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