or perform a complex action that doesn't have a
2539   forwarding method.
2540
2541 ----------------
2542
2543 * ``SymbolTable *getSymbolTable()``
2544
2545   Return a reference to the SymbolTable_ for this ``Module``.
2546
2547 ----------------
2548
2549 * ``Function *getFunction(StringRef Name) const``
2550
2551   Look up the specified function in the ``Module`` SymbolTable_.  If it does not
2552   exist, return ``null``.
2553
2554 * ``Function *getOrInsertFunction(const std::string &Name, const FunctionType
2555   *T)``
2556
2557   Look up the specified function in the ``Module`` SymbolTable_.  If it does not
2558   exist, add an external declaration for the function and return it.
2559
2560 * ``std::string getTypeName(const Type *Ty)``
2561
2562   If there is at least one entry in the SymbolTable_ for the specified Type_,
2563   return it.  Otherwise return the empty string.
2564
2565 * ``bool addTypeName(const std::string &Name, const Type *Ty)``
2566
2567   Insert an entry in the SymbolTable_ mapping ``Name`` to ``Ty``.  If there is
2568   already an entry for this name, true is returned and the SymbolTable_ is not
2569   modified.
2570
2571 .. _Value:
2572
2573 The ``Value`` class
2574 -------------------
2575
2576 ``#include "llvm/Value.h"``
2577
2578 header source: `Value.h <http://llvm.org/doxygen/Value_8h-source.html>`_
2579
2580 doxygen info: `Value Class <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Value.html>`_
2581
2582 The ``Value`` class is the most important class in the LLVM Source base.  It
2583 represents a typed value that may be used (among other things) as an operand to
2584 an instruction.  There are many different types of ``Value``\ s, such as
2585 Constant_\ s, Argument_\ s.  Even Instruction_\ s and :ref:`Function
2586 <c_Function>`\ s are ``Value``\ s.
2587
2588 A particular ``Value`` may be used many times in the LLVM representation for a
2589 program.  For example, an incoming argument to a function (represented with an
2590 instance of the Argument_ class) is "used" by every instruction in the function
2591 that references the argument.  To keep track of this relationship, the ``Value``
2592 class keeps a list of all of the ``User``\ s that is using it (the User_ class
2593 is a base class for all nodes in the LLVM graph that can refer to ``Value``\ s).
2594 This use list is how LLVM represents def-use information in the program, and is
2595 accessible through the ``use_*`` methods, shown below.
2596
2597 Because LLVM is a typed representation, every LLVM ``Value`` is typed, and this
2598 Type_ is available through the ``getType()`` method.  In addition, all LLVM
2599 values can be named.  The "name" of the ``Value`` is a symbolic string printed
2600 in the LLVM code:
2601
2602 .. code-block:: llvm
2603
2604   %foo = add i32 1, 2
2605
2606 .. _nameWarning:
2607
2608 The name of this instruction is "foo". **NOTE** that the name of any value may
2609 be missing (an empty string), so names should **ONLY** be used for debugging
2610 (making the source code easier to read, debugging printouts), they should not be
2611 used to keep track of values or map between them.  For this purpose, use a
2612 ``std::map`` of pointers to the ``Value`` itself instead.
2613
2614 One important aspect of LLVM is that there is no distinction between an SSA
2615 variable and the operation that produces it.  Because of this, any reference to
2616 the value produced by an instruction (or the value available as an incoming
2617 argument, for example) is represented as a direct pointer to the instance of the
2618 class that represents this value.  Although this may take some getting used to,
2619 it simplifies the representation and makes it easier to manipulate.
2620
2621 .. _m_Value:
2622
2623 Important Public Members of the ``Value`` class
2624 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2625
2626 * | ``Value::use_iterator`` - Typedef for iterator over the use-list
2627   | ``Value::const_use_iterator`` - Typedef for const_iterator over the
2628     use-list
2629   | ``unsigned use_size()`` - Returns the number of users of the value.
2630   | ``bool use_empty()`` - Returns true if there are no users.
2631   | ``use_iterator use_begin()`` - Get an iterator to the start of the
2632     use-list.
2633   | ``use_iterator use_end()`` - Get an iterator to the end of the use-list.
2634   | ``User *use_back()`` - Returns the last element in the list.
2635
2636   These methods are the interface to access the def-use information in LLVM.
2637   As with all other iterators in LLVM, the naming conventions follow the
2638   conventions defined by the STL_.
2639
2640 * ``Type *getType() const``
2641   This method returns the Type of the Value.
2642
2643 * | ``bool hasName() const``
2644   | ``std::string getName() const``
2645   | ``void setName(const std::string &Name)``
2646
2647   This family of methods is used to access and assign a name to a ``Value``, be
2648   aware of the :ref:`precaution above <nameWarning>`.
2649
2650 * ``void replaceAllUsesWith(Value *V)``
2651
2652   This method traverses the use list of a ``Value`` changing all User_\ s of the
2653   current value to refer to "``V``" instead.  For example, if you detect that an
2654   instruction always produces a constant value (for example through constant
2655   folding), you can replace all uses of the instruction with the constant like
2656   this:
2657
2658   .. code-block:: c++
2659
2660     Inst->replaceAllUsesWith(ConstVal);
2661
2662 .. _User:
2663
2664 The ``User`` class
2665 ------------------
2666
2667 ``#include "llvm/User.h"``
2668
2669 header source: `User.h <http://llvm.org/doxygen/User_8h-source.html>`_
2670
2671 doxygen info: `User Class <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1User.html>`_
2672
2673 Superclass: Value_
2674
2675 The ``User`` class is the common base class of all LLVM nodes that may refer to
2676 ``Value``\ s.  It exposes a list of "Operands" that are all of the ``Value``\ s
2677 that the User is referring to.  The ``User`` class itself is a subclass of
2678 ``Value``.
2679
2680 The operands of a ``User`` point directly to the LLVM ``Value`` that it refers
2681 to.  Because LLVM uses Static Single Assignment (SSA) form, there can only be
2682 one definition referred to, allowing this direct connection.  This connection
2683 provides the use-def information in LLVM.
2684
2685 .. _m_User:
2686
2687 Important Public Members of the ``User`` class
2688 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2689
2690 The ``User`` class exposes the operand list in two ways: through an index access
2691 interface and through an iterator based interface.
2692
2693 * | ``Value *getOperand(unsigned i)``
2694   | ``unsigned getNumOperands()``
2695
2696   These two methods expose the operands of the ``User`` in a convenient form for
2697   direct access.
2698
2699 * | ``User::op_iterator`` - Typedef for iterator over the operand list
2700   | ``op_iterator op_begin()`` - Get an iterator to the start of the operand
2701     list.
2702   | ``op_iterator op_end()`` - Get an iterator to the end of the operand list.
2703
2704   Together, these methods make up the iterator based interface to the operands
2705   of a ``User``.
2706
2707
2708 .. _Instruction:
2709
2710 The ``Instruction`` class
2711 -------------------------
2712
2713 ``#include "llvm/Instruction.h"``
2714
2715 header source: `Instruction.h
2716 <http://llvm.org/doxygen/Instruction_8h-source.html>`_
2717
2718 doxygen info: `Instruction Class
2719 <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Instruction.html>`_
2720
2721 Superclasses: User_, Value_
2722
2723 The ``Instruction`` class is the common base class for all LLVM instructions.
2724 It provides only a few methods, but is a very commonly used class.  The primary
2725 data tracked by the ``Instruction`` class itself is the opcode (instruction
2726 type) and the parent BasicBlock_ the ``Instruction`` is embedded into.  To
2727 represent a specific type of instruction, one of many subclasses of
2728 ``Instruction`` are used.
2729
2730 Because the ``Instruction`` class subclasses the User_ class, its operands can
2731 be accessed in the same way as for other ``User``\ s (with the
2732 ``getOperand()``/``getNumOperands()`` and ``op_begin()``/``op_end()`` methods).
2733 An important file for the ``Instruction`` class is the ``llvm/Instruction.def``
2734 file.  This file contains some meta-data about the various different types of
2735 instructions in LLVM.  It describes the enum values that are used as opcodes
2736 (for example ``Instruction::Add`` and ``Instruction::ICmp``), as well as the
2737 concrete sub-classes of ``Instruction`` that implement the instruction (for
2738 example BinaryOperator_ and CmpInst_).  Unfortunately, the use of macros in this
2739 file confuses doxygen, so these enum values don't show up correctly in the
2740 `doxygen output <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Instruction.html>`_.
2741
2742 .. _s_Instruction:
2743
2744 Important Subclasses of the ``Instruction`` class
2745 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2746
2747 .. _BinaryOperator:
2748
2749 * ``BinaryOperator``
2750
2751   This subclasses represents all two operand instructions whose operands must be
2752   the same type, except for the comparison instructions.
2753
2754 .. _CastInst:
2755
2756 * ``CastInst``
2757   This subclass is the parent of the 12 casting instructions.  It provides
2758   common operations on cast instructions.
2759
2760 .. _CmpInst:
2761
2762 * ``CmpInst``
2763
2764   This subclass respresents the two comparison instructions,
2765   `ICmpInst <LangRef.html#i_icmp>`_ (integer opreands), and
2766   `FCmpInst <LangRef.html#i_fcmp>`_ (floating point operands).
2767
2768 .. _TerminatorInst:
2769
2770 * ``TerminatorInst``
2771
2772   This subclass is the parent of all terminator instructions (those which can
2773   terminate a block).
2774
2775 .. _m_Instruction:
2776
2777 Important Public Members of the ``Instruction`` class
2778 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2779
2780 * ``BasicBlock *getParent()``
2781
2782   Returns the BasicBlock_ that this
2783   ``Instruction`` is embedded into.
2784
2785 * ``bool mayWriteToMemory()``
2786
2787   Returns true if the instruction writes to memory, i.e. it is a ``call``,
2788   ``free``, ``invoke``, or ``store``.
2789
2790 * ``unsigned getOpcode()``
2791
2792   Returns the opcode for the ``Instruction``.
2793
2794 * ``Instruction *clone() const``
2795
2796   Returns another instance of the specified instruction, identical in all ways
2797   to the original except that the instruction has no parent (i.e. it's not
2798   embedded into a BasicBlock_), and it has no name.
2799
2800 .. _Constant:
2801
2802 The ``Constant`` class and subclasses
2803 -------------------------------------
2804
2805 Constant represents a base class for different types of constants.  It is
2806 subclassed by ConstantInt, ConstantArray, etc. for representing the various
2807 types of Constants.  GlobalValue_ is also a subclass, which represents the
2808 address of a global variable or function.
2809
2810 .. _s_Constant:
2811
2812 Important Subclasses of Constant
2813 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2814
2815 * ConstantInt : This subclass of Constant represents an integer constant of
2816   any width.
2817
2818   * ``const APInt& getValue() const``: Returns the underlying
2819     value of this constant, an APInt value.
2820
2821   * ``int64_t getSExtValue() const``: Converts the underlying APInt value to an
2822     int64_t via sign extension.  If the value (not the bit width) of the APInt
2823     is too large to fit in an int64_t, an assertion will result.  For this
2824     reason, use of this method is discouraged.
2825
2826   * ``uint64_t getZExtValue() const``: Converts the underlying APInt value
2827     to a uint64_t via zero extension.  IF the value (not the bit width) of the
2828     APInt is too large to fit in a uint64_t, an assertion will result.  For this
2829     reason, use of this method is discouraged.
2830
2831   * ``static ConstantInt* get(const APInt& Val)``: Returns the ConstantInt
2832     object that represents the value provided by ``Val``.  The type is implied
2833     as the IntegerType that corresponds to the bit width of ``Val``.
2834
2835   * ``static ConstantInt* get(const Type *Ty, uint64_t Val)``: Returns the
2836     ConstantInt object that represents the value provided by ``Val`` for integer
2837     type ``Ty``.
2838
2839 * ConstantFP : This class represents a floating point constant.
2840
2841   * ``double getValue() const``: Returns the underlying value of this constant.
2842
2843 * ConstantArray : This represents a constant array.
2844
2845   * ``const std::vector<Use> &getValues() const``: Returns a vector of
2846     component constants that makeup this array.
2847
2848 * ConstantStruct : This represents a constant struct.
2849
2850   * ``const std::vector<Use> &getValues() const``: Returns a vector of
2851     component constants that makeup this array.
2852
2853 * GlobalValue : This represents either a global variable or a function.  In
2854   either case, the value is a constant fixed address (after linking).
2855
2856 .. _GlobalValue:
2857
2858 The ``GlobalValue`` class
2859 -------------------------
2860
2861 ``#include "llvm/GlobalValue.h"``
2862
2863 header source: `GlobalValue.h
2864 <http://llvm.org/doxygen/GlobalValue_8h-source.html>`_
2865
2866 doxygen info: `GlobalValue Class
2867 <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1GlobalValue.html>`_
2868
2869 Superclasses: Constant_, User_, Value_
2870
2871 Global values ( GlobalVariable_\ s or :ref:`Function <c_Function>`\ s) are the
2872 only LLVM values that are visible in the bodies of all :ref:`Function
2873 <c_Function>`\ s.  Because they are visible at global scope, they are also
2874 subject to linking with other globals defined in different translation units.
2875 To control the linking process, ``GlobalValue``\ s know their linkage rules.
2876 Specifically, ``GlobalValue``\ s know whether they have internal or external
2877 linkage, as defined by the ``LinkageTypes`` enumeration.
2878
2879 If a ``GlobalValue`` has internal linkage (equivalent to being ``static`` in C),
2880 it is not visible to code outside the current translation unit, and does not
2881 participate in linking.  If it has external linkage, it is visible to external
2882 code, and does participate in linking.  In addition to linkage information,
2883 ``GlobalValue``\ s keep track of which Module_ they are currently part of.
2884
2885 Because ``GlobalValue``\ s are memory objects, they are always referred to by
2886 their **address**.  As such, the Type_ of a global is always a pointer to its
2887 contents.  It is important to remember this when using the ``GetElementPtrInst``
2888 instruction because this pointer must be dereferenced first.  For example, if
2889 you have a ``GlobalVariable`` (a subclass of ``GlobalValue)`` that is an array
2890 of 24 ints, type ``[24 x i32]``, then the ``GlobalVariable`` is a pointer to
2891 that array.  Although the address of the first element of this array and the
2892 value of the ``GlobalVariable`` are the same, they have different types.  The
2893 ``GlobalVariable``'s type is ``[24 x i32]``.  The first element's type is
2894 ``i32.`` Because of this, accessing a global value requires you to dereference
2895 the pointer with ``GetElementPtrInst`` first, then its elements can be accessed.
2896 This is explained in the `LLVM Language Reference Manual
2897 <LangRef.html#globalvars>`_.
2898
2899 .. _m_GlobalValue:
2900
2901 Important Public Members of the ``GlobalValue`` class
2902 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2903
2904 * | ``bool hasInternalLinkage() const``
2905   | ``bool hasExternalLinkage() const``
2906   | ``void setInternalLinkage(bool HasInternalLinkage)``
2907
2908   These methods manipulate the linkage characteristics of the ``GlobalValue``.
2909
2910 * ``Module *getParent()``
2911
2912   This returns the Module_ that the
2913   GlobalValue is currently embedded into.
2914
2915 .. _c_Function:
2916
2917 The ``Function`` class
2918 ----------------------
2919
2920 ``#include "llvm/Function.h"``
2921
2922 header source: `Function.h <http://llvm.org/doxygen/Function_8h-source.html>`_
2923
2924 doxygen info: `Function Class
2925 <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Function.html>`_
2926
2927 Superclasses: GlobalValue_, Constant_, User_, Value_
2928
2929 The ``Function`` class represents a single procedure in LLVM.  It is actually
2930 one of the more complex classes in the LLVM hierarchy because it must keep track
2931 of a large amount of data.  The ``Function`` class keeps track of a list of
2932 BasicBlock_\ s, a list of formal Argument_\ s, and a SymbolTable_.
2933
2934 The list of BasicBlock_\ s is the most commonly used part of ``Function``
2935 objects.  The list imposes an implicit ordering of the blocks in the function,
2936 which indicate how the code will be laid out by the backend.  Additionally, the
2937 first BasicBlock_ is the implicit entry node for the ``Function``.  It is not
2938 legal in LLVM to explicitly branch to this initial block.  There are no implicit
2939 exit nodes, and in fact there may be multiple exit nodes from a single
2940 ``Function``.  If the BasicBlock_ list is empty, this indicates that the
2941 ``Function`` is actually a function declaration: the actual body of the function
2942 hasn't been linked in yet.
2943
2944 In addition to a list of BasicBlock_\ s, the ``Function`` class also keeps track
2945 of the list of formal Argument_\ s that the function receives.  This container
2946 manages the lifetime of the Argument_ nodes, just like the BasicBlock_ list does
2947 for the BasicBlock_\ s.
2948
2949 The SymbolTable_ is a very rarely used LLVM feature that is only used when you
2950 have to look up a value by name.  Aside from that, the SymbolTable_ is used
2951 internally to make sure that there are not conflicts between the names of
2952 Instruction_\ s, BasicBlock_\ s, or Argument_\ s in the function body.
2953
2954 Note that ``Function`` is a GlobalValue_ and therefore also a Constant_.  The
2955 value of the function is its address (after linking) which is guaranteed to be
2956 constant.
2957
2958 .. _m_Function:
2959
2960 Important Public Members of the ``Function``
2961 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2962
2963 * ``Function(const FunctionType *Ty, LinkageTypes Linkage,
2964   const std::string &N = "", Module* Parent = 0)``
2965
2966   Constructor used when you need to create new ``Function``\ s to add the
2967   program.  The constructor must specify the type of the function to create and
2968   what type of linkage the function should have.  The FunctionType_ argument
2969   specifies the formal arguments and return value for the function.  The same
2970   FunctionType_ value can be used to create multiple functions.  The ``Parent``
2971   argument specifies the Module in which the function is defined.  If this
2972   argument is provided, the function will automatically be inserted into that
2973   module's list of functions.
2974
2975 * ``bool isDeclaration()``
2976
2977   Return whether or not the ``Function`` has a body defined.  If the function is
2978   "external", it does not have a body, and thus must be resolved by linking with
2979   a function defined in a different translation unit.
2980
2981 * | ``Function::iterator`` - Typedef for basic block list iterator
2982   | ``Function::const_iterator`` - Typedef for const_iterator.
2983   | ``begin()``, ``end()``, ``size()``, ``empty()``
2984
2985   These are forwarding methods that make it easy to access the contents of a
2986   ``Function`` object's BasicBlock_ list.
2987
2988 * ``Function::BasicBlockListType &getBasicBlockList()``
2989
2990   Returns the list of BasicBlock_\ s.  This is necessary to use when you need to
2991   update the list or perform a complex action that doesn't have a forwarding
2992   method.
2993
2994 * | ``Function::arg_iterator`` - Typedef for the argument list iterator
2995   | ``Function::const_arg_iterator`` - Typedef for const_iterator.
2996   | ``arg_begin()``, ``arg_end()``, ``arg_size()``, ``arg_empty()``
2997
2998   These are forwarding methods that make it easy to access the contents of a
2999   ``Function`` object's Argument_ list.
3000
3001 * ``Function::ArgumentListType &getArgumentList()``
3002
3003   Returns the list of Argument_.  This is necessary to use when you need to
3004   update the list or perform a complex action that doesn't have a forwarding
3005   method.
3006
3007 * ``BasicBlock &getEntryBlock()``
3008
3009   Returns the entry ``BasicBlock`` for the function.  Because the entry block
3010   for the function is always the first block, this returns the first block of
3011   the ``Function``.
3012
3013 * | ``Type *getReturnType()``
3014   | ``FunctionType *getFunctionType()``
3015
3016   This traverses the Type_ of the ``Function`` and returns the return type of
3017   the function, or the FunctionType_ of the actual function.
3018
3019 * ``SymbolTable *getSymbolTable()``
3020
3021   Return a pointer to the SymbolTable_ for this ``Function``.
3022
3023 .. _GlobalVariable:
3024
3025 The ``GlobalVariable`` class
3026 ----------------------------
3027
3028 ``#include "llvm/GlobalVariable.h"``
3029
3030 header source: `GlobalVariable.h
3031 <http://llvm.org/doxygen/GlobalVariable_8h-source.html>`_
3032
3033 doxygen info: `GlobalVariable Class
3034 <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1GlobalVariable.html>`_
3035
3036 Superclasses: GlobalValue_, Constant_, User_, Value_
3037
3038 Global variables are represented with the (surprise surprise) ``GlobalVariable``
3039 class.  Like functions, ``GlobalVariable``\ s are also subclasses of
3040 GlobalValue_, and as such are always referenced by their address (global values
3041 must live in memory, so their "name" refers to their constant address).  See
3042 GlobalValue_ for more on this.  Global variables may have an initial value
3043 (which must be a Constant_), and if they have an initializer, they may be marked
3044 as "constant" themselves (indicating that their contents never change at
3045 runtime).
3046
3047 .. _m_GlobalVariable:
3048
3049 Important Public Members of the ``GlobalVariable`` class
3050 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3051
3052 * ``GlobalVariable(const Type *Ty, bool isConstant, LinkageTypes &Linkage,
3053   Constant *Initializer = 0, const std::string &Name = "", Module* Parent = 0)``
3054
3055   Create a new global variable of the specified type.  If ``isConstant`` is true
3056   then the global variable will be marked as unchanging for the program.  The
3057   Linkage parameter specifies the type of linkage (internal, external, weak,
3058   linkonce, appending) for the variable.  If the linkage is InternalLinkage,
3059   WeakAnyLinkage, WeakODRLinkage, LinkOnceAnyLinkage or LinkOnceODRLinkage, then
3060   the resultant global variable will have internal linkage.  AppendingLinkage
3061   concatenates together all instances (in different translation units) of the
3062   variable into a single variable but is only applicable to arrays.  See the
3063   `LLVM Language Reference <LangRef.html#modulestructure>`_ for further details
3064   on linkage types.  Optionally an initializer, a name, and the module to put
3065   the variable into may be specified for the global variable as well.
3066
3067 * ``bool isConstant() const``
3068
3069   Returns true if this is a global variable that is known not to be modified at
3070   runtime.
3071
3072 * ``bool hasInitializer()``
3073
3074   Returns true if this ``GlobalVariable`` has an intializer.
3075
3076 * ``Constant *getInitializer()``
3077
3078   Returns the initial value for a ``GlobalVariable``.  It is not legal to call
3079   this method if there is no initializer.
3080
3081 .. _BasicBlock:
3082
3083 The ``BasicBlock`` class
3084 ------------------------
3085
3086 ``#include "llvm/BasicBlock.h"``
3087
3088 header source: `BasicBlock.h
3089 <http://llvm.org/doxygen/BasicBlock_8h-source.html>`_
3090
3091 doxygen info: `BasicBlock Class
3092 <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1BasicBlock.html>`_
3093
3094 Superclass: Value_
3095
3096 This class represents a single entry single exit section of the code, commonly
3097 known as a basic block by the compiler community.  The ``BasicBlock`` class
3098 maintains a list of Instruction_\ s, which form the body of the block.  Matching
3099 the language definition, the last element of this list of instructions is always
3100 a terminator instruction (a subclass of the TerminatorInst_ class).
3101
3102 In addition to tracking the list of instructions that make up the block, the
3103 ``BasicBlock`` class also keeps track of the :ref:`Function <c_Function>` that
3104 it is embedded into.
3105
3106 Note that ``BasicBlock``\ s themselves are Value_\ s, because they are
3107 referenced by instructions like branches and can go in the switch tables.
3108 ``BasicBlock``\ s have type ``label``.
3109
3110 .. _m_BasicBlock:
3111
3112 Important Public Members of the ``BasicBlock`` class
3113 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3114
3115 * ``BasicBlock(const std::string &Name = "", Function *Parent = 0)``
3116
3117   The ``BasicBlock`` constructor is used to create new basic blocks for
3118   insertion into a function.  The constructor optionally takes a name for the
3119   new block, and a :ref:`Function <c_Function>` to insert it into.  If the
3120   ``Parent`` parameter is specified, the new ``BasicBlock`` is automatically
3121   inserted at the end of the specified :ref:`Function <c_Function>`, if not
3122   specified, the BasicBlock must be manually inserted into the :ref:`Function
3123   <c_Function>`.
3124
3125 * | ``BasicBlock::iterator`` - Typedef for instruction list iterator
3126   | ``BasicBlock::const_iterator`` - Typedef for const_iterator.
3127   | ``begin()``, ``end()``, ``front()``, ``back()``,
3128     ``size()``, ``empty()``
3129     STL-style functions for accessing the instruction list.
3130
3131   These methods and typedefs are forwarding functions that have the same
3132   semantics as the standard library methods of the same names.  These methods
3133   expose the underlying instruction list of a basic block in a way that is easy
3134   to manipulate.  To get the full complement of container operations (including
3135   operations to update the list), you must use the ``getInstList()`` method.
3136
3137 * ``BasicBlock::InstListType &getInstList()``
3138
3139   This method is used to get access to the underlying container that actually
3140   holds the Instructions.  This method must be used when there isn't a
3141   forwarding function in the ``BasicBlock`` class for the operation that you
3142   would like to perform.  Because there are no forwarding functions for
3143   "updating" operations, you need to use this if you want to update the contents
3144   of a ``BasicBlock``.
3145
3146 * ``Function *getParent()``
3147
3148   Returns a pointer to :ref:`Function <c_Function>` the block is embedded into,
3149   or a null pointer if it is homeless.
3150
3151 * ``TerminatorInst *getTerminator()``
3152
3153   Returns a pointer to the terminator instruction that appears at the end of the
3154   ``BasicBlock``.  If there is no terminator instruction, or if the last
3155   instruction in the block is not a terminator, then a null pointer is returned.
3156
3157 .. _Argument:
3158
3159 The ``Argument`` class
3160 ----------------------
3161
3162 This subclass of Value defines the interface for incoming formal arguments to a
3163 function.  A Function maintains a list of its formal arguments.  An argument has
3164 a pointer to the parent Function.
3165
3166