docs: Remove documentation for legacy PGO options
[oota-llvm.git] / docs / ProgrammersManual.rst
1 ========================
2 LLVM Programmer's Manual
3 ========================
4
5 .. contents::
6    :local:
7
8 .. warning::
9    This is always a work in progress.
10
11 .. _introduction:
12
13 Introduction
14 ============
15
16 This document is meant to highlight some of the important classes and interfaces
17 available in the LLVM source-base.  This manual is not intended to explain what
18 LLVM is, how it works, and what LLVM code looks like.  It assumes that you know
19 the basics of LLVM and are interested in writing transformations or otherwise
20 analyzing or manipulating the code.
21
22 This document should get you oriented so that you can find your way in the
23 continuously growing source code that makes up the LLVM infrastructure.  Note
24 that this manual is not intended to serve as a replacement for reading the
25 source code, so if you think there should be a method in one of these classes to
26 do something, but it's not listed, check the source.  Links to the `doxygen
27 <http://llvm.org/doxygen/>`__ sources are provided to make this as easy as
28 possible.
29
30 The first section of this document describes general information that is useful
31 to know when working in the LLVM infrastructure, and the second describes the
32 Core LLVM classes.  In the future this manual will be extended with information
33 describing how to use extension libraries, such as dominator information, CFG
34 traversal routines, and useful utilities like the ``InstVisitor`` (`doxygen
35 <http://llvm.org/doxygen/InstVisitor_8h-source.html>`__) template.
36
37 .. _general:
38
39 General Information
40 ===================
41
42 This section contains general information that is useful if you are working in
43 the LLVM source-base, but that isn't specific to any particular API.
44
45 .. _stl:
46
47 The C++ Standard Template Library
48 ---------------------------------
49
50 LLVM makes heavy use of the C++ Standard Template Library (STL), perhaps much
51 more than you are used to, or have seen before.  Because of this, you might want
52 to do a little background reading in the techniques used and capabilities of the
53 library.  There are many good pages that discuss the STL, and several books on
54 the subject that you can get, so it will not be discussed in this document.
55
56 Here are some useful links:
57
58 #. `cppreference.com
59    <http://en.cppreference.com/w/>`_ - an excellent
60    reference for the STL and other parts of the standard C++ library.
61
62 #. `C++ In a Nutshell <http://www.tempest-sw.com/cpp/>`_ - This is an O'Reilly
63    book in the making.  It has a decent Standard Library Reference that rivals
64    Dinkumware's, and is unfortunately no longer free since the book has been
65    published.
66
67 #. `C++ Frequently Asked Questions <http://www.parashift.com/c++-faq-lite/>`_.
68
69 #. `SGI's STL Programmer's Guide <http://www.sgi.com/tech/stl/>`_ - Contains a
70    useful `Introduction to the STL
71    <http://www.sgi.com/tech/stl/stl_introduction.html>`_.
72
73 #. `Bjarne Stroustrup's C++ Page
74    <http://www.research.att.com/%7Ebs/C++.html>`_.
75
76 #. `Bruce Eckel's Thinking in C++, 2nd ed. Volume 2 Revision 4.0
77    (even better, get the book)
78    <http://www.mindview.net/Books/TICPP/ThinkingInCPP2e.html>`_.
79
80 You are also encouraged to take a look at the :doc:`LLVM Coding Standards
81 <CodingStandards>` guide which focuses on how to write maintainable code more
82 than where to put your curly braces.
83
84 .. _resources:
85
86 Other useful references
87 -----------------------
88
89 #. `Using static and shared libraries across platforms
90    <http://www.fortran-2000.com/ArnaudRecipes/sharedlib.html>`_
91
92 .. _apis:
93
94 Important and useful LLVM APIs
95 ==============================
96
97 Here we highlight some LLVM APIs that are generally useful and good to know
98 about when writing transformations.
99
100 .. _isa:
101
102 The ``isa<>``, ``cast<>`` and ``dyn_cast<>`` templates
103 ------------------------------------------------------
104
105 The LLVM source-base makes extensive use of a custom form of RTTI.  These
106 templates have many similarities to the C++ ``dynamic_cast<>`` operator, but
107 they don't have some drawbacks (primarily stemming from the fact that
108 ``dynamic_cast<>`` only works on classes that have a v-table).  Because they are
109 used so often, you must know what they do and how they work.  All of these
110 templates are defined in the ``llvm/Support/Casting.h`` (`doxygen
111 <http://llvm.org/doxygen/Casting_8h-source.html>`__) file (note that you very
112 rarely have to include this file directly).
113
114 ``isa<>``:
115   The ``isa<>`` operator works exactly like the Java "``instanceof``" operator.
116   It returns true or false depending on whether a reference or pointer points to
117   an instance of the specified class.  This can be very useful for constraint
118   checking of various sorts (example below).
119
120 ``cast<>``:
121   The ``cast<>`` operator is a "checked cast" operation.  It converts a pointer
122   or reference from a base class to a derived class, causing an assertion
123   failure if it is not really an instance of the right type.  This should be
124   used in cases where you have some information that makes you believe that
125   something is of the right type.  An example of the ``isa<>`` and ``cast<>``
126   template is:
127
128   .. code-block:: c++
129
130     static bool isLoopInvariant(const Value *V, const Loop *L) {
131       if (isa<Constant>(V) || isa<Argument>(V) || isa<GlobalValue>(V))
132         return true;
133
134       // Otherwise, it must be an instruction...
135       return !L->contains(cast<Instruction>(V)->getParent());
136     }
137
138   Note that you should **not** use an ``isa<>`` test followed by a ``cast<>``,
139   for that use the ``dyn_cast<>`` operator.
140
141 ``dyn_cast<>``:
142   The ``dyn_cast<>`` operator is a "checking cast" operation.  It checks to see
143   if the operand is of the specified type, and if so, returns a pointer to it
144   (this operator does not work with references).  If the operand is not of the
145   correct type, a null pointer is returned.  Thus, this works very much like
146   the ``dynamic_cast<>`` operator in C++, and should be used in the same
147   circumstances.  Typically, the ``dyn_cast<>`` operator is used in an ``if``
148   statement or some other flow control statement like this:
149
150   .. code-block:: c++
151
152     if (AllocationInst *AI = dyn_cast<AllocationInst>(Val)) {
153       // ...
154     }
155
156   This form of the ``if`` statement effectively combines together a call to
157   ``isa<>`` and a call to ``cast<>`` into one statement, which is very
158   convenient.
159
160   Note that the ``dyn_cast<>`` operator, like C++'s ``dynamic_cast<>`` or Java's
161   ``instanceof`` operator, can be abused.  In particular, you should not use big
162   chained ``if/then/else`` blocks to check for lots of different variants of
163   classes.  If you find yourself wanting to do this, it is much cleaner and more
164   efficient to use the ``InstVisitor`` class to dispatch over the instruction
165   type directly.
166
167 ``cast_or_null<>``:
168   The ``cast_or_null<>`` operator works just like the ``cast<>`` operator,
169   except that it allows for a null pointer as an argument (which it then
170   propagates).  This can sometimes be useful, allowing you to combine several
171   null checks into one.
172
173 ``dyn_cast_or_null<>``:
174   The ``dyn_cast_or_null<>`` operator works just like the ``dyn_cast<>``
175   operator, except that it allows for a null pointer as an argument (which it
176   then propagates).  This can sometimes be useful, allowing you to combine
177   several null checks into one.
178
179 These five templates can be used with any classes, whether they have a v-table
180 or not.  If you want to add support for these templates, see the document
181 :doc:`How to set up LLVM-style RTTI for your class hierarchy
182 <HowToSetUpLLVMStyleRTTI>`
183
184 .. _string_apis:
185
186 Passing strings (the ``StringRef`` and ``Twine`` classes)
187 ---------------------------------------------------------
188
189 Although LLVM generally does not do much string manipulation, we do have several
190 important APIs which take strings.  Two important examples are the Value class
191 -- which has names for instructions, functions, etc. -- and the ``StringMap``
192 class which is used extensively in LLVM and Clang.
193
194 These are generic classes, and they need to be able to accept strings which may
195 have embedded null characters.  Therefore, they cannot simply take a ``const
196 char *``, and taking a ``const std::string&`` requires clients to perform a heap
197 allocation which is usually unnecessary.  Instead, many LLVM APIs use a
198 ``StringRef`` or a ``const Twine&`` for passing strings efficiently.
199
200 .. _StringRef:
201
202 The ``StringRef`` class
203 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
204
205 The ``StringRef`` data type represents a reference to a constant string (a
206 character array and a length) and supports the common operations available on
207 ``std::string``, but does not require heap allocation.
208
209 It can be implicitly constructed using a C style null-terminated string, an
210 ``std::string``, or explicitly with a character pointer and length.  For
211 example, the ``StringRef`` find function is declared as:
212
213 .. code-block:: c++
214
215   iterator find(StringRef Key);
216
217 and clients can call it using any one of:
218
219 .. code-block:: c++
220
221   Map.find("foo");                 // Lookup "foo"
222   Map.find(std::string("bar"));    // Lookup "bar"
223   Map.find(StringRef("\0baz", 4)); // Lookup "\0baz"
224
225 Similarly, APIs which need to return a string may return a ``StringRef``
226 instance, which can be used directly or converted to an ``std::string`` using
227 the ``str`` member function.  See ``llvm/ADT/StringRef.h`` (`doxygen
228 <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1StringRef_8h-source.html>`__) for more
229 information.
230
231 You should rarely use the ``StringRef`` class directly, because it contains
232 pointers to external memory it is not generally safe to store an instance of the
233 class (unless you know that the external storage will not be freed).
234 ``StringRef`` is small and pervasive enough in LLVM that it should always be
235 passed by value.
236
237 The ``Twine`` class
238 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
239
240 The ``Twine`` (`doxygen <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Twine.html>`__)
241 class is an efficient way for APIs to accept concatenated strings.  For example,
242 a common LLVM paradigm is to name one instruction based on the name of another
243 instruction with a suffix, for example:
244
245 .. code-block:: c++
246
247     New = CmpInst::Create(..., SO->getName() + ".cmp");
248
249 The ``Twine`` class is effectively a lightweight `rope
250 <http://en.wikipedia.org/wiki/Rope_(computer_science)>`_ which points to
251 temporary (stack allocated) objects.  Twines can be implicitly constructed as
252 the result of the plus operator applied to strings (i.e., a C strings, an
253 ``std::string``, or a ``StringRef``).  The twine delays the actual concatenation
254 of strings until it is actually required, at which point it can be efficiently
255 rendered directly into a character array.  This avoids unnecessary heap
256 allocation involved in constructing the temporary results of string
257 concatenation.  See ``llvm/ADT/Twine.h`` (`doxygen
258 <http://llvm.org/doxygen/Twine_8h_source.html>`__) and :ref:`here <dss_twine>`
259 for more information.
260
261 As with a ``StringRef``, ``Twine`` objects point to external memory and should
262 almost never be stored or mentioned directly.  They are intended solely for use
263 when defining a function which should be able to efficiently accept concatenated
264 strings.
265
266 .. _function_apis:
267
268 Passing functions and other callable objects
269 --------------------------------------------
270
271 Sometimes you may want a function to be passed a callback object. In order to
272 support lambda expressions and other function objects, you should not use the
273 traditional C approach of taking a function pointer and an opaque cookie:
274
275 .. code-block:: c++
276
277     void takeCallback(bool (*Callback)(Function *, void *), void *Cookie);
278
279 Instead, use one of the following approaches:
280
281 Function template
282 ^^^^^^^^^^^^^^^^^
283
284 If you don't mind putting the definition of your function into a header file,
285 make it a function template that is templated on the callable type.
286
287 .. code-block:: c++
288
289     template<typename Callable>
290     void takeCallback(Callable Callback) {
291       Callback(1, 2, 3);
292     }
293
294 The ``function_ref`` class template
295 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
296
297 The ``function_ref``
298 (`doxygen <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1function_ref.html>`__) class
299 template represents a reference to a callable object, templated over the type
300 of the callable. This is a good choice for passing a callback to a function,
301 if you don't need to hold onto the callback after the function returns.
302
303 ``function_ref<Ret(Param1, Param2, ...)>`` can be implicitly constructed from
304 any callable object that can be called with arguments of type ``Param1``,
305 ``Param2``, ..., and returns a value that can be converted to type ``Ret``.
306 For example:
307
308 .. code-block:: c++
309
310     void visitBasicBlocks(Function *F, function_ref<bool (BasicBlock*)> Callback) {
311       for (BasicBlock &BB : *F)
312         if (Callback(&BB))
313           return;
314     }
315
316 can be called using:
317
318 .. code-block:: c++
319
320     visitBasicBlocks(F, [&](BasicBlock *BB) {
321       if (process(BB))
322         return isEmpty(BB);
323       return false;
324     });
325
326 Note that a ``function_ref`` object contains pointers to external memory, so
327 it is not generally safe to store an instance of the class (unless you know
328 that the external storage will not be freed).
329 ``function_ref`` is small enough that it should always be passed by value.
330
331 ``std::function``
332 ^^^^^^^^^^^^^^^^^
333
334 You cannot use ``std::function`` within LLVM code, because it is not supported
335 by all our target toolchains.
336
337
338 .. _DEBUG:
339
340 The ``DEBUG()`` macro and ``-debug`` option
341 -------------------------------------------
342
343 Often when working on your pass you will put a bunch of debugging printouts and
344 other code into your pass.  After you get it working, you want to remove it, but
345 you may need it again in the future (to work out new bugs that you run across).
346
347 Naturally, because of this, you don't want to delete the debug printouts, but
348 you don't want them to always be noisy.  A standard compromise is to comment
349 them out, allowing you to enable them if you need them in the future.
350
351 The ``llvm/Support/Debug.h`` (`doxygen
352 <http://llvm.org/doxygen/Debug_8h-source.html>`__) file provides a macro named
353 ``DEBUG()`` that is a much nicer solution to this problem.  Basically, you can
354 put arbitrary code into the argument of the ``DEBUG`` macro, and it is only
355 executed if '``opt``' (or any other tool) is run with the '``-debug``' command
356 line argument:
357
358 .. code-block:: c++
359
360   DEBUG(errs() << "I am here!\n");
361
362 Then you can run your pass like this:
363
364 .. code-block:: none
365
366   $ opt < a.bc > /dev/null -mypass
367   <no output>
368   $ opt < a.bc > /dev/null -mypass -debug
369   I am here!
370
371 Using the ``DEBUG()`` macro instead of a home-brewed solution allows you to not
372 have to create "yet another" command line option for the debug output for your
373 pass.  Note that ``DEBUG()`` macros are disabled for optimized builds, so they
374 do not cause a performance impact at all (for the same reason, they should also
375 not contain side-effects!).
376
377 One additional nice thing about the ``DEBUG()`` macro is that you can enable or
378 disable it directly in gdb.  Just use "``set DebugFlag=0``" or "``set
379 DebugFlag=1``" from the gdb if the program is running.  If the program hasn't
380 been started yet, you can always just run it with ``-debug``.
381
382 .. _DEBUG_TYPE:
383
384 Fine grained debug info with ``DEBUG_TYPE`` and the ``-debug-only`` option
385 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
386
387 Sometimes you may find yourself in a situation where enabling ``-debug`` just
388 turns on **too much** information (such as when working on the code generator).
389 If you want to enable debug information with more fine-grained control, you
390 define the ``DEBUG_TYPE`` macro and the ``-debug`` only option as follows:
391
392 .. code-block:: c++
393
394   #undef  DEBUG_TYPE
395   DEBUG(errs() << "No debug type\n");
396   #define DEBUG_TYPE "foo"
397   DEBUG(errs() << "'foo' debug type\n");
398   #undef  DEBUG_TYPE
399   #define DEBUG_TYPE "bar"
400   DEBUG(errs() << "'bar' debug type\n"));
401   #undef  DEBUG_TYPE
402   #define DEBUG_TYPE ""
403   DEBUG(errs() << "No debug type (2)\n");
404
405 Then you can run your pass like this:
406
407 .. code-block:: none
408
409   $ opt < a.bc > /dev/null -mypass
410   <no output>
411   $ opt < a.bc > /dev/null -mypass -debug
412   No debug type
413   'foo' debug type
414   'bar' debug type
415   No debug type (2)
416   $ opt < a.bc > /dev/null -mypass -debug-only=foo
417   'foo' debug type
418   $ opt < a.bc > /dev/null -mypass -debug-only=bar
419   'bar' debug type
420
421 Of course, in practice, you should only set ``DEBUG_TYPE`` at the top of a file,
422 to specify the debug type for the entire module (if you do this before you
423 ``#include "llvm/Support/Debug.h"``, you don't have to insert the ugly
424 ``#undef``'s).  Also, you should use names more meaningful than "foo" and "bar",
425 because there is no system in place to ensure that names do not conflict.  If
426 two different modules use the same string, they will all be turned on when the
427 name is specified.  This allows, for example, all debug information for
428 instruction scheduling to be enabled with ``-debug-type=InstrSched``, even if
429 the source lives in multiple files.
430
431 The ``DEBUG_WITH_TYPE`` macro is also available for situations where you would
432 like to set ``DEBUG_TYPE``, but only for one specific ``DEBUG`` statement.  It
433 takes an additional first parameter, which is the type to use.  For example, the
434 preceding example could be written as:
435
436 .. code-block:: c++
437
438   DEBUG_WITH_TYPE("", errs() << "No debug type\n");
439   DEBUG_WITH_TYPE("foo", errs() << "'foo' debug type\n");
440   DEBUG_WITH_TYPE("bar", errs() << "'bar' debug type\n"));
441   DEBUG_WITH_TYPE("", errs() << "No debug type (2)\n");
442
443 .. _Statistic:
444
445 The ``Statistic`` class & ``-stats`` option
446 -------------------------------------------
447
448 The ``llvm/ADT/Statistic.h`` (`doxygen
449 <http://llvm.org/doxygen/Statistic_8h-source.html>`__) file provides a class
450 named ``Statistic`` that is used as a unified way to keep track of what the LLVM
451 compiler is doing and how effective various optimizations are.  It is useful to
452 see what optimizations are contributing to making a particular program run
453 faster.
454
455 Often you may run your pass on some big program, and you're interested to see
456 how many times it makes a certain transformation.  Although you can do this with
457 hand inspection, or some ad-hoc method, this is a real pain and not very useful
458 for big programs.  Using the ``Statistic`` class makes it very easy to keep
459 track of this information, and the calculated information is presented in a
460 uniform manner with the rest of the passes being executed.
461
462 There are many examples of ``Statistic`` uses, but the basics of using it are as
463 follows:
464
465 #. Define your statistic like this:
466
467   .. code-block:: c++
468
469     #define DEBUG_TYPE "mypassname"   // This goes before any #includes.
470     STATISTIC(NumXForms, "The # of times I did stuff");
471
472   The ``STATISTIC`` macro defines a static variable, whose name is specified by
473   the first argument.  The pass name is taken from the ``DEBUG_TYPE`` macro, and
474   the description is taken from the second argument.  The variable defined
475   ("NumXForms" in this case) acts like an unsigned integer.
476
477 #. Whenever you make a transformation, bump the counter:
478
479   .. code-block:: c++
480
481     ++NumXForms;   // I did stuff!
482
483 That's all you have to do.  To get '``opt``' to print out the statistics
484 gathered, use the '``-stats``' option:
485
486 .. code-block:: none
487
488   $ opt -stats -mypassname < program.bc > /dev/null
489   ... statistics output ...
490
491 When running ``opt`` on a C file from the SPEC benchmark suite, it gives a
492 report that looks like this:
493
494 .. code-block:: none
495
496    7646 bitcodewriter   - Number of normal instructions
497     725 bitcodewriter   - Number of oversized instructions
498  129996 bitcodewriter   - Number of bitcode bytes written
499    2817 raise           - Number of insts DCEd or constprop'd
500    3213 raise           - Number of cast-of-self removed
501    5046 raise           - Number of expression trees converted
502      75 raise           - Number of other getelementptr's formed
503     138 raise           - Number of load/store peepholes
504      42 deadtypeelim    - Number of unused typenames removed from symtab
505     392 funcresolve     - Number of varargs functions resolved
506      27 globaldce       - Number of global variables removed
507       2 adce            - Number of basic blocks removed
508     134 cee             - Number of branches revectored
509      49 cee             - Number of setcc instruction eliminated
510     532 gcse            - Number of loads removed
511    2919 gcse            - Number of instructions removed
512      86 indvars         - Number of canonical indvars added
513      87 indvars         - Number of aux indvars removed
514      25 instcombine     - Number of dead inst eliminate
515     434 instcombine     - Number of insts combined
516     248 licm            - Number of load insts hoisted
517    1298 licm            - Number of insts hoisted to a loop pre-header
518       3 licm            - Number of insts hoisted to multiple loop preds (bad, no loop pre-header)
519      75 mem2reg         - Number of alloca's promoted
520    1444 cfgsimplify     - Number of blocks simplified
521
522 Obviously, with so many optimizations, having a unified framework for this stuff
523 is very nice.  Making your pass fit well into the framework makes it more
524 maintainable and useful.
525
526 .. _ViewGraph:
527
528 Viewing graphs while debugging code
529 -----------------------------------
530
531 Several of the important data structures in LLVM are graphs: for example CFGs
532 made out of LLVM :ref:`BasicBlocks <BasicBlock>`, CFGs made out of LLVM
533 :ref:`MachineBasicBlocks <MachineBasicBlock>`, and :ref:`Instruction Selection
534 DAGs <SelectionDAG>`.  In many cases, while debugging various parts of the
535 compiler, it is nice to instantly visualize these graphs.
536
537 LLVM provides several callbacks that are available in a debug build to do
538 exactly that.  If you call the ``Function::viewCFG()`` method, for example, the
539 current LLVM tool will pop up a window containing the CFG for the function where
540 each basic block is a node in the graph, and each node contains the instructions
541 in the block.  Similarly, there also exists ``Function::viewCFGOnly()`` (does
542 not include the instructions), the ``MachineFunction::viewCFG()`` and
543 ``MachineFunction::viewCFGOnly()``, and the ``SelectionDAG::viewGraph()``
544 methods.  Within GDB, for example, you can usually use something like ``call
545 DAG.viewGraph()`` to pop up a window.  Alternatively, you can sprinkle calls to
546 these functions in your code in places you want to debug.
547
548 Getting this to work requires a small amount of setup.  On Unix systems
549 with X11, install the `graphviz <http://www.graphviz.org>`_ toolkit, and make
550 sure 'dot' and 'gv' are in your path.  If you are running on Mac OS X, download
551 and install the Mac OS X `Graphviz program
552 <http://www.pixelglow.com/graphviz/>`_ and add
553 ``/Applications/Graphviz.app/Contents/MacOS/`` (or wherever you install it) to
554 your path. The programs need not be present when configuring, building or
555 running LLVM and can simply be installed when needed during an active debug
556 session.
557
558 ``SelectionDAG`` has been extended to make it easier to locate *interesting*
559 nodes in large complex graphs.  From gdb, if you ``call DAG.setGraphColor(node,
560 "color")``, then the next ``call DAG.viewGraph()`` would highlight the node in
561 the specified color (choices of colors can be found at `colors
562 <http://www.graphviz.org/doc/info/colors.html>`_.) More complex node attributes
563 can be provided with ``call DAG.setGraphAttrs(node, "attributes")`` (choices can
564 be found at `Graph attributes <http://www.graphviz.org/doc/info/attrs.html>`_.)
565 If you want to restart and clear all the current graph attributes, then you can
566 ``call DAG.clearGraphAttrs()``.
567
568 Note that graph visualization features are compiled out of Release builds to
569 reduce file size.  This means that you need a Debug+Asserts or Release+Asserts
570 build to use these features.
571
572 .. _datastructure:
573
574 Picking the Right Data Structure for a Task
575 ===========================================
576
577 LLVM has a plethora of data structures in the ``llvm/ADT/`` directory, and we
578 commonly use STL data structures.  This section describes the trade-offs you
579 should consider when you pick one.
580
581 The first step is a choose your own adventure: do you want a sequential
582 container, a set-like container, or a map-like container?  The most important
583 thing when choosing a container is the algorithmic properties of how you plan to
584 access the container.  Based on that, you should use:
585
586
587 * a :ref:`map-like <ds_map>` container if you need efficient look-up of a
588   value based on another value.  Map-like containers also support efficient
589   queries for containment (whether a key is in the map).  Map-like containers
590   generally do not support efficient reverse mapping (values to keys).  If you
591   need that, use two maps.  Some map-like containers also support efficient
592   iteration through the keys in sorted order.  Map-like containers are the most
593   expensive sort, only use them if you need one of these capabilities.
594
595 * a :ref:`set-like <ds_set>` container if you need to put a bunch of stuff into
596   a container that automatically eliminates duplicates.  Some set-like
597   containers support efficient iteration through the elements in sorted order.
598   Set-like containers are more expensive than sequential containers.
599
600 * a :ref:`sequential <ds_sequential>` container provides the most efficient way
601   to add elements and keeps track of the order they are added to the collection.
602   They permit duplicates and support efficient iteration, but do not support
603   efficient look-up based on a key.
604
605 * a :ref:`string <ds_string>` container is a specialized sequential container or
606   reference structure that is used for character or byte arrays.
607
608 * a :ref:`bit <ds_bit>` container provides an efficient way to store and
609   perform set operations on sets of numeric id's, while automatically
610   eliminating duplicates.  Bit containers require a maximum of 1 bit for each
611   identifier you want to store.
612
613 Once the proper category of container is determined, you can fine tune the
614 memory use, constant factors, and cache behaviors of access by intelligently
615 picking a member of the category.  Note that constant factors and cache behavior
616 can be a big deal.  If you have a vector that usually only contains a few
617 elements (but could contain many), for example, it's much better to use
618 :ref:`SmallVector <dss_smallvector>` than :ref:`vector <dss_vector>`.  Doing so
619 avoids (relatively) expensive malloc/free calls, which dwarf the cost of adding
620 the elements to the container.
621
622 .. _ds_sequential:
623
624 Sequential Containers (std::vector, std::list, etc)
625 ---------------------------------------------------
626
627 There are a variety of sequential containers available for you, based on your
628 needs.  Pick the first in this section that will do what you want.
629
630 .. _dss_arrayref:
631
632 llvm/ADT/ArrayRef.h
633 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
634
635 The ``llvm::ArrayRef`` class is the preferred class to use in an interface that
636 accepts a sequential list of elements in memory and just reads from them.  By
637 taking an ``ArrayRef``, the API can be passed a fixed size array, an
638 ``std::vector``, an ``llvm::SmallVector`` and anything else that is contiguous
639 in memory.
640
641 .. _dss_fixedarrays:
642
643 Fixed Size Arrays
644 ^^^^^^^^^^^^^^^^^
645
646 Fixed size arrays are very simple and very fast.  They are good if you know
647 exactly how many elements you have, or you have a (low) upper bound on how many
648 you have.
649
650 .. _dss_heaparrays:
651
652 Heap Allocated Arrays
653 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
654
655 Heap allocated arrays (``new[]`` + ``delete[]``) are also simple.  They are good
656 if the number of elements is variable, if you know how many elements you will
657 need before the array is allocated, and if the array is usually large (if not,
658 consider a :ref:`SmallVector <dss_smallvector>`).  The cost of a heap allocated
659 array is the cost of the new/delete (aka malloc/free).  Also note that if you
660 are allocating an array of a type with a constructor, the constructor and
661 destructors will be run for every element in the array (re-sizable vectors only
662 construct those elements actually used).
663
664 .. _dss_tinyptrvector:
665
666 llvm/ADT/TinyPtrVector.h
667 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
668
669 ``TinyPtrVector<Type>`` is a highly specialized collection class that is
670 optimized to avoid allocation in the case when a vector has zero or one
671 elements.  It has two major restrictions: 1) it can only hold values of pointer
672 type, and 2) it cannot hold a null pointer.
673
674 Since this container is highly specialized, it is rarely used.
675
676 .. _dss_smallvector:
677
678 llvm/ADT/SmallVector.h
679 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
680
681 ``SmallVector<Type, N>`` is a simple class that looks and smells just like
682 ``vector<Type>``: it supports efficient iteration, lays out elements in memory
683 order (so you can do pointer arithmetic between elements), supports efficient
684 push_back/pop_back operations, supports efficient random access to its elements,
685 etc.
686
687 The advantage of SmallVector is that it allocates space for some number of
688 elements (N) **in the object itself**.  Because of this, if the SmallVector is
689 dynamically smaller than N, no malloc is performed.  This can be a big win in
690 cases where the malloc/free call is far more expensive than the code that
691 fiddles around with the elements.
692
693 This is good for vectors that are "usually small" (e.g. the number of
694 predecessors/successors of a block is usually less than 8).  On the other hand,
695 this makes the size of the SmallVector itself large, so you don't want to
696 allocate lots of them (doing so will waste a lot of space).  As such,
697 SmallVectors are most useful when on the stack.
698
699 SmallVector also provides a nice portable and efficient replacement for
700 ``alloca``.
701
702 .. note::
703
704    Prefer to use ``SmallVectorImpl<T>`` as a parameter type.
705
706    In APIs that don't care about the "small size" (most?), prefer to use
707    the ``SmallVectorImpl<T>`` class, which is basically just the "vector
708    header" (and methods) without the elements allocated after it. Note that
709    ``SmallVector<T, N>`` inherits from ``SmallVectorImpl<T>`` so the
710    conversion is implicit and costs nothing. E.g.
711
712    .. code-block:: c++
713
714       // BAD: Clients cannot pass e.g. SmallVector<Foo, 4>.
715       hardcodedSmallSize(SmallVector<Foo, 2> &Out);
716       // GOOD: Clients can pass any SmallVector<Foo, N>.
717       allowsAnySmallSize(SmallVectorImpl<Foo> &Out);
718
719       void someFunc() {
720         SmallVector<Foo, 8> Vec;
721         hardcodedSmallSize(Vec); // Error.
722         allowsAnySmallSize(Vec); // Works.
723       }
724
725    Even though it has "``Impl``" in the name, this is so widely used that
726    it really isn't "private to the implementation" anymore. A name like
727    ``SmallVectorHeader`` would be more appropriate.
728
729 .. _dss_vector:
730
731 <vector>
732 ^^^^^^^^
733
734 ``std::vector`` is well loved and respected.  It is useful when SmallVector
735 isn't: when the size of the vector is often large (thus the small optimization
736 will rarely be a benefit) or if you will be allocating many instances of the
737 vector itself (which would waste space for elements that aren't in the
738 container).  vector is also useful when interfacing with code that expects
739 vectors :).
740
741 One worthwhile note about std::vector: avoid code like this:
742
743 .. code-block:: c++
744
745   for ( ... ) {
746      std::vector<foo> V;
747      // make use of V.
748   }
749
750 Instead, write this as:
751
752 .. code-block:: c++
753
754   std::vector<foo> V;
755   for ( ... ) {
756      // make use of V.
757      V.clear();
758   }
759
760 Doing so will save (at least) one heap allocation and free per iteration of the
761 loop.
762
763 .. _dss_deque:
764
765 <deque>
766 ^^^^^^^
767
768 ``std::deque`` is, in some senses, a generalized version of ``std::vector``.
769 Like ``std::vector``, it provides constant time random access and other similar
770 properties, but it also provides efficient access to the front of the list.  It
771 does not guarantee continuity of elements within memory.
772
773 In exchange for this extra flexibility, ``std::deque`` has significantly higher
774 constant factor costs than ``std::vector``.  If possible, use ``std::vector`` or
775 something cheaper.
776
777 .. _dss_list:
778
779 <list>
780 ^^^^^^
781
782 ``std::list`` is an extremely inefficient class that is rarely useful.  It
783 performs a heap allocation for every element inserted into it, thus having an
784 extremely high constant factor, particularly for small data types.
785 ``std::list`` also only supports bidirectional iteration, not random access
786 iteration.
787
788 In exchange for this high cost, std::list supports efficient access to both ends
789 of the list (like ``std::deque``, but unlike ``std::vector`` or
790 ``SmallVector``).  In addition, the iterator invalidation characteristics of
791 std::list are stronger than that of a vector class: inserting or removing an
792 element into the list does not invalidate iterator or pointers to other elements
793 in the list.
794
795 .. _dss_ilist:
796
797 llvm/ADT/ilist.h
798 ^^^^^^^^^^^^^^^^
799
800 ``ilist<T>`` implements an 'intrusive' doubly-linked list.  It is intrusive,
801 because it requires the element to store and provide access to the prev/next
802 pointers for the list.
803
804 ``ilist`` has the same drawbacks as ``std::list``, and additionally requires an
805 ``ilist_traits`` implementation for the element type, but it provides some novel
806 characteristics.  In particular, it can efficiently store polymorphic objects,
807 the traits class is informed when an element is inserted or removed from the
808 list, and ``ilist``\ s are guaranteed to support a constant-time splice
809 operation.
810
811 These properties are exactly what we want for things like ``Instruction``\ s and
812 basic blocks, which is why these are implemented with ``ilist``\ s.
813
814 Related classes of interest are explained in the following subsections:
815
816 * :ref:`ilist_traits <dss_ilist_traits>`
817
818 * :ref:`iplist <dss_iplist>`
819
820 * :ref:`llvm/ADT/ilist_node.h <dss_ilist_node>`
821
822 * :ref:`Sentinels <dss_ilist_sentinel>`
823
824 .. _dss_packedvector:
825
826 llvm/ADT/PackedVector.h
827 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
828
829 Useful for storing a vector of values using only a few number of bits for each
830 value.  Apart from the standard operations of a vector-like container, it can
831 also perform an 'or' set operation.
832
833 For example:
834
835 .. code-block:: c++
836
837   enum State {
838       None = 0x0,
839       FirstCondition = 0x1,
840       SecondCondition = 0x2,
841       Both = 0x3
842   };
843
844   State get() {
845       PackedVector<State, 2> Vec1;
846       Vec1.push_back(FirstCondition);
847
848       PackedVector<State, 2> Vec2;
849       Vec2.push_back(SecondCondition);
850
851       Vec1 |= Vec2;
852       return Vec1[0]; // returns 'Both'.
853   }
854
855 .. _dss_ilist_traits:
856
857 ilist_traits
858 ^^^^^^^^^^^^
859
860 ``ilist_traits<T>`` is ``ilist<T>``'s customization mechanism. ``iplist<T>``
861 (and consequently ``ilist<T>``) publicly derive from this traits class.
862
863 .. _dss_iplist:
864
865 iplist
866 ^^^^^^
867
868 ``iplist<T>`` is ``ilist<T>``'s base and as such supports a slightly narrower
869 interface.  Notably, inserters from ``T&`` are absent.
870
871 ``ilist_traits<T>`` is a public base of this class and can be used for a wide
872 variety of customizations.
873
874 .. _dss_ilist_node:
875
876 llvm/ADT/ilist_node.h
877 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
878
879 ``ilist_node<T>`` implements a the forward and backward links that are expected
880 by the ``ilist<T>`` (and analogous containers) in the default manner.
881
882 ``ilist_node<T>``\ s are meant to be embedded in the node type ``T``, usually
883 ``T`` publicly derives from ``ilist_node<T>``.
884
885 .. _dss_ilist_sentinel:
886
887 Sentinels
888 ^^^^^^^^^
889
890 ``ilist``\ s have another specialty that must be considered.  To be a good
891 citizen in the C++ ecosystem, it needs to support the standard container
892 operations, such as ``begin`` and ``end`` iterators, etc.  Also, the
893 ``operator--`` must work correctly on the ``end`` iterator in the case of
894 non-empty ``ilist``\ s.
895
896 The only sensible solution to this problem is to allocate a so-called *sentinel*
897 along with the intrusive list, which serves as the ``end`` iterator, providing
898 the back-link to the last element.  However conforming to the C++ convention it
899 is illegal to ``operator++`` beyond the sentinel and it also must not be
900 dereferenced.
901
902 These constraints allow for some implementation freedom to the ``ilist`` how to
903 allocate and store the sentinel.  The corresponding policy is dictated by
904 ``ilist_traits<T>``.  By default a ``T`` gets heap-allocated whenever the need
905 for a sentinel arises.
906
907 While the default policy is sufficient in most cases, it may break down when
908 ``T`` does not provide a default constructor.  Also, in the case of many
909 instances of ``ilist``\ s, the memory overhead of the associated sentinels is
910 wasted.  To alleviate the situation with numerous and voluminous
911 ``T``-sentinels, sometimes a trick is employed, leading to *ghostly sentinels*.
912
913 Ghostly sentinels are obtained by specially-crafted ``ilist_traits<T>`` which
914 superpose the sentinel with the ``ilist`` instance in memory.  Pointer
915 arithmetic is used to obtain the sentinel, which is relative to the ``ilist``'s
916 ``this`` pointer.  The ``ilist`` is augmented by an extra pointer, which serves
917 as the back-link of the sentinel.  This is the only field in the ghostly
918 sentinel which can be legally accessed.
919
920 .. _dss_other:
921
922 Other Sequential Container options
923 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
924
925 Other STL containers are available, such as ``std::string``.
926
927 There are also various STL adapter classes such as ``std::queue``,
928 ``std::priority_queue``, ``std::stack``, etc.  These provide simplified access
929 to an underlying container but don't affect the cost of the container itself.
930
931 .. _ds_string:
932
933 String-like containers
934 ----------------------
935
936 There are a variety of ways to pass around and use strings in C and C++, and
937 LLVM adds a few new options to choose from.  Pick the first option on this list
938 that will do what you need, they are ordered according to their relative cost.
939
940 Note that is is generally preferred to *not* pass strings around as ``const
941 char*``'s.  These have a number of problems, including the fact that they
942 cannot represent embedded nul ("\0") characters, and do not have a length
943 available efficiently.  The general replacement for '``const char*``' is
944 StringRef.
945
946 For more information on choosing string containers for APIs, please see
947 :ref:`Passing Strings <string_apis>`.
948
949 .. _dss_stringref:
950
951 llvm/ADT/StringRef.h
952 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
953
954 The StringRef class is a simple value class that contains a pointer to a
955 character and a length, and is quite related to the :ref:`ArrayRef
956 <dss_arrayref>` class (but specialized for arrays of characters).  Because
957 StringRef carries a length with it, it safely handles strings with embedded nul
958 characters in it, getting the length does not require a strlen call, and it even
959 has very convenient APIs for slicing and dicing the character range that it
960 represents.
961
962 StringRef is ideal for passing simple strings around that are known to be live,
963 either because they are C string literals, std::string, a C array, or a
964 SmallVector.  Each of these cases has an efficient implicit conversion to
965 StringRef, which doesn't result in a dynamic strlen being executed.
966
967 StringRef has a few major limitations which make more powerful string containers
968 useful:
969
970 #. You cannot directly convert a StringRef to a 'const char*' because there is
971    no way to add a trailing nul (unlike the .c_str() method on various stronger
972    classes).
973
974 #. StringRef doesn't own or keep alive the underlying string bytes.
975    As such it can easily lead to dangling pointers, and is not suitable for
976    embedding in datastructures in most cases (instead, use an std::string or
977    something like that).
978
979 #. For the same reason, StringRef cannot be used as the return value of a
980    method if the method "computes" the result string.  Instead, use std::string.
981
982 #. StringRef's do not allow you to mutate the pointed-to string bytes and it
983    doesn't allow you to insert or remove bytes from the range.  For editing
984    operations like this, it interoperates with the :ref:`Twine <dss_twine>`
985    class.
986
987 Because of its strengths and limitations, it is very common for a function to
988 take a StringRef and for a method on an object to return a StringRef that points
989 into some string that it owns.
990
991 .. _dss_twine:
992
993 llvm/ADT/Twine.h
994 ^^^^^^^^^^^^^^^^
995
996 The Twine class is used as an intermediary datatype for APIs that want to take a
997 string that can be constructed inline with a series of concatenations.  Twine
998 works by forming recursive instances of the Twine datatype (a simple value
999 object) on the stack as temporary objects, linking them together into a tree
1000 which is then linearized when the Twine is consumed.  Twine is only safe to use
1001 as the argument to a function, and should always be a const reference, e.g.:
1002
1003 .. code-block:: c++
1004
1005   void foo(const Twine &T);
1006   ...
1007   StringRef X = ...
1008   unsigned i = ...
1009   foo(X + "." + Twine(i));
1010
1011 This example forms a string like "blarg.42" by concatenating the values
1012 together, and does not form intermediate strings containing "blarg" or "blarg.".
1013
1014 Because Twine is constructed with temporary objects on the stack, and because
1015 these instances are destroyed at the end of the current statement, it is an
1016 inherently dangerous API.  For example, this simple variant contains undefined
1017 behavior and will probably crash:
1018
1019 .. code-block:: c++
1020
1021   void foo(const Twine &T);
1022   ...
1023   StringRef X = ...
1024   unsigned i = ...
1025   const Twine &Tmp = X + "." + Twine(i);
1026   foo(Tmp);
1027
1028 ... because the temporaries are destroyed before the call.  That said, Twine's
1029 are much more efficient than intermediate std::string temporaries, and they work
1030 really well with StringRef.  Just be aware of their limitations.
1031
1032 .. _dss_smallstring:
1033
1034 llvm/ADT/SmallString.h
1035 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1036
1037 SmallString is a subclass of :ref:`SmallVector <dss_smallvector>` that adds some
1038 convenience APIs like += that takes StringRef's.  SmallString avoids allocating
1039 memory in the case when the preallocated space is enough to hold its data, and
1040 it calls back to general heap allocation when required.  Since it owns its data,
1041 it is very safe to use and supports full mutation of the string.
1042
1043 Like SmallVector's, the big downside to SmallString is their sizeof.  While they
1044 are optimized for small strings, they themselves are not particularly small.
1045 This means that they work great for temporary scratch buffers on the stack, but
1046 should not generally be put into the heap: it is very rare to see a SmallString
1047 as the member of a frequently-allocated heap data structure or returned
1048 by-value.
1049
1050 .. _dss_stdstring:
1051
1052 std::string
1053 ^^^^^^^^^^^
1054
1055 The standard C++ std::string class is a very general class that (like
1056 SmallString) owns its underlying data.  sizeof(std::string) is very reasonable
1057 so it can be embedded into heap data structures and returned by-value.  On the
1058 other hand, std::string is highly inefficient for inline editing (e.g.
1059 concatenating a bunch of stuff together) and because it is provided by the
1060 standard library, its performance characteristics depend a lot of the host
1061 standard library (e.g. libc++ and MSVC provide a highly optimized string class,
1062 GCC contains a really slow implementation).
1063
1064 The major disadvantage of std::string is that almost every operation that makes
1065 them larger can allocate memory, which is slow.  As such, it is better to use
1066 SmallVector or Twine as a scratch buffer, but then use std::string to persist
1067 the result.
1068
1069 .. _ds_set:
1070
1071 Set-Like Containers (std::set, SmallSet, SetVector, etc)
1072 --------------------------------------------------------
1073
1074 Set-like containers are useful when you need to canonicalize multiple values
1075 into a single representation.  There are several different choices for how to do
1076 this, providing various trade-offs.
1077
1078 .. _dss_sortedvectorset:
1079
1080 A sorted 'vector'
1081 ^^^^^^^^^^^^^^^^^
1082
1083 If you intend to insert a lot of elements, then do a lot of queries, a great
1084 approach is to use a vector (or other sequential container) with
1085 std::sort+std::unique to remove duplicates.  This approach works really well if
1086 your usage pattern has these two distinct phases (insert then query), and can be
1087 coupled with a good choice of :ref:`sequential container <ds_sequential>`.
1088
1089 This combination provides the several nice properties: the result data is
1090 contiguous in memory (good for cache locality), has few allocations, is easy to
1091 address (iterators in the final vector are just indices or pointers), and can be
1092 efficiently queried with a standard binary search (e.g.
1093 ``std::lower_bound``; if you want the whole range of elements comparing
1094 equal, use ``std::equal_range``).
1095
1096 .. _dss_smallset:
1097
1098 llvm/ADT/SmallSet.h
1099 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1100
1101 If you have a set-like data structure that is usually small and whose elements
1102 are reasonably small, a ``SmallSet<Type, N>`` is a good choice.  This set has
1103 space for N elements in place (thus, if the set is dynamically smaller than N,
1104 no malloc traffic is required) and accesses them with a simple linear search.
1105 When the set grows beyond 'N' elements, it allocates a more expensive
1106 representation that guarantees efficient access (for most types, it falls back
1107 to std::set, but for pointers it uses something far better, :ref:`SmallPtrSet
1108 <dss_smallptrset>`.
1109
1110 The magic of this class is that it handles small sets extremely efficiently, but
1111 gracefully handles extremely large sets without loss of efficiency.  The
1112 drawback is that the interface is quite small: it supports insertion, queries
1113 and erasing, but does not support iteration.
1114
1115 .. _dss_smallptrset:
1116
1117 llvm/ADT/SmallPtrSet.h
1118 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1119
1120 SmallPtrSet has all the advantages of ``SmallSet`` (and a ``SmallSet`` of
1121 pointers is transparently implemented with a ``SmallPtrSet``), but also supports
1122 iterators.  If more than 'N' insertions are performed, a single quadratically
1123 probed hash table is allocated and grows as needed, providing extremely
1124 efficient access (constant time insertion/deleting/queries with low constant
1125 factors) and is very stingy with malloc traffic.
1126
1127 Note that, unlike ``std::set``, the iterators of ``SmallPtrSet`` are invalidated
1128 whenever an insertion occurs.  Also, the values visited by the iterators are not
1129 visited in sorted order.
1130
1131 .. _dss_denseset:
1132
1133 llvm/ADT/DenseSet.h
1134 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1135
1136 DenseSet is a simple quadratically probed hash table.  It excels at supporting
1137 small values: it uses a single allocation to hold all of the pairs that are
1138 currently inserted in the set.  DenseSet is a great way to unique small values
1139 that are not simple pointers (use :ref:`SmallPtrSet <dss_smallptrset>` for
1140 pointers).  Note that DenseSet has the same requirements for the value type that
1141 :ref:`DenseMap <dss_densemap>` has.
1142
1143 .. _dss_sparseset:
1144
1145 llvm/ADT/SparseSet.h
1146 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1147
1148 SparseSet holds a small number of objects identified by unsigned keys of
1149 moderate size.  It uses a lot of memory, but provides operations that are almost
1150 as fast as a vector.  Typical keys are physical registers, virtual registers, or
1151 numbered basic blocks.
1152
1153 SparseSet is useful for algorithms that need very fast clear/find/insert/erase
1154 and fast iteration over small sets.  It is not intended for building composite
1155 data structures.
1156
1157 .. _dss_sparsemultiset:
1158
1159 llvm/ADT/SparseMultiSet.h
1160 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1161
1162 SparseMultiSet adds multiset behavior to SparseSet, while retaining SparseSet's
1163 desirable attributes. Like SparseSet, it typically uses a lot of memory, but
1164 provides operations that are almost as fast as a vector.  Typical keys are
1165 physical registers, virtual registers, or numbered basic blocks.
1166
1167 SparseMultiSet is useful for algorithms that need very fast
1168 clear/find/insert/erase of the entire collection, and iteration over sets of
1169 elements sharing a key. It is often a more efficient choice than using composite
1170 data structures (e.g. vector-of-vectors, map-of-vectors). It is not intended for
1171 building composite data structures.
1172
1173 .. _dss_FoldingSet:
1174
1175 llvm/ADT/FoldingSet.h
1176 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1177
1178 FoldingSet is an aggregate class that is really good at uniquing
1179 expensive-to-create or polymorphic objects.  It is a combination of a chained
1180 hash table with intrusive links (uniqued objects are required to inherit from
1181 FoldingSetNode) that uses :ref:`SmallVector <dss_smallvector>` as part of its ID
1182 process.
1183
1184 Consider a case where you want to implement a "getOrCreateFoo" method for a
1185 complex object (for example, a node in the code generator).  The client has a
1186 description of **what** it wants to generate (it knows the opcode and all the
1187 operands), but we don't want to 'new' a node, then try inserting it into a set
1188 only to find out it already exists, at which point we would have to delete it
1189 and return the node that already exists.
1190
1191 To support this style of client, FoldingSet perform a query with a
1192 FoldingSetNodeID (which wraps SmallVector) that can be used to describe the
1193 element that we want to query for.  The query either returns the element
1194 matching the ID or it returns an opaque ID that indicates where insertion should
1195 take place.  Construction of the ID usually does not require heap traffic.
1196
1197 Because FoldingSet uses intrusive links, it can support polymorphic objects in
1198 the set (for example, you can have SDNode instances mixed with LoadSDNodes).
1199 Because the elements are individually allocated, pointers to the elements are
1200 stable: inserting or removing elements does not invalidate any pointers to other
1201 elements.
1202
1203 .. _dss_set:
1204
1205 <set>
1206 ^^^^^
1207
1208 ``std::set`` is a reasonable all-around set class, which is decent at many
1209 things but great at nothing.  std::set allocates memory for each element
1210 inserted (thus it is very malloc intensive) and typically stores three pointers
1211 per element in the set (thus adding a large amount of per-element space
1212 overhead).  It offers guaranteed log(n) performance, which is not particularly
1213 fast from a complexity standpoint (particularly if the elements of the set are
1214 expensive to compare, like strings), and has extremely high constant factors for
1215 lookup, insertion and removal.
1216
1217 The advantages of std::set are that its iterators are stable (deleting or
1218 inserting an element from the set does not affect iterators or pointers to other
1219 elements) and that iteration over the set is guaranteed to be in sorted order.
1220 If the elements in the set are large, then the relative overhead of the pointers
1221 and malloc traffic is not a big deal, but if the elements of the set are small,
1222 std::set is almost never a good choice.
1223
1224 .. _dss_setvector:
1225
1226 llvm/ADT/SetVector.h
1227 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1228
1229 LLVM's ``SetVector<Type>`` is an adapter class that combines your choice of a
1230 set-like container along with a :ref:`Sequential Container <ds_sequential>` The
1231 important property that this provides is efficient insertion with uniquing
1232 (duplicate elements are ignored) with iteration support.  It implements this by
1233 inserting elements into both a set-like container and the sequential container,
1234 using the set-like container for uniquing and the sequential container for
1235 iteration.
1236
1237 The difference between SetVector and other sets is that the order of iteration
1238 is guaranteed to match the order of insertion into the SetVector.  This property
1239 is really important for things like sets of pointers.  Because pointer values
1240 are non-deterministic (e.g. vary across runs of the program on different
1241 machines), iterating over the pointers in the set will not be in a well-defined
1242 order.
1243
1244 The drawback of SetVector is that it requires twice as much space as a normal
1245 set and has the sum of constant factors from the set-like container and the
1246 sequential container that it uses.  Use it **only** if you need to iterate over
1247 the elements in a deterministic order.  SetVector is also expensive to delete
1248 elements out of (linear time), unless you use its "pop_back" method, which is
1249 faster.
1250
1251 ``SetVector`` is an adapter class that defaults to using ``std::vector`` and a
1252 size 16 ``SmallSet`` for the underlying containers, so it is quite expensive.
1253 However, ``"llvm/ADT/SetVector.h"`` also provides a ``SmallSetVector`` class,
1254 which defaults to using a ``SmallVector`` and ``SmallSet`` of a specified size.
1255 If you use this, and if your sets are dynamically smaller than ``N``, you will
1256 save a lot of heap traffic.
1257
1258 .. _dss_uniquevector:
1259
1260 llvm/ADT/UniqueVector.h
1261 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1262
1263 UniqueVector is similar to :ref:`SetVector <dss_setvector>` but it retains a
1264 unique ID for each element inserted into the set.  It internally contains a map
1265 and a vector, and it assigns a unique ID for each value inserted into the set.
1266
1267 UniqueVector is very expensive: its cost is the sum of the cost of maintaining
1268 both the map and vector, it has high complexity, high constant factors, and
1269 produces a lot of malloc traffic.  It should be avoided.
1270
1271 .. _dss_immutableset:
1272
1273 llvm/ADT/ImmutableSet.h
1274 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1275
1276 ImmutableSet is an immutable (functional) set implementation based on an AVL
1277 tree.  Adding or removing elements is done through a Factory object and results
1278 in the creation of a new ImmutableSet object.  If an ImmutableSet already exists
1279 with the given contents, then the existing one is returned; equality is compared
1280 with a FoldingSetNodeID.  The time and space complexity of add or remove
1281 operations is logarithmic in the size of the original set.
1282
1283 There is no method for returning an element of the set, you can only check for
1284 membership.
1285
1286 .. _dss_otherset:
1287
1288 Other Set-Like Container Options
1289 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1290
1291 The STL provides several other options, such as std::multiset and the various
1292 "hash_set" like containers (whether from C++ TR1 or from the SGI library).  We
1293 never use hash_set and unordered_set because they are generally very expensive
1294 (each insertion requires a malloc) and very non-portable.
1295
1296 std::multiset is useful if you're not interested in elimination of duplicates,
1297 but has all the drawbacks of std::set.  A sorted vector (where you don't delete
1298 duplicate entries) or some other approach is almost always better.
1299
1300 .. _ds_map:
1301
1302 Map-Like Containers (std::map, DenseMap, etc)
1303 ---------------------------------------------
1304
1305 Map-like containers are useful when you want to associate data to a key.  As
1306 usual, there are a lot of different ways to do this. :)
1307
1308 .. _dss_sortedvectormap:
1309
1310 A sorted 'vector'
1311 ^^^^^^^^^^^^^^^^^
1312
1313 If your usage pattern follows a strict insert-then-query approach, you can
1314 trivially use the same approach as :ref:`sorted vectors for set-like containers
1315 <dss_sortedvectorset>`.  The only difference is that your query function (which
1316 uses std::lower_bound to get efficient log(n) lookup) should only compare the
1317 key, not both the key and value.  This yields the same advantages as sorted
1318 vectors for sets.
1319
1320 .. _dss_stringmap:
1321
1322 llvm/ADT/StringMap.h
1323 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1324
1325 Strings are commonly used as keys in maps, and they are difficult to support
1326 efficiently: they are variable length, inefficient to hash and compare when
1327 long, expensive to copy, etc.  StringMap is a specialized container designed to
1328 cope with these issues.  It supports mapping an arbitrary range of bytes to an
1329 arbitrary other object.
1330
1331 The StringMap implementation uses a quadratically-probed hash table, where the
1332 buckets store a pointer to the heap allocated entries (and some other stuff).
1333 The entries in the map must be heap allocated because the strings are variable
1334 length.  The string data (key) and the element object (value) are stored in the
1335 same allocation with the string data immediately after the element object.
1336 This container guarantees the "``(char*)(&Value+1)``" points to the key string
1337 for a value.
1338
1339 The StringMap is very fast for several reasons: quadratic probing is very cache
1340 efficient for lookups, the hash value of strings in buckets is not recomputed
1341 when looking up an element, StringMap rarely has to touch the memory for
1342 unrelated objects when looking up a value (even when hash collisions happen),
1343 hash table growth does not recompute the hash values for strings already in the
1344 table, and each pair in the map is store in a single allocation (the string data
1345 is stored in the same allocation as the Value of a pair).
1346
1347 StringMap also provides query methods that take byte ranges, so it only ever
1348 copies a string if a value is inserted into the table.
1349
1350 StringMap iteratation order, however, is not guaranteed to be deterministic, so
1351 any uses which require that should instead use a std::map.
1352
1353 .. _dss_indexmap:
1354
1355 llvm/ADT/IndexedMap.h
1356 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1357
1358 IndexedMap is a specialized container for mapping small dense integers (or
1359 values that can be mapped to small dense integers) to some other type.  It is
1360 internally implemented as a vector with a mapping function that maps the keys
1361 to the dense integer range.
1362
1363 This is useful for cases like virtual registers in the LLVM code generator: they
1364 have a dense mapping that is offset by a compile-time constant (the first
1365 virtual register ID).
1366
1367 .. _dss_densemap:
1368
1369 llvm/ADT/DenseMap.h
1370 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1371
1372 DenseMap is a simple quadratically probed hash table.  It excels at supporting
1373 small keys and values: it uses a single allocation to hold all of the pairs
1374 that are currently inserted in the map.  DenseMap is a great way to map
1375 pointers to pointers, or map other small types to each other.
1376
1377 There are several aspects of DenseMap that you should be aware of, however.
1378 The iterators in a DenseMap are invalidated whenever an insertion occurs,
1379 unlike map.  Also, because DenseMap allocates space for a large number of
1380 key/value pairs (it starts with 64 by default), it will waste a lot of space if
1381 your keys or values are large.  Finally, you must implement a partial
1382 specialization of DenseMapInfo for the key that you want, if it isn't already
1383 supported.  This is required to tell DenseMap about two special marker values
1384 (which can never be inserted into the map) that it needs internally.
1385
1386 DenseMap's find_as() method supports lookup operations using an alternate key
1387 type.  This is useful in cases where the normal key type is expensive to
1388 construct, but cheap to compare against.  The DenseMapInfo is responsible for
1389 defining the appropriate comparison and hashing methods for each alternate key
1390 type used.
1391
1392 .. _dss_valuemap:
1393
1394 llvm/IR/ValueMap.h
1395 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1396
1397 ValueMap is a wrapper around a :ref:`DenseMap <dss_densemap>` mapping
1398 ``Value*``\ s (or subclasses) to another type.  When a Value is deleted or
1399 RAUW'ed, ValueMap will update itself so the new version of the key is mapped to
1400 the same value, just as if the key were a WeakVH.  You can configure exactly how
1401 this happens, and what else happens on these two events, by passing a ``Config``
1402 parameter to the ValueMap template.
1403
1404 .. _dss_intervalmap:
1405
1406 llvm/ADT/IntervalMap.h
1407 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1408
1409 IntervalMap is a compact map for small keys and values.  It maps key intervals
1410 instead of single keys, and it will automatically coalesce adjacent intervals.
1411 When then map only contains a few intervals, they are stored in the map object
1412 itself to avoid allocations.
1413
1414 The IntervalMap iterators are quite big, so they should not be passed around as
1415 STL iterators.  The heavyweight iterators allow a smaller data structure.
1416
1417 .. _dss_map:
1418
1419 <map>
1420 ^^^^^
1421
1422 std::map has similar characteristics to :ref:`std::set <dss_set>`: it uses a
1423 single allocation per pair inserted into the map, it offers log(n) lookup with
1424 an extremely large constant factor, imposes a space penalty of 3 pointers per
1425 pair in the map, etc.
1426
1427 std::map is most useful when your keys or values are very large, if you need to
1428 iterate over the collection in sorted order, or if you need stable iterators
1429 into the map (i.e. they don't get invalidated if an insertion or deletion of
1430 another element takes place).
1431
1432 .. _dss_mapvector:
1433
1434 llvm/ADT/MapVector.h
1435 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1436
1437 ``MapVector<KeyT,ValueT>`` provides a subset of the DenseMap interface.  The
1438 main difference is that the iteration order is guaranteed to be the insertion
1439 order, making it an easy (but somewhat expensive) solution for non-deterministic
1440 iteration over maps of pointers.
1441
1442 It is implemented by mapping from key to an index in a vector of key,value
1443 pairs.  This provides fast lookup and iteration, but has two main drawbacks: The
1444 key is stored twice and it doesn't support removing elements.
1445
1446 .. _dss_inteqclasses:
1447
1448 llvm/ADT/IntEqClasses.h
1449 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1450
1451 IntEqClasses provides a compact representation of equivalence classes of small
1452 integers.  Initially, each integer in the range 0..n-1 has its own equivalence
1453 class.  Classes can be joined by passing two class representatives to the
1454 join(a, b) method.  Two integers are in the same class when findLeader() returns
1455 the same representative.
1456
1457 Once all equivalence classes are formed, the map can be compressed so each
1458 integer 0..n-1 maps to an equivalence class number in the range 0..m-1, where m
1459 is the total number of equivalence classes.  The map must be uncompressed before
1460 it can be edited again.
1461
1462 .. _dss_immutablemap:
1463
1464 llvm/ADT/ImmutableMap.h
1465 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1466
1467 ImmutableMap is an immutable (functional) map implementation based on an AVL
1468 tree.  Adding or removing elements is done through a Factory object and results
1469 in the creation of a new ImmutableMap object.  If an ImmutableMap already exists
1470 with the given key set, then the existing one is returned; equality is compared
1471 with a FoldingSetNodeID.  The time and space complexity of add or remove
1472 operations is logarithmic in the size of the original map.
1473
1474 .. _dss_othermap:
1475
1476 Other Map-Like Container Options
1477 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1478
1479 The STL provides several other options, such as std::multimap and the various
1480 "hash_map" like containers (whether from C++ TR1 or from the SGI library).  We
1481 never use hash_set and unordered_set because they are generally very expensive
1482 (each insertion requires a malloc) and very non-portable.
1483
1484 std::multimap is useful if you want to map a key to multiple values, but has all
1485 the drawbacks of std::map.  A sorted vector or some other approach is almost
1486 always better.
1487
1488 .. _ds_bit:
1489
1490 Bit storage containers (BitVector, SparseBitVector)
1491 ---------------------------------------------------
1492
1493 Unlike the other containers, there are only two bit storage containers, and
1494 choosing when to use each is relatively straightforward.
1495
1496 One additional option is ``std::vector<bool>``: we discourage its use for two
1497 reasons 1) the implementation in many common compilers (e.g.  commonly
1498 available versions of GCC) is extremely inefficient and 2) the C++ standards
1499 committee is likely to deprecate this container and/or change it significantly
1500 somehow.  In any case, please don't use it.
1501
1502 .. _dss_bitvector:
1503
1504 BitVector
1505 ^^^^^^^^^
1506
1507 The BitVector container provides a dynamic size set of bits for manipulation.
1508 It supports individual bit setting/testing, as well as set operations.  The set
1509 operations take time O(size of bitvector), but operations are performed one word
1510 at a time, instead of one bit at a time.  This makes the BitVector very fast for
1511 set operations compared to other containers.  Use the BitVector when you expect
1512 the number of set bits to be high (i.e. a dense set).
1513
1514 .. _dss_smallbitvector:
1515
1516 SmallBitVector
1517 ^^^^^^^^^^^^^^
1518
1519 The SmallBitVector container provides the same interface as BitVector, but it is
1520 optimized for the case where only a small number of bits, less than 25 or so,
1521 are needed.  It also transparently supports larger bit counts, but slightly less
1522 efficiently than a plain BitVector, so SmallBitVector should only be used when
1523 larger counts are rare.
1524
1525 At this time, SmallBitVector does not support set operations (and, or, xor), and
1526 its operator[] does not provide an assignable lvalue.
1527
1528 .. _dss_sparsebitvector:
1529
1530 SparseBitVector
1531 ^^^^^^^^^^^^^^^
1532
1533 The SparseBitVector container is much like BitVector, with one major difference:
1534 Only the bits that are set, are stored.  This makes the SparseBitVector much
1535 more space efficient than BitVector when the set is sparse, as well as making
1536 set operations O(number of set bits) instead of O(size of universe).  The
1537 downside to the SparseBitVector is that setting and testing of random bits is
1538 O(N), and on large SparseBitVectors, this can be slower than BitVector.  In our
1539 implementation, setting or testing bits in sorted order (either forwards or
1540 reverse) is O(1) worst case.  Testing and setting bits within 128 bits (depends
1541 on size) of the current bit is also O(1).  As a general statement,
1542 testing/setting bits in a SparseBitVector is O(distance away from last set bit).
1543
1544 .. _common:
1545
1546 Helpful Hints for Common Operations
1547 ===================================
1548
1549 This section describes how to perform some very simple transformations of LLVM
1550 code.  This is meant to give examples of common idioms used, showing the
1551 practical side of LLVM transformations.
1552
1553 Because this is a "how-to" section, you should also read about the main classes
1554 that you will be working with.  The :ref:`Core LLVM Class Hierarchy Reference
1555 <coreclasses>` contains details and descriptions of the main classes that you
1556 should know about.
1557
1558 .. _inspection:
1559
1560 Basic Inspection and Traversal Routines
1561 ---------------------------------------
1562
1563 The LLVM compiler infrastructure have many different data structures that may be
1564 traversed.  Following the example of the C++ standard template library, the
1565 techniques used to traverse these various data structures are all basically the
1566 same.  For a enumerable sequence of values, the ``XXXbegin()`` function (or
1567 method) returns an iterator to the start of the sequence, the ``XXXend()``
1568 function returns an iterator pointing to one past the last valid element of the
1569 sequence, and there is some ``XXXiterator`` data type that is common between the
1570 two operations.
1571
1572 Because the pattern for iteration is common across many different aspects of the
1573 program representation, the standard template library algorithms may be used on
1574 them, and it is easier to remember how to iterate.  First we show a few common
1575 examples of the data structures that need to be traversed.  Other data
1576 structures are traversed in very similar ways.
1577
1578 .. _iterate_function:
1579
1580 Iterating over the ``BasicBlock`` in a ``Function``
1581 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1582
1583 It's quite common to have a ``Function`` instance that you'd like to transform
1584 in some way; in particular, you'd like to manipulate its ``BasicBlock``\ s.  To
1585 facilitate this, you'll need to iterate over all of the ``BasicBlock``\ s that
1586 constitute the ``Function``.  The following is an example that prints the name
1587 of a ``BasicBlock`` and the number of ``Instruction``\ s it contains:
1588
1589 .. code-block:: c++
1590
1591   // func is a pointer to a Function instance
1592   for (Function::iterator i = func->begin(), e = func->end(); i != e; ++i)
1593     // Print out the name of the basic block if it has one, and then the
1594     // number of instructions that it contains
1595     errs() << "Basic block (name=" << i->getName() << ") has "
1596                << i->size() << " instructions.\n";
1597
1598 Note that i can be used as if it were a pointer for the purposes of invoking
1599 member functions of the ``Instruction`` class.  This is because the indirection
1600 operator is overloaded for the iterator classes.  In the above code, the
1601 expression ``i->size()`` is exactly equivalent to ``(*i).size()`` just like
1602 you'd expect.
1603
1604 .. _iterate_basicblock:
1605
1606 Iterating over the ``Instruction`` in a ``BasicBlock``
1607 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1608
1609 Just like when dealing with ``BasicBlock``\ s in ``Function``\ s, it's easy to
1610 iterate over the individual instructions that make up ``BasicBlock``\ s.  Here's
1611 a code snippet that prints out each instruction in a ``BasicBlock``:
1612
1613 .. code-block:: c++
1614
1615   // blk is a pointer to a BasicBlock instance
1616   for (BasicBlock::iterator i = blk->begin(), e = blk->end(); i != e; ++i)
1617      // The next statement works since operator<<(ostream&,...)
1618      // is overloaded for Instruction&
1619      errs() << *i << "\n";
1620
1621
1622 However, this isn't really the best way to print out the contents of a
1623 ``BasicBlock``!  Since the ostream operators are overloaded for virtually
1624 anything you'll care about, you could have just invoked the print routine on the
1625 basic block itself: ``errs() << *blk << "\n";``.
1626
1627 .. _iterate_insiter:
1628
1629 Iterating over the ``Instruction`` in a ``Function``
1630 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1631
1632 If you're finding that you commonly iterate over a ``Function``'s
1633 ``BasicBlock``\ s and then that ``BasicBlock``'s ``Instruction``\ s,
1634 ``InstIterator`` should be used instead.  You'll need to include
1635 ``llvm/IR/InstIterator.h`` (`doxygen
1636 <http://llvm.org/doxygen/InstIterator_8h.html>`__) and then instantiate
1637 ``InstIterator``\ s explicitly in your code.  Here's a small example that shows
1638 how to dump all instructions in a function to the standard error stream:
1639
1640 .. code-block:: c++
1641
1642   #include "llvm/IR/InstIterator.h"
1643
1644   // F is a pointer to a Function instance
1645   for (inst_iterator I = inst_begin(F), E = inst_end(F); I != E; ++I)
1646     errs() << *I << "\n";
1647
1648 Easy, isn't it?  You can also use ``InstIterator``\ s to fill a work list with
1649 its initial contents.  For example, if you wanted to initialize a work list to
1650 contain all instructions in a ``Function`` F, all you would need to do is
1651 something like:
1652
1653 .. code-block:: c++
1654
1655   std::set<Instruction*> worklist;
1656   // or better yet, SmallPtrSet<Instruction*, 64> worklist;
1657
1658   for (inst_iterator I = inst_begin(F), E = inst_end(F); I != E; ++I)
1659     worklist.insert(&*I);
1660
1661 The STL set ``worklist`` would now contain all instructions in the ``Function``
1662 pointed to by F.
1663
1664 .. _iterate_convert:
1665
1666 Turning an iterator into a class pointer (and vice-versa)
1667 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1668
1669 Sometimes, it'll be useful to grab a reference (or pointer) to a class instance
1670 when all you've got at hand is an iterator.  Well, extracting a reference or a
1671 pointer from an iterator is very straight-forward.  Assuming that ``i`` is a
1672 ``BasicBlock::iterator`` and ``j`` is a ``BasicBlock::const_iterator``:
1673
1674 .. code-block:: c++
1675
1676   Instruction& inst = *i;   // Grab reference to instruction reference
1677   Instruction* pinst = &*i; // Grab pointer to instruction reference
1678   const Instruction& inst = *j;
1679
1680 However, the iterators you'll be working with in the LLVM framework are special:
1681 they will automatically convert to a ptr-to-instance type whenever they need to.
1682 Instead of derferencing the iterator and then taking the address of the result,
1683 you can simply assign the iterator to the proper pointer type and you get the
1684 dereference and address-of operation as a result of the assignment (behind the
1685 scenes, this is a result of overloading casting mechanisms).  Thus the last line
1686 of the last example,
1687
1688 .. code-block:: c++
1689
1690   Instruction *pinst = &*i;
1691
1692 is semantically equivalent to
1693
1694 .. code-block:: c++
1695
1696   Instruction *pinst = i;
1697
1698 It's also possible to turn a class pointer into the corresponding iterator, and
1699 this is a constant time operation (very efficient).  The following code snippet
1700 illustrates use of the conversion constructors provided by LLVM iterators.  By
1701 using these, you can explicitly grab the iterator of something without actually
1702 obtaining it via iteration over some structure:
1703
1704 .. code-block:: c++
1705
1706   void printNextInstruction(Instruction* inst) {
1707     BasicBlock::iterator it(inst);
1708     ++it; // After this line, it refers to the instruction after *inst
1709     if (it != inst->getParent()->end()) errs() << *it << "\n";
1710   }
1711
1712 Unfortunately, these implicit conversions come at a cost; they prevent these
1713 iterators from conforming to standard iterator conventions, and thus from being
1714 usable with standard algorithms and containers.  For example, they prevent the
1715 following code, where ``B`` is a ``BasicBlock``, from compiling:
1716
1717 .. code-block:: c++
1718
1719   llvm::SmallVector<llvm::Instruction *, 16>(B->begin(), B->end());
1720
1721 Because of this, these implicit conversions may be removed some day, and
1722 ``operator*`` changed to return a pointer instead of a reference.
1723
1724 .. _iterate_complex:
1725
1726 Finding call sites: a slightly more complex example
1727 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1728
1729 Say that you're writing a FunctionPass and would like to count all the locations
1730 in the entire module (that is, across every ``Function``) where a certain
1731 function (i.e., some ``Function *``) is already in scope.  As you'll learn
1732 later, you may want to use an ``InstVisitor`` to accomplish this in a much more
1733 straight-forward manner, but this example will allow us to explore how you'd do
1734 it if you didn't have ``InstVisitor`` around.  In pseudo-code, this is what we
1735 want to do:
1736
1737 .. code-block:: none
1738
1739   initialize callCounter to zero
1740   for each Function f in the Module
1741     for each BasicBlock b in f
1742       for each Instruction i in b
1743         if (i is a CallInst and calls the given function)
1744           increment callCounter
1745
1746 And the actual code is (remember, because we're writing a ``FunctionPass``, our
1747 ``FunctionPass``-derived class simply has to override the ``runOnFunction``
1748 method):
1749
1750 .. code-block:: c++
1751
1752   Function* targetFunc = ...;
1753
1754   class OurFunctionPass : public FunctionPass {
1755     public:
1756       OurFunctionPass(): callCounter(0) { }
1757
1758       virtual runOnFunction(Function& F) {
1759         for (Function::iterator b = F.begin(), be = F.end(); b != be; ++b) {
1760           for (BasicBlock::iterator i = b->begin(), ie = b->end(); i != ie; ++i) {
1761             if (CallInst* callInst = dyn_cast<CallInst>(&*i)) {
1762               // We know we've encountered a call instruction, so we
1763               // need to determine if it's a call to the
1764               // function pointed to by m_func or not.
1765               if (callInst->getCalledFunction() == targetFunc)
1766                 ++callCounter;
1767             }
1768           }
1769         }
1770       }
1771
1772     private:
1773       unsigned callCounter;
1774   };
1775
1776 .. _calls_and_invokes:
1777
1778 Treating calls and invokes the same way
1779 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1780
1781 You may have noticed that the previous example was a bit oversimplified in that
1782 it did not deal with call sites generated by 'invoke' instructions.  In this,
1783 and in other situations, you may find that you want to treat ``CallInst``\ s and
1784 ``InvokeInst``\ s the same way, even though their most-specific common base
1785 class is ``Instruction``, which includes lots of less closely-related things.
1786 For these cases, LLVM provides a handy wrapper class called ``CallSite``
1787 (`doxygen <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1CallSite.html>`__) It is
1788 essentially a wrapper around an ``Instruction`` pointer, with some methods that
1789 provide functionality common to ``CallInst``\ s and ``InvokeInst``\ s.
1790
1791 This class has "value semantics": it should be passed by value, not by reference
1792 and it should not be dynamically allocated or deallocated using ``operator new``
1793 or ``operator delete``.  It is efficiently copyable, assignable and
1794 constructable, with costs equivalents to that of a bare pointer.  If you look at
1795 its definition, it has only a single pointer member.
1796
1797 .. _iterate_chains:
1798
1799 Iterating over def-use & use-def chains
1800 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1801
1802 Frequently, we might have an instance of the ``Value`` class (`doxygen
1803 <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Value.html>`__) and we want to determine
1804 which ``User`` s use the ``Value``.  The list of all ``User``\ s of a particular
1805 ``Value`` is called a *def-use* chain.  For example, let's say we have a
1806 ``Function*`` named ``F`` to a particular function ``foo``.  Finding all of the
1807 instructions that *use* ``foo`` is as simple as iterating over the *def-use*
1808 chain of ``F``:
1809
1810 .. code-block:: c++
1811
1812   Function *F = ...;
1813
1814   for (User *U : GV->users()) {    
1815     if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(U)) {
1816       errs() << "F is used in instruction:\n";
1817       errs() << *Inst << "\n";
1818     }
1819
1820 Alternatively, it's common to have an instance of the ``User`` Class (`doxygen
1821 <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1User.html>`__) and need to know what
1822 ``Value``\ s are used by it.  The list of all ``Value``\ s used by a ``User`` is
1823 known as a *use-def* chain.  Instances of class ``Instruction`` are common
1824 ``User`` s, so we might want to iterate over all of the values that a particular
1825 instruction uses (that is, the operands of the particular ``Instruction``):
1826
1827 .. code-block:: c++
1828
1829   Instruction *pi = ...;
1830
1831   for (Use &U : pi->operands()) {
1832     Value *v = U.get();
1833     // ...
1834   }
1835
1836 Declaring objects as ``const`` is an important tool of enforcing mutation free
1837 algorithms (such as analyses, etc.).  For this purpose above iterators come in
1838 constant flavors as ``Value::const_use_iterator`` and
1839 ``Value::const_op_iterator``.  They automatically arise when calling
1840 ``use/op_begin()`` on ``const Value*``\ s or ``const User*``\ s respectively.
1841 Upon dereferencing, they return ``const Use*``\ s.  Otherwise the above patterns
1842 remain unchanged.
1843
1844 .. _iterate_preds:
1845
1846 Iterating over predecessors & successors of blocks
1847 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1848
1849 Iterating over the predecessors and successors of a block is quite easy with the
1850 routines defined in ``"llvm/Support/CFG.h"``.  Just use code like this to
1851 iterate over all predecessors of BB:
1852
1853 .. code-block:: c++
1854
1855   #include "llvm/Support/CFG.h"
1856   BasicBlock *BB = ...;
1857
1858   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
1859     BasicBlock *Pred = *PI;
1860     // ...
1861   }
1862
1863 Similarly, to iterate over successors use ``succ_iterator/succ_begin/succ_end``.
1864
1865 .. _simplechanges:
1866
1867 Making simple changes
1868 ---------------------
1869
1870 There are some primitive transformation operations present in the LLVM
1871 infrastructure that are worth knowing about.  When performing transformations,
1872 it's fairly common to manipulate the contents of basic blocks.  This section
1873 describes some of the common methods for doing so and gives example code.
1874
1875 .. _schanges_creating:
1876
1877 Creating and inserting new ``Instruction``\ s
1878 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1879
1880 *Instantiating Instructions*
1881
1882 Creation of ``Instruction``\ s is straight-forward: simply call the constructor
1883 for the kind of instruction to instantiate and provide the necessary parameters.
1884 For example, an ``AllocaInst`` only *requires* a (const-ptr-to) ``Type``.  Thus:
1885
1886 .. code-block:: c++
1887
1888   AllocaInst* ai = new AllocaInst(Type::Int32Ty);
1889
1890 will create an ``AllocaInst`` instance that represents the allocation of one
1891 integer in the current stack frame, at run time.  Each ``Instruction`` subclass
1892 is likely to have varying default parameters which change the semantics of the
1893 instruction, so refer to the `doxygen documentation for the subclass of
1894 Instruction <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Instruction.html>`_ that
1895 you're interested in instantiating.
1896
1897 *Naming values*
1898
1899 It is very useful to name the values of instructions when you're able to, as
1900 this facilitates the debugging of your transformations.  If you end up looking
1901 at generated LLVM machine code, you definitely want to have logical names
1902 associated with the results of instructions!  By supplying a value for the
1903 ``Name`` (default) parameter of the ``Instruction`` constructor, you associate a
1904 logical name with the result of the instruction's execution at run time.  For
1905 example, say that I'm writing a transformation that dynamically allocates space
1906 for an integer on the stack, and that integer is going to be used as some kind
1907 of index by some other code.  To accomplish this, I place an ``AllocaInst`` at
1908 the first point in the first ``BasicBlock`` of some ``Function``, and I'm
1909 intending to use it within the same ``Function``.  I might do:
1910
1911 .. code-block:: c++
1912
1913   AllocaInst* pa = new AllocaInst(Type::Int32Ty, 0, "indexLoc");
1914
1915 where ``indexLoc`` is now the logical name of the instruction's execution value,
1916 which is a pointer to an integer on the run time stack.
1917
1918 *Inserting instructions*
1919
1920 There are essentially two ways to insert an ``Instruction`` into an existing
1921 sequence of instructions that form a ``BasicBlock``:
1922
1923 * Insertion into an explicit instruction list
1924
1925   Given a ``BasicBlock* pb``, an ``Instruction* pi`` within that ``BasicBlock``,
1926   and a newly-created instruction we wish to insert before ``*pi``, we do the
1927   following:
1928
1929   .. code-block:: c++
1930
1931       BasicBlock *pb = ...;
1932       Instruction *pi = ...;
1933       Instruction *newInst = new Instruction(...);
1934
1935       pb->getInstList().insert(pi, newInst); // Inserts newInst before pi in pb
1936
1937   Appending to the end of a ``BasicBlock`` is so common that the ``Instruction``
1938   class and ``Instruction``-derived classes provide constructors which take a
1939   pointer to a ``BasicBlock`` to be appended to.  For example code that looked
1940   like:
1941
1942   .. code-block:: c++
1943
1944     BasicBlock *pb = ...;
1945     Instruction *newInst = new Instruction(...);
1946
1947     pb->getInstList().push_back(newInst); // Appends newInst to pb
1948
1949   becomes:
1950
1951   .. code-block:: c++
1952
1953     BasicBlock *pb = ...;
1954     Instruction *newInst = new Instruction(..., pb);
1955
1956   which is much cleaner, especially if you are creating long instruction
1957   streams.
1958
1959 * Insertion into an implicit instruction list
1960
1961   ``Instruction`` instances that are already in ``BasicBlock``\ s are implicitly
1962   associated with an existing instruction list: the instruction list of the
1963   enclosing basic block.  Thus, we could have accomplished the same thing as the
1964   above code without being given a ``BasicBlock`` by doing:
1965
1966   .. code-block:: c++
1967
1968     Instruction *pi = ...;
1969     Instruction *newInst = new Instruction(...);
1970
1971     pi->getParent()->getInstList().insert(pi, newInst);
1972
1973   In fact, this sequence of steps occurs so frequently that the ``Instruction``
1974   class and ``Instruction``-derived classes provide constructors which take (as
1975   a default parameter) a pointer to an ``Instruction`` which the newly-created
1976   ``Instruction`` should precede.  That is, ``Instruction`` constructors are
1977   capable of inserting the newly-created instance into the ``BasicBlock`` of a
1978   provided instruction, immediately before that instruction.  Using an
1979   ``Instruction`` constructor with a ``insertBefore`` (default) parameter, the
1980   above code becomes:
1981
1982   .. code-block:: c++
1983
1984     Instruction* pi = ...;
1985     Instruction* newInst = new Instruction(..., pi);
1986
1987   which is much cleaner, especially if you're creating a lot of instructions and
1988   adding them to ``BasicBlock``\ s.
1989
1990 .. _schanges_deleting:
1991
1992 Deleting Instructions
1993 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1994
1995 Deleting an instruction from an existing sequence of instructions that form a
1996 BasicBlock_ is very straight-forward: just call the instruction's
1997 ``eraseFromParent()`` method.  For example:
1998
1999 .. code-block:: c++
2000
2001   Instruction *I = .. ;
2002   I->eraseFromParent();
2003
2004 This unlinks the instruction from its containing basic block and deletes it.  If
2005 you'd just like to unlink the instruction from its containing basic block but
2006 not delete it, you can use the ``removeFromParent()`` method.
2007
2008 .. _schanges_replacing:
2009
2010 Replacing an Instruction with another Value
2011 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2012
2013 Replacing individual instructions
2014 """""""""""""""""""""""""""""""""
2015
2016 Including "`llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h
2017 <http://llvm.org/doxygen/BasicBlockUtils_8h-source.html>`_" permits use of two
2018 very useful replace functions: ``ReplaceInstWithValue`` and
2019 ``ReplaceInstWithInst``.
2020
2021 .. _schanges_deleting_sub:
2022
2023 Deleting Instructions
2024 """""""""""""""""""""
2025
2026 * ``ReplaceInstWithValue``
2027
2028   This function replaces all uses of a given instruction with a value, and then
2029   removes the original instruction.  The following example illustrates the
2030   replacement of the result of a particular ``AllocaInst`` that allocates memory
2031   for a single integer with a null pointer to an integer.
2032
2033   .. code-block:: c++
2034
2035     AllocaInst* instToReplace = ...;
2036     BasicBlock::iterator ii(instToReplace);
2037
2038     ReplaceInstWithValue(instToReplace->getParent()->getInstList(), ii,
2039                          Constant::getNullValue(PointerType::getUnqual(Type::Int32Ty)));
2040
2041 * ``ReplaceInstWithInst``
2042
2043   This function replaces a particular instruction with another instruction,
2044   inserting the new instruction into the basic block at the location where the
2045   old instruction was, and replacing any uses of the old instruction with the
2046   new instruction.  The following example illustrates the replacement of one
2047   ``AllocaInst`` with another.
2048
2049   .. code-block:: c++
2050
2051     AllocaInst* instToReplace = ...;
2052     BasicBlock::iterator ii(instToReplace);
2053
2054     ReplaceInstWithInst(instToReplace->getParent()->getInstList(), ii,
2055                         new AllocaInst(Type::Int32Ty, 0, "ptrToReplacedInt"));
2056
2057
2058 Replacing multiple uses of Users and Values
2059 """""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
2060
2061 You can use ``Value::replaceAllUsesWith`` and ``User::replaceUsesOfWith`` to
2062 change more than one use at a time.  See the doxygen documentation for the
2063 `Value Class <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Value.html>`_ and `User Class
2064 <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1User.html>`_, respectively, for more
2065 information.
2066
2067 .. _schanges_deletingGV:
2068
2069 Deleting GlobalVariables
2070 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2071
2072 Deleting a global variable from a module is just as easy as deleting an
2073 Instruction.  First, you must have a pointer to the global variable that you
2074 wish to delete.  You use this pointer to erase it from its parent, the module.
2075 For example:
2076
2077 .. code-block:: c++
2078
2079   GlobalVariable *GV = .. ;
2080
2081   GV->eraseFromParent();
2082
2083
2084 .. _create_types:
2085
2086 How to Create Types
2087 -------------------
2088
2089 In generating IR, you may need some complex types.  If you know these types
2090 statically, you can use ``TypeBuilder<...>::get()``, defined in
2091 ``llvm/Support/TypeBuilder.h``, to retrieve them.  ``TypeBuilder`` has two forms
2092 depending on whether you're building types for cross-compilation or native
2093 library use.  ``TypeBuilder<T, true>`` requires that ``T`` be independent of the
2094 host environment, meaning that it's built out of types from the ``llvm::types``
2095 (`doxygen <http://llvm.org/doxygen/namespacellvm_1_1types.html>`__) namespace
2096 and pointers, functions, arrays, etc. built of those.  ``TypeBuilder<T, false>``
2097 additionally allows native C types whose size may depend on the host compiler.
2098 For example,
2099
2100 .. code-block:: c++
2101
2102   FunctionType *ft = TypeBuilder<types::i<8>(types::i<32>*), true>::get();
2103
2104 is easier to read and write than the equivalent
2105
2106 .. code-block:: c++
2107
2108   std::vector<const Type*> params;
2109   params.push_back(PointerType::getUnqual(Type::Int32Ty));
2110   FunctionType *ft = FunctionType::get(Type::Int8Ty, params, false);
2111
2112 See the `class comment
2113 <http://llvm.org/doxygen/TypeBuilder_8h-source.html#l00001>`_ for more details.
2114
2115 .. _threading:
2116
2117 Threads and LLVM
2118 ================
2119
2120 This section describes the interaction of the LLVM APIs with multithreading,
2121 both on the part of client applications, and in the JIT, in the hosted
2122 application.
2123
2124 Note that LLVM's support for multithreading is still relatively young.  Up
2125 through version 2.5, the execution of threaded hosted applications was
2126 supported, but not threaded client access to the APIs.  While this use case is
2127 now supported, clients *must* adhere to the guidelines specified below to ensure
2128 proper operation in multithreaded mode.
2129
2130 Note that, on Unix-like platforms, LLVM requires the presence of GCC's atomic
2131 intrinsics in order to support threaded operation.  If you need a
2132 multhreading-capable LLVM on a platform without a suitably modern system
2133 compiler, consider compiling LLVM and LLVM-GCC in single-threaded mode, and
2134 using the resultant compiler to build a copy of LLVM with multithreading
2135 support.
2136
2137 .. _startmultithreaded:
2138
2139 Entering and Exiting Multithreaded Mode
2140 ---------------------------------------
2141
2142 In order to properly protect its internal data structures while avoiding
2143 excessive locking overhead in the single-threaded case, the LLVM must intialize
2144 certain data structures necessary to provide guards around its internals.  To do
2145 so, the client program must invoke ``llvm_start_multithreaded()`` before making
2146 any concurrent LLVM API calls.  To subsequently tear down these structures, use
2147 the ``llvm_stop_multithreaded()`` call.  You can also use the
2148 ``llvm_is_multithreaded()`` call to check the status of multithreaded mode.
2149
2150 Note that both of these calls must be made *in isolation*.  That is to say that
2151 no other LLVM API calls may be executing at any time during the execution of
2152 ``llvm_start_multithreaded()`` or ``llvm_stop_multithreaded``.  It is the
2153 client's responsibility to enforce this isolation.
2154
2155 The return value of ``llvm_start_multithreaded()`` indicates the success or
2156 failure of the initialization.  Failure typically indicates that your copy of
2157 LLVM was built without multithreading support, typically because GCC atomic
2158 intrinsics were not found in your system compiler.  In this case, the LLVM API
2159 will not be safe for concurrent calls.  However, it *will* be safe for hosting
2160 threaded applications in the JIT, though :ref:`care must be taken
2161 <jitthreading>` to ensure that side exits and the like do not accidentally
2162 result in concurrent LLVM API calls.
2163
2164 .. _shutdown:
2165
2166 Ending Execution with ``llvm_shutdown()``
2167 -----------------------------------------
2168
2169 When you are done using the LLVM APIs, you should call ``llvm_shutdown()`` to
2170 deallocate memory used for internal structures.  This will also invoke
2171 ``llvm_stop_multithreaded()`` if LLVM is operating in multithreaded mode.  As
2172 such, ``llvm_shutdown()`` requires the same isolation guarantees as
2173 ``llvm_stop_multithreaded()``.
2174
2175 Note that, if you use scope-based shutdown, you can use the
2176 ``llvm_shutdown_obj`` class, which calls ``llvm_shutdown()`` in its destructor.
2177
2178 .. _managedstatic:
2179
2180 Lazy Initialization with ``ManagedStatic``
2181 ------------------------------------------
2182
2183 ``ManagedStatic`` is a utility class in LLVM used to implement static
2184 initialization of static resources, such as the global type tables.  Before the
2185 invocation of ``llvm_shutdown()``, it implements a simple lazy initialization
2186 scheme.  Once ``llvm_start_multithreaded()`` returns, however, it uses
2187 double-checked locking to implement thread-safe lazy initialization.
2188
2189 Note that, because no other threads are allowed to issue LLVM API calls before
2190 ``llvm_start_multithreaded()`` returns, it is possible to have
2191 ``ManagedStatic``\ s of ``llvm::sys::Mutex``\ s.
2192
2193 The ``llvm_acquire_global_lock()`` and ``llvm_release_global_lock`` APIs provide
2194 access to the global lock used to implement the double-checked locking for lazy
2195 initialization.  These should only be used internally to LLVM, and only if you
2196 know what you're doing!
2197
2198 .. _llvmcontext:
2199
2200 Achieving Isolation with ``LLVMContext``
2201 ----------------------------------------
2202
2203 ``LLVMContext`` is an opaque class in the LLVM API which clients can use to
2204 operate multiple, isolated instances of LLVM concurrently within the same
2205 address space.  For instance, in a hypothetical compile-server, the compilation
2206 of an individual translation unit is conceptually independent from all the
2207 others, and it would be desirable to be able to compile incoming translation
2208 units concurrently on independent server threads.  Fortunately, ``LLVMContext``
2209 exists to enable just this kind of scenario!
2210
2211 Conceptually, ``LLVMContext`` provides isolation.  Every LLVM entity
2212 (``Module``\ s, ``Value``\ s, ``Type``\ s, ``Constant``\ s, etc.) in LLVM's
2213 in-memory IR belongs to an ``LLVMContext``.  Entities in different contexts
2214 *cannot* interact with each other: ``Module``\ s in different contexts cannot be
2215 linked together, ``Function``\ s cannot be added to ``Module``\ s in different
2216 contexts, etc.  What this means is that is is safe to compile on multiple
2217 threads simultaneously, as long as no two threads operate on entities within the
2218 same context.
2219
2220 In practice, very few places in the API require the explicit specification of a
2221 ``LLVMContext``, other than the ``Type`` creation/lookup APIs.  Because every
2222 ``Type`` carries a reference to its owning context, most other entities can
2223 determine what context they belong to by looking at their own ``Type``.  If you
2224 are adding new entities to LLVM IR, please try to maintain this interface
2225 design.
2226
2227 For clients that do *not* require the benefits of isolation, LLVM provides a
2228 convenience API ``getGlobalContext()``.  This returns a global, lazily
2229 initialized ``LLVMContext`` that may be used in situations where isolation is
2230 not a concern.
2231
2232 .. _jitthreading:
2233
2234 Threads and the JIT
2235 -------------------
2236
2237 LLVM's "eager" JIT compiler is safe to use in threaded programs.  Multiple
2238 threads can call ``ExecutionEngine::getPointerToFunction()`` or
2239 ``ExecutionEngine::runFunction()`` concurrently, and multiple threads can run
2240 code output by the JIT concurrently.  The user must still ensure that only one
2241 thread accesses IR in a given ``LLVMContext`` while another thread might be
2242 modifying it.  One way to do that is to always hold the JIT lock while accessing
2243 IR outside the JIT (the JIT *modifies* the IR by adding ``CallbackVH``\ s).
2244 Another way is to only call ``getPointerToFunction()`` from the
2245 ``LLVMContext``'s thread.
2246
2247 When the JIT is configured to compile lazily (using
2248 ``ExecutionEngine::DisableLazyCompilation(false)``), there is currently a `race
2249 condition <http://llvm.org/bugs/show_bug.cgi?id=5184>`_ in updating call sites
2250 after a function is lazily-jitted.  It's still possible to use the lazy JIT in a
2251 threaded program if you ensure that only one thread at a time can call any
2252 particular lazy stub and that the JIT lock guards any IR access, but we suggest
2253 using only the eager JIT in threaded programs.
2254
2255 .. _advanced:
2256
2257 Advanced Topics
2258 ===============
2259
2260 This section describes some of the advanced or obscure API's that most clients
2261 do not need to be aware of.  These API's tend manage the inner workings of the
2262 LLVM system, and only need to be accessed in unusual circumstances.
2263
2264 .. _SymbolTable:
2265
2266 The ``ValueSymbolTable`` class
2267 ------------------------------
2268
2269 The ``ValueSymbolTable`` (`doxygen
2270 <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1ValueSymbolTable.html>`__) class provides
2271 a symbol table that the :ref:`Function <c_Function>` and Module_ classes use for
2272 naming value definitions.  The symbol table can provide a name for any Value_.
2273
2274 Note that the ``SymbolTable`` class should not be directly accessed by most
2275 clients.  It should only be used when iteration over the symbol table names
2276 themselves are required, which is very special purpose.  Note that not all LLVM
2277 Value_\ s have names, and those without names (i.e. they have an empty name) do
2278 not exist in the symbol table.
2279
2280 Symbol tables support iteration over the values in the symbol table with
2281 ``begin/end/iterator`` and supports querying to see if a specific name is in the
2282 symbol table (with ``lookup``).  The ``ValueSymbolTable`` class exposes no
2283 public mutator methods, instead, simply call ``setName`` on a value, which will
2284 autoinsert it into the appropriate symbol table.
2285
2286 .. _UserLayout:
2287
2288 The ``User`` and owned ``Use`` classes' memory layout
2289 -----------------------------------------------------
2290
2291 The ``User`` (`doxygen <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1User.html>`__)
2292 class provides a basis for expressing the ownership of ``User`` towards other
2293 `Value instance <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Value.html>`_\ s.  The
2294 ``Use`` (`doxygen <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Use.html>`__) helper
2295 class is employed to do the bookkeeping and to facilitate *O(1)* addition and
2296 removal.
2297
2298 .. _Use2User:
2299
2300 Interaction and relationship between ``User`` and ``Use`` objects
2301 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2302
2303 A subclass of ``User`` can choose between incorporating its ``Use`` objects or
2304 refer to them out-of-line by means of a pointer.  A mixed variant (some ``Use``
2305 s inline others hung off) is impractical and breaks the invariant that the
2306 ``Use`` objects belonging to the same ``User`` form a contiguous array.
2307
2308 We have 2 different layouts in the ``User`` (sub)classes:
2309
2310 * Layout a)
2311
2312   The ``Use`` object(s) are inside (resp. at fixed offset) of the ``User``
2313   object and there are a fixed number of them.
2314
2315 * Layout b)
2316
2317   The ``Use`` object(s) are referenced by a pointer to an array from the
2318   ``User`` object and there may be a variable number of them.
2319
2320 As of v2.4 each layout still possesses a direct pointer to the start of the
2321 array of ``Use``\ s.  Though not mandatory for layout a), we stick to this
2322 redundancy for the sake of simplicity.  The ``User`` object also stores the
2323 number of ``Use`` objects it has. (Theoretically this information can also be
2324 calculated given the scheme presented below.)
2325
2326 Special forms of allocation operators (``operator new``) enforce the following
2327 memory layouts:
2328
2329 * Layout a) is modelled by prepending the ``User`` object by the ``Use[]``
2330   array.
2331
2332   .. code-block:: none
2333
2334     ...---.---.---.---.-------...
2335       | P | P | P | P | User
2336     '''---'---'---'---'-------'''
2337
2338 * Layout b) is modelled by pointing at the ``Use[]`` array.
2339
2340   .. code-block:: none
2341
2342     .-------...
2343     | User
2344     '-------'''
2345         |
2346         v
2347         .---.---.---.---...
2348         | P | P | P | P |
2349         '---'---'---'---'''
2350
2351 *(In the above figures* '``P``' *stands for the* ``Use**`` *that is stored in
2352 each* ``Use`` *object in the member* ``Use::Prev`` *)*
2353
2354 .. _Waymarking:
2355
2356 The waymarking algorithm
2357 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2358
2359 Since the ``Use`` objects are deprived of the direct (back)pointer to their
2360 ``User`` objects, there must be a fast and exact method to recover it.  This is
2361 accomplished by the following scheme:
2362
2363 A bit-encoding in the 2 LSBits (least significant bits) of the ``Use::Prev``
2364 allows to find the start of the ``User`` object:
2365
2366 * ``00`` --- binary digit 0
2367
2368 * ``01`` --- binary digit 1
2369
2370 * ``10`` --- stop and calculate (``s``)
2371
2372 * ``11`` --- full stop (``S``)
2373
2374 Given a ``Use*``, all we have to do is to walk till we get a stop and we either
2375 have a ``User`` immediately behind or we have to walk to the next stop picking
2376 up digits and calculating the offset:
2377
2378 .. code-block:: none
2379
2380   .---.---.---.---.---.---.---.---.---.---.---.---.---.---.---.---.----------------
2381   | 1 | s | 1 | 0 | 1 | 0 | s | 1 | 1 | 0 | s | 1 | 1 | s | 1 | S | User (or User*)
2382   '---'---'---'---'---'---'---'---'---'---'---'---'---'---'---'---'----------------
2383       |+15                |+10            |+6         |+3     |+1
2384       |                   |               |           |       | __>
2385       |                   |               |           | __________>
2386       |                   |               | ______________________>
2387       |                   | ______________________________________>
2388       | __________________________________________________________>
2389
2390 Only the significant number of bits need to be stored between the stops, so that
2391 the *worst case is 20 memory accesses* when there are 1000 ``Use`` objects
2392 associated with a ``User``.
2393
2394 .. _ReferenceImpl:
2395
2396 Reference implementation
2397 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2398
2399 The following literate Haskell fragment demonstrates the concept:
2400
2401 .. code-block:: haskell
2402
2403   > import Test.QuickCheck
2404   >
2405   > digits :: Int -> [Char] -> [Char]
2406   > digits 0 acc = '0' : acc
2407   > digits 1 acc = '1' : acc
2408   > digits n acc = digits (n `div` 2) $ digits (n `mod` 2) acc
2409   >
2410   > dist :: Int -> [Char] -> [Char]
2411   > dist 0 [] = ['S']
2412   > dist 0 acc = acc
2413   > dist 1 acc = let r = dist 0 acc in 's' : digits (length r) r
2414   > dist n acc = dist (n - 1) $ dist 1 acc
2415   >
2416   > takeLast n ss = reverse $ take n $ reverse ss
2417   >
2418   > test = takeLast 40 $ dist 20 []
2419   >
2420
2421 Printing <test> gives: ``"1s100000s11010s10100s1111s1010s110s11s1S"``
2422
2423 The reverse algorithm computes the length of the string just by examining a
2424 certain prefix:
2425
2426 .. code-block:: haskell
2427
2428   > pref :: [Char] -> Int
2429   > pref "S" = 1
2430   > pref ('s':'1':rest) = decode 2 1 rest
2431   > pref (_:rest) = 1 + pref rest
2432   >
2433   > decode walk acc ('0':rest) = decode (walk + 1) (acc * 2) rest
2434   > decode walk acc ('1':rest) = decode (walk + 1) (acc * 2 + 1) rest
2435   > decode walk acc _ = walk + acc
2436   >
2437
2438 Now, as expected, printing <pref test> gives ``40``.
2439
2440 We can *quickCheck* this with following property:
2441
2442 .. code-block:: haskell
2443
2444   > testcase = dist 2000 []
2445   > testcaseLength = length testcase
2446   >
2447   > identityProp n = n > 0 && n <= testcaseLength ==> length arr == pref arr
2448   >     where arr = takeLast n testcase
2449   >
2450
2451 As expected <quickCheck identityProp> gives:
2452
2453 ::
2454
2455   *Main> quickCheck identityProp
2456   OK, passed 100 tests.
2457
2458 Let's be a bit more exhaustive:
2459
2460 .. code-block:: haskell
2461
2462   >
2463   > deepCheck p = check (defaultConfig { configMaxTest = 500 }) p
2464   >
2465
2466 And here is the result of <deepCheck identityProp>:
2467
2468 ::
2469
2470   *Main> deepCheck identityProp
2471   OK, passed 500 tests.
2472
2473 .. _Tagging:
2474
2475 Tagging considerations
2476 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2477
2478 To maintain the invariant that the 2 LSBits of each ``Use**`` in ``Use`` never
2479 change after being set up, setters of ``Use::Prev`` must re-tag the new
2480 ``Use**`` on every modification.  Accordingly getters must strip the tag bits.
2481
2482 For layout b) instead of the ``User`` we find a pointer (``User*`` with LSBit
2483 set).  Following this pointer brings us to the ``User``.  A portable trick
2484 ensures that the first bytes of ``User`` (if interpreted as a pointer) never has
2485 the LSBit set. (Portability is relying on the fact that all known compilers
2486 place the ``vptr`` in the first word of the instances.)
2487
2488 .. _coreclasses:
2489
2490 The Core LLVM Class Hierarchy Reference
2491 =======================================
2492
2493 ``#include "llvm/IR/Type.h"``
2494
2495 header source: `Type.h <http://llvm.org/doxygen/Type_8h-source.html>`_
2496
2497 doxygen info: `Type Clases <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Type.html>`_
2498
2499 The Core LLVM classes are the primary means of representing the program being
2500 inspected or transformed.  The core LLVM classes are defined in header files in
2501 the ``include/llvm/`` directory, and implemented in the ``lib/VMCore``
2502 directory.
2503
2504 .. _Type:
2505
2506 The Type class and Derived Types
2507 --------------------------------
2508
2509 ``Type`` is a superclass of all type classes.  Every ``Value`` has a ``Type``.
2510 ``Type`` cannot be instantiated directly but only through its subclasses.
2511 Certain primitive types (``VoidType``, ``LabelType``, ``FloatType`` and
2512 ``DoubleType``) have hidden subclasses.  They are hidden because they offer no
2513 useful functionality beyond what the ``Type`` class offers except to distinguish
2514 themselves from other subclasses of ``Type``.
2515
2516 All other types are subclasses of ``DerivedType``.  Types can be named, but this
2517 is not a requirement.  There exists exactly one instance of a given shape at any
2518 one time.  This allows type equality to be performed with address equality of
2519 the Type Instance.  That is, given two ``Type*`` values, the types are identical
2520 if the pointers are identical.
2521
2522 .. _m_Type:
2523
2524 Important Public Methods
2525 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2526
2527 * ``bool isIntegerTy() const``: Returns true for any integer type.
2528
2529 * ``bool isFloatingPointTy()``: Return true if this is one of the five
2530   floating point types.
2531
2532 * ``bool isSized()``: Return true if the type has known size.  Things
2533   that don't have a size are abstract types, labels and void.
2534
2535 .. _derivedtypes:
2536
2537 Important Derived Types
2538 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2539
2540 ``IntegerType``
2541   Subclass of DerivedType that represents integer types of any bit width.  Any
2542   bit width between ``IntegerType::MIN_INT_BITS`` (1) and
2543   ``IntegerType::MAX_INT_BITS`` (~8 million) can be represented.
2544
2545   * ``static const IntegerType* get(unsigned NumBits)``: get an integer
2546     type of a specific bit width.
2547
2548   * ``unsigned getBitWidth() const``: Get the bit width of an integer type.
2549
2550 ``SequentialType``
2551   This is subclassed by ArrayType, PointerType and VectorType.
2552
2553   * ``const Type * getElementType() const``: Returns the type of each
2554     of the elements in the sequential type.
2555
2556 ``ArrayType``
2557   This is a subclass of SequentialType and defines the interface for array
2558   types.
2559
2560   * ``unsigned getNumElements() const``: Returns the number of elements
2561     in the array.
2562
2563 ``PointerType``
2564   Subclass of SequentialType for pointer types.
2565
2566 ``VectorType``
2567   Subclass of SequentialType for vector types.  A vector type is similar to an
2568   ArrayType but is distinguished because it is a first class type whereas
2569   ArrayType is not.  Vector types are used for vector operations and are usually
2570   small vectors of of an integer or floating point type.
2571
2572 ``StructType``
2573   Subclass of DerivedTypes for struct types.
2574
2575 .. _FunctionType:
2576
2577 ``FunctionType``
2578   Subclass of DerivedTypes for function types.
2579
2580   * ``bool isVarArg() const``: Returns true if it's a vararg function.
2581
2582   * ``const Type * getReturnType() const``: Returns the return type of the
2583     function.
2584
2585   * ``const Type * getParamType (unsigned i)``: Returns the type of the ith
2586     parameter.
2587
2588   * ``const unsigned getNumParams() const``: Returns the number of formal
2589     parameters.
2590
2591 .. _Module:
2592
2593 The ``Module`` class
2594 --------------------
2595
2596 ``#include "llvm/IR/Module.h"``
2597
2598 header source: `Module.h <http://llvm.org/doxygen/Module_8h-source.html>`_
2599
2600 doxygen info: `Module Class <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Module.html>`_
2601
2602 The ``Module`` class represents the top level structure present in LLVM
2603 programs.  An LLVM module is effectively either a translation unit of the
2604 original program or a combination of several translation units merged by the
2605 linker.  The ``Module`` class keeps track of a list of :ref:`Function
2606 <c_Function>`\ s, a list of GlobalVariable_\ s, and a SymbolTable_.
2607 Additionally, it contains a few helpful member functions that try to make common
2608 operations easy.
2609
2610 .. _m_Module:
2611
2612 Important Public Members of the ``Module`` class
2613 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2614
2615 * ``Module::Module(std::string name = "")``
2616
2617   Constructing a Module_ is easy.  You can optionally provide a name for it
2618   (probably based on the name of the translation unit).
2619
2620 * | ``Module::iterator`` - Typedef for function list iterator
2621   | ``Module::const_iterator`` - Typedef for const_iterator.
2622   | ``begin()``, ``end()``, ``size()``, ``empty()``
2623
2624   These are forwarding methods that make it easy to access the contents of a
2625   ``Module`` object's :ref:`Function <c_Function>` list.
2626
2627 * ``Module::FunctionListType &getFunctionList()``
2628
2629   Returns the list of :ref:`Function <c_Function>`\ s.  This is necessary to use
2630   when you need to update the list or perform a complex action that doesn't have
2631   a forwarding method.
2632
2633 ----------------
2634
2635 * | ``Module::global_iterator`` - Typedef for global variable list iterator
2636   | ``Module::const_global_iterator`` - Typedef for const_iterator.
2637   | ``global_begin()``, ``global_end()``, ``global_size()``, ``global_empty()``
2638
2639   These are forwarding methods that make it easy to access the contents of a
2640   ``Module`` object's GlobalVariable_ list.
2641
2642 * ``Module::GlobalListType &getGlobalList()``
2643
2644   Returns the list of GlobalVariable_\ s.  This is necessary to use when you
2645   need to update the list or perform a complex action that doesn't have a
2646   forwarding method.
2647
2648 ----------------
2649
2650 * ``SymbolTable *getSymbolTable()``
2651
2652   Return a reference to the SymbolTable_ for this ``Module``.
2653
2654 ----------------
2655
2656 * ``Function *getFunction(StringRef Name) const``
2657
2658   Look up the specified function in the ``Module`` SymbolTable_.  If it does not
2659   exist, return ``null``.
2660
2661 * ``Function *getOrInsertFunction(const std::string &Name, const FunctionType
2662   *T)``
2663
2664   Look up the specified function in the ``Module`` SymbolTable_.  If it does not
2665   exist, add an external declaration for the function and return it.
2666
2667 * ``std::string getTypeName(const Type *Ty)``
2668
2669   If there is at least one entry in the SymbolTable_ for the specified Type_,
2670   return it.  Otherwise return the empty string.
2671
2672 * ``bool addTypeName(const std::string &Name, const Type *Ty)``
2673
2674   Insert an entry in the SymbolTable_ mapping ``Name`` to ``Ty``.  If there is
2675   already an entry for this name, true is returned and the SymbolTable_ is not
2676   modified.
2677
2678 .. _Value:
2679
2680 The ``Value`` class
2681 -------------------
2682
2683 ``#include "llvm/IR/Value.h"``
2684
2685 header source: `Value.h <http://llvm.org/doxygen/Value_8h-source.html>`_
2686
2687 doxygen info: `Value Class <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Value.html>`_
2688
2689 The ``Value`` class is the most important class in the LLVM Source base.  It
2690 represents a typed value that may be used (among other things) as an operand to
2691 an instruction.  There are many different types of ``Value``\ s, such as
2692 Constant_\ s, Argument_\ s.  Even Instruction_\ s and :ref:`Function
2693 <c_Function>`\ s are ``Value``\ s.
2694
2695 A particular ``Value`` may be used many times in the LLVM representation for a
2696 program.  For example, an incoming argument to a function (represented with an
2697 instance of the Argument_ class) is "used" by every instruction in the function
2698 that references the argument.  To keep track of this relationship, the ``Value``
2699 class keeps a list of all of the ``User``\ s that is using it (the User_ class
2700 is a base class for all nodes in the LLVM graph that can refer to ``Value``\ s).
2701 This use list is how LLVM represents def-use information in the program, and is
2702 accessible through the ``use_*`` methods, shown below.
2703
2704 Because LLVM is a typed representation, every LLVM ``Value`` is typed, and this
2705 Type_ is available through the ``getType()`` method.  In addition, all LLVM
2706 values can be named.  The "name" of the ``Value`` is a symbolic string printed
2707 in the LLVM code:
2708
2709 .. code-block:: llvm
2710
2711   %foo = add i32 1, 2
2712
2713 .. _nameWarning:
2714
2715 The name of this instruction is "foo". **NOTE** that the name of any value may
2716 be missing (an empty string), so names should **ONLY** be used for debugging
2717 (making the source code easier to read, debugging printouts), they should not be
2718 used to keep track of values or map between them.  For this purpose, use a
2719 ``std::map`` of pointers to the ``Value`` itself instead.
2720
2721 One important aspect of LLVM is that there is no distinction between an SSA
2722 variable and the operation that produces it.  Because of this, any reference to
2723 the value produced by an instruction (or the value available as an incoming
2724 argument, for example) is represented as a direct pointer to the instance of the
2725 class that represents this value.  Although this may take some getting used to,
2726 it simplifies the representation and makes it easier to manipulate.
2727
2728 .. _m_Value:
2729
2730 Important Public Members of the ``Value`` class
2731 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2732
2733 * | ``Value::use_iterator`` - Typedef for iterator over the use-list
2734   | ``Value::const_use_iterator`` - Typedef for const_iterator over the
2735     use-list
2736   | ``unsigned use_size()`` - Returns the number of users of the value.
2737   | ``bool use_empty()`` - Returns true if there are no users.
2738   | ``use_iterator use_begin()`` - Get an iterator to the start of the
2739     use-list.
2740   | ``use_iterator use_end()`` - Get an iterator to the end of the use-list.
2741   | ``User *use_back()`` - Returns the last element in the list.
2742
2743   These methods are the interface to access the def-use information in LLVM.
2744   As with all other iterators in LLVM, the naming conventions follow the
2745   conventions defined by the STL_.
2746
2747 * ``Type *getType() const``
2748   This method returns the Type of the Value.
2749
2750 * | ``bool hasName() const``
2751   | ``std::string getName() const``
2752   | ``void setName(const std::string &Name)``
2753
2754   This family of methods is used to access and assign a name to a ``Value``, be
2755   aware of the :ref:`precaution above <nameWarning>`.
2756
2757 * ``void replaceAllUsesWith(Value *V)``
2758
2759   This method traverses the use list of a ``Value`` changing all User_\ s of the
2760   current value to refer to "``V``" instead.  For example, if you detect that an
2761   instruction always produces a constant value (for example through constant
2762   folding), you can replace all uses of the instruction with the constant like
2763   this:
2764
2765   .. code-block:: c++
2766
2767     Inst->replaceAllUsesWith(ConstVal);
2768
2769 .. _User:
2770
2771 The ``User`` class
2772 ------------------
2773
2774 ``#include "llvm/IR/User.h"``
2775
2776 header source: `User.h <http://llvm.org/doxygen/User_8h-source.html>`_
2777
2778 doxygen info: `User Class <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1User.html>`_
2779
2780 Superclass: Value_
2781
2782 The ``User`` class is the common base class of all LLVM nodes that may refer to
2783 ``Value``\ s.  It exposes a list of "Operands" that are all of the ``Value``\ s
2784 that the User is referring to.  The ``User`` class itself is a subclass of
2785 ``Value``.
2786
2787 The operands of a ``User`` point directly to the LLVM ``Value`` that it refers
2788 to.  Because LLVM uses Static Single Assignment (SSA) form, there can only be
2789 one definition referred to, allowing this direct connection.  This connection
2790 provides the use-def information in LLVM.
2791
2792 .. _m_User:
2793
2794 Important Public Members of the ``User`` class
2795 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2796
2797 The ``User`` class exposes the operand list in two ways: through an index access
2798 interface and through an iterator based interface.
2799
2800 * | ``Value *getOperand(unsigned i)``
2801   | ``unsigned getNumOperands()``
2802
2803   These two methods expose the operands of the ``User`` in a convenient form for
2804   direct access.
2805
2806 * | ``User::op_iterator`` - Typedef for iterator over the operand list
2807   | ``op_iterator op_begin()`` - Get an iterator to the start of the operand
2808     list.
2809   | ``op_iterator op_end()`` - Get an iterator to the end of the operand list.
2810
2811   Together, these methods make up the iterator based interface to the operands
2812   of a ``User``.
2813
2814
2815 .. _Instruction:
2816
2817 The ``Instruction`` class
2818 -------------------------
2819
2820 ``#include "llvm/IR/Instruction.h"``
2821
2822 header source: `Instruction.h
2823 <http://llvm.org/doxygen/Instruction_8h-source.html>`_
2824
2825 doxygen info: `Instruction Class
2826 <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Instruction.html>`_
2827
2828 Superclasses: User_, Value_
2829
2830 The ``Instruction`` class is the common base class for all LLVM instructions.
2831 It provides only a few methods, but is a very commonly used class.  The primary
2832 data tracked by the ``Instruction`` class itself is the opcode (instruction
2833 type) and the parent BasicBlock_ the ``Instruction`` is embedded into.  To
2834 represent a specific type of instruction, one of many subclasses of
2835 ``Instruction`` are used.
2836
2837 Because the ``Instruction`` class subclasses the User_ class, its operands can
2838 be accessed in the same way as for other ``User``\ s (with the
2839 ``getOperand()``/``getNumOperands()`` and ``op_begin()``/``op_end()`` methods).
2840 An important file for the ``Instruction`` class is the ``llvm/Instruction.def``
2841 file.  This file contains some meta-data about the various different types of
2842 instructions in LLVM.  It describes the enum values that are used as opcodes
2843 (for example ``Instruction::Add`` and ``Instruction::ICmp``), as well as the
2844 concrete sub-classes of ``Instruction`` that implement the instruction (for
2845 example BinaryOperator_ and CmpInst_).  Unfortunately, the use of macros in this
2846 file confuses doxygen, so these enum values don't show up correctly in the
2847 `doxygen output <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Instruction.html>`_.
2848
2849 .. _s_Instruction:
2850
2851 Important Subclasses of the ``Instruction`` class
2852 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2853
2854 .. _BinaryOperator:
2855
2856 * ``BinaryOperator``
2857
2858   This subclasses represents all two operand instructions whose operands must be
2859   the same type, except for the comparison instructions.
2860
2861 .. _CastInst:
2862
2863 * ``CastInst``
2864   This subclass is the parent of the 12 casting instructions.  It provides
2865   common operations on cast instructions.
2866
2867 .. _CmpInst:
2868
2869 * ``CmpInst``
2870
2871   This subclass respresents the two comparison instructions,
2872   `ICmpInst <LangRef.html#i_icmp>`_ (integer opreands), and
2873   `FCmpInst <LangRef.html#i_fcmp>`_ (floating point operands).
2874
2875 .. _TerminatorInst:
2876
2877 * ``TerminatorInst``
2878
2879   This subclass is the parent of all terminator instructions (those which can
2880   terminate a block).
2881
2882 .. _m_Instruction:
2883
2884 Important Public Members of the ``Instruction`` class
2885 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2886
2887 * ``BasicBlock *getParent()``
2888
2889   Returns the BasicBlock_ that this
2890   ``Instruction`` is embedded into.
2891
2892 * ``bool mayWriteToMemory()``
2893
2894   Returns true if the instruction writes to memory, i.e. it is a ``call``,
2895   ``free``, ``invoke``, or ``store``.
2896
2897 * ``unsigned getOpcode()``
2898
2899   Returns the opcode for the ``Instruction``.
2900
2901 * ``Instruction *clone() const``
2902
2903   Returns another instance of the specified instruction, identical in all ways
2904   to the original except that the instruction has no parent (i.e. it's not
2905   embedded into a BasicBlock_), and it has no name.
2906
2907 .. _Constant:
2908
2909 The ``Constant`` class and subclasses
2910 -------------------------------------
2911
2912 Constant represents a base class for different types of constants.  It is
2913 subclassed by ConstantInt, ConstantArray, etc. for representing the various
2914 types of Constants.  GlobalValue_ is also a subclass, which represents the
2915 address of a global variable or function.
2916
2917 .. _s_Constant:
2918
2919 Important Subclasses of Constant
2920 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2921
2922 * ConstantInt : This subclass of Constant represents an integer constant of
2923   any width.
2924
2925   * ``const APInt& getValue() const``: Returns the underlying
2926     value of this constant, an APInt value.
2927
2928   * ``int64_t getSExtValue() const``: Converts the underlying APInt value to an
2929     int64_t via sign extension.  If the value (not the bit width) of the APInt
2930     is too large to fit in an int64_t, an assertion will result.  For this
2931     reason, use of this method is discouraged.
2932
2933   * ``uint64_t getZExtValue() const``: Converts the underlying APInt value
2934     to a uint64_t via zero extension.  IF the value (not the bit width) of the
2935     APInt is too large to fit in a uint64_t, an assertion will result.  For this
2936     reason, use of this method is discouraged.
2937
2938   * ``static ConstantInt* get(const APInt& Val)``: Returns the ConstantInt
2939     object that represents the value provided by ``Val``.  The type is implied
2940     as the IntegerType that corresponds to the bit width of ``Val``.
2941
2942   * ``static ConstantInt* get(const Type *Ty, uint64_t Val)``: Returns the
2943     ConstantInt object that represents the value provided by ``Val`` for integer
2944     type ``Ty``.
2945
2946 * ConstantFP : This class represents a floating point constant.
2947
2948   * ``double getValue() const``: Returns the underlying value of this constant.
2949
2950 * ConstantArray : This represents a constant array.
2951
2952   * ``const std::vector<Use> &getValues() const``: Returns a vector of
2953     component constants that makeup this array.
2954
2955 * ConstantStruct : This represents a constant struct.
2956
2957   * ``const std::vector<Use> &getValues() const``: Returns a vector of
2958     component constants that makeup this array.
2959
2960 * GlobalValue : This represents either a global variable or a function.  In
2961   either case, the value is a constant fixed address (after linking).
2962
2963 .. _GlobalValue:
2964
2965 The ``GlobalValue`` class
2966 -------------------------
2967
2968 ``#include "llvm/IR/GlobalValue.h"``
2969
2970 header source: `GlobalValue.h
2971 <http://llvm.org/doxygen/GlobalValue_8h-source.html>`_
2972
2973 doxygen info: `GlobalValue Class
2974 <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1GlobalValue.html>`_
2975
2976 Superclasses: Constant_, User_, Value_
2977
2978 Global values ( GlobalVariable_\ s or :ref:`Function <c_Function>`\ s) are the
2979 only LLVM values that are visible in the bodies of all :ref:`Function
2980 <c_Function>`\ s.  Because they are visible at global scope, they are also
2981 subject to linking with other globals defined in different translation units.
2982 To control the linking process, ``GlobalValue``\ s know their linkage rules.
2983 Specifically, ``GlobalValue``\ s know whether they have internal or external
2984 linkage, as defined by the ``LinkageTypes`` enumeration.
2985
2986 If a ``GlobalValue`` has internal linkage (equivalent to being ``static`` in C),
2987 it is not visible to code outside the current translation unit, and does not
2988 participate in linking.  If it has external linkage, it is visible to external
2989 code, and does participate in linking.  In addition to linkage information,
2990 ``GlobalValue``\ s keep track of which Module_ they are currently part of.
2991
2992 Because ``GlobalValue``\ s are memory objects, they are always referred to by
2993 their **address**.  As such, the Type_ of a global is always a pointer to its
2994 contents.  It is important to remember this when using the ``GetElementPtrInst``
2995 instruction because this pointer must be dereferenced first.  For example, if
2996 you have a ``GlobalVariable`` (a subclass of ``GlobalValue)`` that is an array
2997 of 24 ints, type ``[24 x i32]``, then the ``GlobalVariable`` is a pointer to
2998 that array.  Although the address of the first element of this array and the
2999 value of the ``GlobalVariable`` are the same, they have different types.  The
3000 ``GlobalVariable``'s type is ``[24 x i32]``.  The first element's type is
3001 ``i32.`` Because of this, accessing a global value requires you to dereference
3002 the pointer with ``GetElementPtrInst`` first, then its elements can be accessed.
3003 This is explained in the `LLVM Language Reference Manual
3004 <LangRef.html#globalvars>`_.
3005
3006 .. _m_GlobalValue:
3007
3008 Important Public Members of the ``GlobalValue`` class
3009 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3010
3011 * | ``bool hasInternalLinkage() const``
3012   | ``bool hasExternalLinkage() const``
3013   | ``void setInternalLinkage(bool HasInternalLinkage)``
3014
3015   These methods manipulate the linkage characteristics of the ``GlobalValue``.
3016
3017 * ``Module *getParent()``
3018
3019   This returns the Module_ that the
3020   GlobalValue is currently embedded into.
3021
3022 .. _c_Function:
3023
3024 The ``Function`` class
3025 ----------------------
3026
3027 ``#include "llvm/IR/Function.h"``
3028
3029 header source: `Function.h <http://llvm.org/doxygen/Function_8h-source.html>`_
3030
3031 doxygen info: `Function Class
3032 <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Function.html>`_
3033
3034 Superclasses: GlobalValue_, Constant_, User_, Value_
3035
3036 The ``Function`` class represents a single procedure in LLVM.  It is actually
3037 one of the more complex classes in the LLVM hierarchy because it must keep track
3038 of a large amount of data.  The ``Function`` class keeps track of a list of
3039 BasicBlock_\ s, a list of formal Argument_\ s, and a SymbolTable_.
3040
3041 The list of BasicBlock_\ s is the most commonly used part of ``Function``
3042 objects.  The list imposes an implicit ordering of the blocks in the function,
3043 which indicate how the code will be laid out by the backend.  Additionally, the
3044 first BasicBlock_ is the implicit entry node for the ``Function``.  It is not
3045 legal in LLVM to explicitly branch to this initial block.  There are no implicit
3046 exit nodes, and in fact there may be multiple exit nodes from a single
3047 ``Function``.  If the BasicBlock_ list is empty, this indicates that the
3048 ``Function`` is actually a function declaration: the actual body of the function
3049 hasn't been linked in yet.
3050
3051 In addition to a list of BasicBlock_\ s, the ``Function`` class also keeps track
3052 of the list of formal Argument_\ s that the function receives.  This container
3053 manages the lifetime of the Argument_ nodes, just like the BasicBlock_ list does
3054 for the BasicBlock_\ s.
3055
3056 The SymbolTable_ is a very rarely used LLVM feature that is only used when you
3057 have to look up a value by name.  Aside from that, the SymbolTable_ is used
3058 internally to make sure that there are not conflicts between the names of
3059 Instruction_\ s, BasicBlock_\ s, or Argument_\ s in the function body.
3060
3061 Note that ``Function`` is a GlobalValue_ and therefore also a Constant_.  The
3062 value of the function is its address (after linking) which is guaranteed to be
3063 constant.
3064
3065 .. _m_Function:
3066
3067 Important Public Members of the ``Function``
3068 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3069
3070 * ``Function(const FunctionType *Ty, LinkageTypes Linkage,
3071   const std::string &N = "", Module* Parent = 0)``
3072
3073   Constructor used when you need to create new ``Function``\ s to add the
3074   program.  The constructor must specify the type of the function to create and
3075   what type of linkage the function should have.  The FunctionType_ argument
3076   specifies the formal arguments and return value for the function.  The same
3077   FunctionType_ value can be used to create multiple functions.  The ``Parent``
3078   argument specifies the Module in which the function is defined.  If this
3079   argument is provided, the function will automatically be inserted into that
3080   module's list of functions.
3081
3082 * ``bool isDeclaration()``
3083
3084   Return whether or not the ``Function`` has a body defined.  If the function is
3085   "external", it does not have a body, and thus must be resolved by linking with
3086   a function defined in a different translation unit.
3087
3088 * | ``Function::iterator`` - Typedef for basic block list iterator
3089   | ``Function::const_iterator`` - Typedef for const_iterator.
3090   | ``begin()``, ``end()``, ``size()``, ``empty()``
3091
3092   These are forwarding methods that make it easy to access the contents of a
3093   ``Function`` object's BasicBlock_ list.
3094
3095 * ``Function::BasicBlockListType &getBasicBlockList()``
3096
3097   Returns the list of BasicBlock_\ s.  This is necessary to use when you need to
3098   update the list or perform a complex action that doesn't have a forwarding
3099   method.
3100
3101 * | ``Function::arg_iterator`` - Typedef for the argument list iterator
3102   | ``Function::const_arg_iterator`` - Typedef for const_iterator.
3103   | ``arg_begin()``, ``arg_end()``, ``arg_size()``, ``arg_empty()``
3104
3105   These are forwarding methods that make it easy to access the contents of a
3106   ``Function`` object's Argument_ list.
3107
3108 * ``Function::ArgumentListType &getArgumentList()``
3109
3110   Returns the list of Argument_.  This is necessary to use when you need to
3111   update the list or perform a complex action that doesn't have a forwarding
3112   method.
3113
3114 * ``BasicBlock &getEntryBlock()``
3115
3116   Returns the entry ``BasicBlock`` for the function.  Because the entry block
3117   for the function is always the first block, this returns the first block of
3118   the ``Function``.
3119
3120 * | ``Type *getReturnType()``
3121   | ``FunctionType *getFunctionType()``
3122
3123   This traverses the Type_ of the ``Function`` and returns the return type of
3124   the function, or the FunctionType_ of the actual function.
3125
3126 * ``SymbolTable *getSymbolTable()``
3127
3128   Return a pointer to the SymbolTable_ for this ``Function``.
3129
3130 .. _GlobalVariable:
3131
3132 The ``GlobalVariable`` class
3133 ----------------------------
3134
3135 ``#include "llvm/IR/GlobalVariable.h"``
3136
3137 header source: `GlobalVariable.h
3138 <http://llvm.org/doxygen/GlobalVariable_8h-source.html>`_
3139
3140 doxygen info: `GlobalVariable Class
3141 <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1GlobalVariable.html>`_
3142
3143 Superclasses: GlobalValue_, Constant_, User_, Value_
3144
3145 Global variables are represented with the (surprise surprise) ``GlobalVariable``
3146 class.  Like functions, ``GlobalVariable``\ s are also subclasses of
3147 GlobalValue_, and as such are always referenced by their address (global values
3148 must live in memory, so their "name" refers to their constant address).  See
3149 GlobalValue_ for more on this.  Global variables may have an initial value
3150 (which must be a Constant_), and if they have an initializer, they may be marked
3151 as "constant" themselves (indicating that their contents never change at
3152 runtime).
3153
3154 .. _m_GlobalVariable:
3155
3156 Important Public Members of the ``GlobalVariable`` class
3157 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3158
3159 * ``GlobalVariable(const Type *Ty, bool isConstant, LinkageTypes &Linkage,
3160   Constant *Initializer = 0, const std::string &Name = "", Module* Parent = 0)``
3161
3162   Create a new global variable of the specified type.  If ``isConstant`` is true
3163   then the global variable will be marked as unchanging for the program.  The
3164   Linkage parameter specifies the type of linkage (internal, external, weak,
3165   linkonce, appending) for the variable.  If the linkage is InternalLinkage,
3166   WeakAnyLinkage, WeakODRLinkage, LinkOnceAnyLinkage or LinkOnceODRLinkage, then
3167   the resultant global variable will have internal linkage.  AppendingLinkage
3168   concatenates together all instances (in different translation units) of the
3169   variable into a single variable but is only applicable to arrays.  See the
3170   `LLVM Language Reference <LangRef.html#modulestructure>`_ for further details
3171   on linkage types.  Optionally an initializer, a name, and the module to put
3172   the variable into may be specified for the global variable as well.
3173
3174 * ``bool isConstant() const``
3175
3176   Returns true if this is a global variable that is known not to be modified at
3177   runtime.
3178
3179 * ``bool hasInitializer()``
3180
3181   Returns true if this ``GlobalVariable`` has an intializer.
3182
3183 * ``Constant *getInitializer()``
3184
3185   Returns the initial value for a ``GlobalVariable``.  It is not legal to call
3186   this method if there is no initializer.
3187
3188 .. _BasicBlock:
3189
3190 The ``BasicBlock`` class
3191 ------------------------
3192
3193 ``#include "llvm/IR/BasicBlock.h"``
3194
3195 header source: `BasicBlock.h
3196 <http://llvm.org/doxygen/BasicBlock_8h-source.html>`_
3197
3198 doxygen info: `BasicBlock Class
3199 <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1BasicBlock.html>`_
3200
3201 Superclass: Value_
3202
3203 This class represents a single entry single exit section of the code, commonly
3204 known as a basic block by the compiler community.  The ``BasicBlock`` class
3205 maintains a list of Instruction_\ s, which form the body of the block.  Matching
3206 the language definition, the last element of this list of instructions is always
3207 a terminator instruction (a subclass of the TerminatorInst_ class).
3208
3209 In addition to tracking the list of instructions that make up the block, the
3210 ``BasicBlock`` class also keeps track of the :ref:`Function <c_Function>` that
3211 it is embedded into.
3212
3213 Note that ``BasicBlock``\ s themselves are Value_\ s, because they are
3214 referenced by instructions like branches and can go in the switch tables.
3215 ``BasicBlock``\ s have type ``label``.
3216
3217 .. _m_BasicBlock:
3218
3219 Important Public Members of the ``BasicBlock`` class
3220 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3221
3222 * ``BasicBlock(const std::string &Name = "", Function *Parent = 0)``
3223
3224   The ``BasicBlock`` constructor is used to create new basic blocks for
3225   insertion into a function.  The constructor optionally takes a name for the
3226   new block, and a :ref:`Function <c_Function>` to insert it into.  If the
3227   ``Parent`` parameter is specified, the new ``BasicBlock`` is automatically
3228   inserted at the end of the specified :ref:`Function <c_Function>`, if not
3229   specified, the BasicBlock must be manually inserted into the :ref:`Function
3230   <c_Function>`.
3231
3232 * | ``BasicBlock::iterator`` - Typedef for instruction list iterator
3233   | ``BasicBlock::const_iterator`` - Typedef for const_iterator.
3234   | ``begin()``, ``end()``, ``front()``, ``back()``,
3235     ``size()``, ``empty()``
3236     STL-style functions for accessing the instruction list.
3237
3238   These methods and typedefs are forwarding functions that have the same
3239   semantics as the standard library methods of the same names.  These methods
3240   expose the underlying instruction list of a basic block in a way that is easy
3241   to manipulate.  To get the full complement of container operations (including
3242   operations to update the list), you must use the ``getInstList()`` method.
3243
3244 * ``BasicBlock::InstListType &getInstList()``
3245
3246   This method is used to get access to the underlying container that actually
3247   holds the Instructions.  This method must be used when there isn't a
3248   forwarding function in the ``BasicBlock`` class for the operation that you
3249   would like to perform.  Because there are no forwarding functions for
3250   "updating" operations, you need to use this if you want to update the contents
3251   of a ``BasicBlock``.
3252
3253 * ``Function *getParent()``
3254
3255   Returns a pointer to :ref:`Function <c_Function>` the block is embedded into,
3256   or a null pointer if it is homeless.
3257
3258 * ``TerminatorInst *getTerminator()``
3259
3260   Returns a pointer to the terminator instruction that appears at the end of the
3261   ``BasicBlock``.  If there is no terminator instruction, or if the last
3262   instruction in the block is not a terminator, then a null pointer is returned.
3263
3264 .. _Argument:
3265
3266 The ``Argument`` class
3267 ----------------------
3268
3269 This subclass of Value defines the interface for incoming formal arguments to a
3270 function.  A Function maintains a list of its formal arguments.  An argument has
3271 a pointer to the parent Function.
3272
3273